使用者37599724744271922019-12-30 03:08:49

鐳射測距粗劃分為兩種，第一種原理大致是光速和往返時間的乘積的一半，就是測距儀和被測量物體之間的距離，以鐳射測距儀為例；第二種是以鐳射位移感測器原理為原理的方法的。鐳射的測量方法大致有三種，脈衝法（鐳射回波法），相位法，三角反射法。脈衝法測量距離的精度一般是在+/- 1米左右。另外，此類測距儀的測量盲區一般是15米左右。三角法用來測量2000mm以下短程距離（行業稱之為位移）時，精度最高可達1um。相位式鐳射測距一般應用在精密測距中，精度一般為毫米級。鐳射回波分析法則用於遠距離測量。1第一類測距如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用下列表示。D=ct/2 式1。1式中：D——測站點A、B兩點間距離；c——光在大氣中傳播的速度；t——光往返A、B一次所需的時間。由上式可知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據測量時間方法的不同，鐳射測距儀通常可分為脈衝式和相位式兩種測量形式。2 第二類測距鐳射位移感測器能夠利用鐳射的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現無接觸遠距離測量。鐳射位移感測器（磁致伸縮位移感測器）就是利用鐳射的這些優點製成的新型測量儀表，它的出現，使位移測量的精度、可靠性得到極大的提高，也為非接觸位移測量提供了有效的測量方法。按照測量原理，鐳射位移感測器原理分為鐳射三角測量法和鐳射回波分析法，鐳射三角測量法一般適用於高精度、短距離的測量，而鐳射回波分析法則用於遠距離測量。3測量方法一：相位式鐳射測距相位式鐳射測距儀是用無線電波段的頻率，對鐳射束進行幅度調製並測定調製光往返測線一次所產生的相位延遲，再根據調製光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間。若調製光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產生的相位延遲為φ，則對應時間t 可表示為：t=φ/ω 式3。1將此關係代入（1。1）式距離D可表示為D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/（4πf） （Nπ+Δφ） = c/4f （N+ ΔN ）=U（N+） 式3。2式中：φ——訊號往返測線一次產生的總的相位延遲。ω——調製訊號的角頻率，ω=2πf。U——單位長度，數值等於1/4調製波長N——測線所包含調製半波長個數。Δφ——訊號往返測線一次產生相位延遲不足π部分。ΔN——測線所包含調製波不足半波長的小數部分。ΔN=φ/ω在給定調製和標準大氣條件下，頻率c/（4πf）是一個常數，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數的測量和不足半波長的小數部分的測量即測N或φ，由於近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發展，已使φ的測量達到很高的精度。為了測得不足π的相角φ，可以透過不同的方法來進行測量，通常應用最多的是延遲測相和數字測相，目前短程鐳射測距儀均採用數字測相原理來求得φ。由上所述一般情況下相位式鐳射測距儀使用連續發射帶調製訊號的鐳射束，為了獲得測距高精度還需配置合作目標，而目前推出的手持式鐳射測距儀是脈衝式鐳射測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還採用數字測相脈衝展寬細分技術，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建築面積測量中最新型的長度計量標準器具。現應用最多的是leica公司生產的DISTO系列手持式鐳射測距儀。4 測量方法二：脈衝式鐳射測距脈衝鐳射測距簡單來說就是針對鐳射的飛行時間差進行測距，它是利用鐳射脈衝持續時間極短，能量在時間上相對集中，瞬時功率很大的特點進行測距。在有合作目標時，可以達到很遠的測程；在近距離測量（幾千米內）即使沒有合作目標，在精度要求不高的情況下也可以進行測距。該方法主要用於地形測量，戰術前沿測距，導彈執行軌道跟蹤，鐳射雷達測距，以及人造衛星、地月距離測量等。圖4。1脈衝式鐳射測距原理圖脈衝式鐳射測距原理如圖4。1所示。由鐳射發射系統發出一個持續時間極短的脈衝鐳射，經過待測距離L之後，被目標物體反射，發射脈衝鐳射訊號被鐳射接收系統中的光電探測器接收，時間間隔電路透過計算鐳射發射和回波訊號到達之間的時間t，得出目標物體與發射出的距離L。其精度取決於：鐳射脈衝的上升沿、接收通道頻寬、探測器信噪比和時間間隔精確度。5 測量方法三：三角法鐳射測距鐳射位移感測器的測量方法稱為鐳射三角反射法，鐳射測距儀的精度是一定的，同樣的測距儀測10米與100米的精度是一樣的。而鐳射三角反射法測量精度是跟量程相關的，量程越大，精度越低。鐳射測距的另一種原理是鐳射三角反射法原理：半導體鐳射器1被鏡片2聚焦到被測物體6。反射光被鏡片3收集，投射到CCD陣列4上；訊號處理器5透過三角函式計算陣列4上的光點位置得到距物體的距離。圖5。1鐳射三角法鐳射發射器透過鏡頭將可見紅色鐳射射向物體表面，經物體反射的鐳射透過接受器鏡頭，被內部的CCD線性相機接受，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度即知的鐳射和相機之間的距離，數字訊號處理器就能計算出感測器和被測物之間的距離。同時，光束在接收元件的位置透過模擬和數位電路處理，並透過微處理器分析，計算出相應的輸出值，並在使用者設定的模擬量視窗內，按比例輸出標準資料訊號。如果使用開關量輸出，則在設定的視窗內導通，視窗之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可設定獨立檢測視窗。常用在鐵軌、產品厚度、平整度、尺寸等方面。6 測量方法四：鐳射回波法鐳射位移感測器採用回波分析原理來測量距離可以達到一定程度的精度。感測器內部是由處理器單元、回波處理單元、鐳射發射器、鐳射接受器等部分組成。鐳射位移感測器透過鐳射發射器每秒發射一百萬個脈衝到檢測物並返回至接收器，處理器計算鐳射脈衝遇到檢測物並返回接收器所需時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出。目前，市場上的手持式鐳射測距儀的工作物質主要有以下幾種：工作波長為905奈米和1540奈米的半導體鐳射，工作波長為1064奈米的YAG鐳射。1064奈米的波長對人體面板和眼睛是害的，特別是如果眼睛不小心接觸到了1064奈米波長的鐳射，對眼睛的傷害可能將是永久性的。所以，在國外，手持鐳射測距儀中，完全取締了1064奈米的鐳射。在國內，某些廠家還有生產1064奈米的鐳射測距儀。對於905奈米和1540奈米的鐳射測距儀，我們就稱之為“安全”的。對於1064奈米的鐳射測距儀，由於它對人體具有潛在的危害性，所以我們就稱之為“不安全”的。