激光測(cè)距儀原理
發(fā)布時(shí)間： 2010-11-16 點(diǎn)擊次數(shù)： 2597次
激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示。
D=ct/2
式中：
D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離；
c——光在大氣中傳播的速度；
t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。
由上式可知，要測(cè)量A、B距離實(shí)際上是要測(cè)量光傳播的時(shí)間t，根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同，激光測(cè)距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測(cè)量形式。
相位式激光測(cè)距儀
相位式激光測(cè)距儀是用無(wú)線電波段的頻率，對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返測(cè)線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返測(cè)線所需的時(shí)間，如圖所示。
相位式激光測(cè)距儀一般應(yīng)用在精密測(cè)距中。由于其精度高，一般為毫米級(jí)，為了有效的反射信號(hào)，并使測(cè)定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點(diǎn)上，對(duì)這種測(cè)距儀都配置了被稱為合作目標(biāo)的反射鏡。
若調(diào)制光角頻率為ω，在待測(cè)量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對(duì)應(yīng)時(shí)間t 可表示為：
t=φ/ω
將此關(guān)系代入（3-6）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+）
式中：
φ——信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。
ω——調(diào)制信號(hào)的角頻率，ω=2πf。
U——單位長(zhǎng)度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長(zhǎng)
N——測(cè)線所包含調(diào)制半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。
Δφ——信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。
ΔN——測(cè)線所包含調(diào)制波不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分。
ΔN=φ/ω
在給定調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，頻率c/（4πf）是一個(gè)常數(shù)，此時(shí)距離的測(cè)量變成了測(cè)線所包含半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)的測(cè)量和不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分的測(cè)量即測(cè)N或φ，由于近代精密機(jī)械加工技術(shù)和無(wú)線電測(cè)相技術(shù)的發(fā)展，已使φ的測(cè)量達(dá)到很高的精度。
為了測(cè)得不足π的相角φ，可以通過(guò)不同的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，通常應(yīng)用zui多的是延遲測(cè)相和數(shù)字測(cè)相，目前短程激光測(cè)距儀均采用數(shù)字測(cè)相原理來(lái)求得φ。
由上所述一般情況下相位式激光測(cè)距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號(hào)的激光束，為了獲得測(cè)距高精度還需配置合作目標(biāo)，而目前推出的手持式激光測(cè)距儀是脈沖式激光測(cè)距儀中又一新型測(cè)距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測(cè)相脈沖展寬細(xì)分技術(shù)，無(wú)需合作目標(biāo)即可達(dá)到毫米級(jí)精度，測(cè)程已經(jīng)超過(guò)100m，且能快速準(zhǔn)確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測(cè)量、房屋建筑面積測(cè)量中型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具。現(xiàn)應(yīng)用zui多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測(cè)距儀和圖雅得Trueyard 激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡等。
激光測(cè)距儀應(yīng)用領(lǐng)域
激光測(cè)距儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：電力，水利，通訊，環(huán)境，建筑，地質(zhì)，警務(wù)，消防，爆破，航海，鐵路，反恐/軍事，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，房地產(chǎn)，休閑/戶外運(yùn)動(dòng)等。
激光測(cè)距儀使用知識(shí)
為什么激光測(cè)距儀還有所謂“安全”和“不安全”的區(qū)別？
顧名思義，激光測(cè)距儀是用激光做為主要工作物質(zhì)來(lái)進(jìn)行工作的。目前，市場(chǎng)上的手持式激光測(cè)距儀的工作物質(zhì)主要有以下幾種：工作波長(zhǎng)為905納米和1540納米的半導(dǎo)體激光，工作波長(zhǎng)為1064納米的YAG激光。1064納米的波長(zhǎng)對(duì)人體皮膚和眼睛是害的，特別是如果眼睛不小心接觸到了1064納米波長(zhǎng)的激光，對(duì)眼睛的傷害可能將是*性的。所以，在國(guó)外，手持激光測(cè)距儀中，*取締了1064納米的激光。在國(guó)內(nèi)，某些廠家還有生產(chǎn)1064納米的激光測(cè)距儀。
對(duì)于905納米和1540納米的激光測(cè)距儀，我們就稱之為“安全”的。對(duì)于1064納米的激光測(cè)距儀，由于它對(duì)人體具有潛在的危害性，所以我們就稱之為“不安全”的。
激光測(cè)距儀，由于采用激光進(jìn)行距離測(cè)量，而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源，所以在使用時(shí)不要用眼對(duì)準(zhǔn)發(fā)射口直視，也不要用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡觀察光滑反射面，以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說(shuō)明書中安全操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。野外測(cè)量時(shí)不可將儀器發(fā)射口直接對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)以免燒壞儀器光敏元件。
測(cè)距儀選購(gòu)指南
在選購(gòu)測(cè)距儀時(shí)，需要考慮的幾點(diǎn)：
1.測(cè)量范圍
2.測(cè)量精度
3.使用的場(chǎng)合
基本分為以下幾種情況：
a）只需要在幾米或者十幾米范圍之內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量，
且精度要求不高的情況下。
*建議——可選用“超聲波測(cè)距儀”。
*備注——超聲波測(cè)距儀測(cè)量的效果受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定和方向性較激光測(cè)距儀差，但價(jià)格相對(duì)便宜！適合與室內(nèi)測(cè)量。
b）測(cè)量距離不長(zhǎng)，多用于室內(nèi)，精度要求高！
*建議——可選購(gòu)“手持式激光測(cè)距儀”。
*備注——手持式激光測(cè)距儀在室內(nèi)使用，測(cè)量精度及效果都非常不錯(cuò)！
（如用戶需要在室外的環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)的話，建議配上專業(yè)的激光瞄準(zhǔn)器和反射板，結(jié)合使用才能達(dá)到預(yù)期的測(cè)程及效果。）
c）測(cè)量距離較遠(yuǎn)，多用于戶外使用！
*建議——選購(gòu)“望遠(yuǎn)鏡式激光測(cè)距儀”（即：激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡）
*特點(diǎn)——既是望遠(yuǎn)鏡，有是測(cè)距儀！多倍的觀察放大倍數(shù)，使用者只需通過(guò)目鏡內(nèi)部的十字瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，便能夠輕松的瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距！利用對(duì)眼睛無(wú)害的透明紅外線激光發(fā)射及接收，能準(zhǔn)確地測(cè)出目標(biāo)距離，其體積小巧、輕便易攜！
e） 測(cè)量遠(yuǎn)距離及室外測(cè)量
*建議——選購(gòu)帶內(nèi)置望遠(yuǎn)鏡，這樣在強(qiáng)光線下看的更加清楚。
*備注——便于測(cè)量。
激光測(cè)距儀使用時(shí)需要注意的問(wèn)題：激光測(cè)距儀不能對(duì)準(zhǔn)人眼直接測(cè)量，防止對(duì)人體的傷害。同時(shí)，一般激光測(cè)距儀不具防水功能，所以需要注意防水
激光測(cè)距儀一般采用兩種方式來(lái)測(cè)量距離：脈沖法和相位法。脈沖法測(cè)距的過(guò)程是這樣的：測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間。光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。脈沖法測(cè)量距離的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此類測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)一般是15米左右。
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