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激光測(cè)距的基本知識(shí)點(diǎn)

0次瀏覽 | 2015-04-17

激光測(cè)距

激光測(cè)距儀是利用激光對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。激光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光,由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束,計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間,計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。

若激光是連續(xù)發(fā)射的,測(cè)程可達(dá)40公里左右,并可晝夜進(jìn)行作業(yè)。若激光是脈沖發(fā)射的,一般絕對(duì)精度較低,但用于遠(yuǎn)距離測(cè)量,可以達(dá)到很好的相對(duì)精度。

世界上第一臺(tái)激光器,是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年,首先研制成功的。美國(guó)軍方很快就在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了對(duì)軍用激光裝置的研究。1961年,第一臺(tái)軍用激光測(cè)距儀通過(guò)了美國(guó)軍方論證試驗(yàn),對(duì)此后激光測(cè)距儀很快就進(jìn)入了實(shí)用聯(lián)合體。

激光測(cè)距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單速度快而準(zhǔn)確,其誤差僅為其它光學(xué)測(cè)距儀的五分之一到數(shù)百分之一,因而被廣泛用于地形測(cè)量,戰(zhàn)場(chǎng)測(cè)量,坦克,飛機(jī),艦艇和火炮對(duì)目標(biāo)的測(cè)距,測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高坦克、飛機(jī)、艦艇和火炮精度的重要技術(shù)裝備。

由于激光測(cè)距儀價(jià)格不斷下調(diào),工業(yè)上也逐漸開(kāi)始使用激光測(cè)距儀。國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一批新型的具有測(cè)距快、體積小、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)的微型測(cè)距儀,可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、礦山、港口等領(lǐng)域。

常見(jiàn)產(chǎn)品應(yīng)用

1.手持激光測(cè)距儀

測(cè)量距離一般在200米內(nèi),精度在2mm左右。這是使用范圍最廣的激光測(cè)距儀。在功能上除能測(cè)量距離外,一般還能計(jì)算測(cè)量物體的體積。

2. 望遠(yuǎn)鏡式激光測(cè)距儀

測(cè)量距離一般在600-3000米左右,這類(lèi)測(cè)距儀測(cè)量距離比較遠(yuǎn),但精度相對(duì)較低,精度一般在0.5-1.2米左右。主要應(yīng)用范圍為野外長(zhǎng)距離測(cè)量。

3.工業(yè)激光測(cè)距儀

測(cè)量距離在0.5-3000米左右,精度在50mm以?xún)?nèi),300米外要加設(shè)反光板,部分產(chǎn)品還能在測(cè)距的同時(shí)測(cè)速。主要應(yīng)用于位置控制(如車(chē)輛和船舶);定位起重機(jī);裝卸和搬運(yùn)設(shè)備;飛機(jī)測(cè)量(測(cè)高儀);冶金過(guò)程控制;測(cè)量不宜接近的物體(如管灌裝物、管道、集裝箱),以及水位測(cè)量。典型的傳感器有LDM301、LDM4x。


工作原理

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+/- 10厘米左右。

另外,此類(lèi)測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)一般是1米左右。測(cè)量公式如下:

L=1/2*C*T

L---測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離;

C---光在空氣中的傳播速度c =299792458m/s
C≈10^8m/s

T---光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

QQ截圖20200421173240.jpg

主要應(yīng)用范圍為戶(hù)外中、長(zhǎng)距離測(cè)量。

一維激光測(cè)距儀

用于距離測(cè)量、定位;激光測(cè)距儀

二維激光測(cè)距儀(Scanning Laser Range finder)

用于輪廓測(cè)量,定位、區(qū)域監(jiān)控等領(lǐng)域;

三維激光測(cè)距儀(3D Laser Range finder)

用于三維輪廓測(cè)量,三維空間定位等領(lǐng)域。

使用激光測(cè)量月球到地球距離的示意圖

望遠(yuǎn)鏡式激光測(cè)距儀

這類(lèi)測(cè)距儀通常采用脈沖法,一般在精度1米左右,中端產(chǎn)品精度可以達(dá)到0.5米,2015年之后產(chǎn)生了精度可以達(dá)到0.3米的最新產(chǎn)品,光學(xué)放大倍率可以達(dá)到6~9倍。主要應(yīng)用范圍為野外建筑,環(huán)境勘察,建立基站,等需要野外長(zhǎng)距離測(cè)量的情況。

激光器不具備防摔的功能,所以激光測(cè)距儀很容易摔壞發(fā)光器。

激光測(cè)距儀技術(shù)參數(shù):

操作溫度:-10℃~+50℃

探測(cè)頻率:1/6~1/3HZ

激光類(lèi)型:半導(dǎo)體激光器

觀查視野:6.5°/7.0°

日常維護(hù)

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。

一般激光測(cè)距儀,屬于戶(hù)外使用產(chǎn)品,所以要注意防塵。

激光器不具備防摔的功能,所以激光測(cè)距儀很容易摔壞發(fā)光器。

激光測(cè)距儀維護(hù):

① 經(jīng)常檢查儀器外觀及時(shí)清除表面的灰塵臟污、油脂、霉斑等。

② 清潔目鏡、物鏡或激光發(fā)射窗時(shí)應(yīng)使用柔軟的干布。嚴(yán)禁用硬物刻劃,以免損壞光學(xué)性能。

③ 激光產(chǎn)品一般為光、機(jī)、電一體化高精密儀器,應(yīng)小心輕放,嚴(yán)禁擠壓或從高處跌落,以免損壞儀器。

應(yīng)用波段

上世紀(jì)九十年代初,歐美等幾大公司相繼生產(chǎn)出可供商用的半導(dǎo)體激光二極管,使激光的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值發(fā)生了革命性的進(jìn)步。其他種類(lèi)的激光器由于產(chǎn)生激光的機(jī)理過(guò)于復(fù)雜,使其體積,重量特別大,功耗高等原因,大大限制了激光的應(yīng)用。而半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)使這些問(wèn)題迎刃而解。隨著半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)一步成熟,價(jià)格逐步降低,其應(yīng)用批量和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,應(yīng)用前景好。 半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、驅(qū)動(dòng)電源簡(jiǎn)單、能直接調(diào)制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用安全、其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。如光存儲(chǔ)、激光打印、激光照排、激光測(cè)距、條碼掃描、工業(yè)探測(cè)、測(cè)試測(cè)量?jī)x器、激光顯示、醫(yī)療儀器、軍事、安防、野外探測(cè)、建筑類(lèi)掃平及標(biāo)線(xiàn)類(lèi)儀器、實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)演示、舞臺(tái)燈光及激光表演、激光水平尺及各種標(biāo)線(xiàn)定位等。 半導(dǎo)體激光器的一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使之非常適合于軍事上的應(yīng)用,如野外測(cè)距、槍炮等的瞄準(zhǔn)、射擊模擬系統(tǒng)、致盲、對(duì)潛通信制導(dǎo)、引信、安防等。由于可用普通電池驅(qū)動(dòng),使一些便攜式武器設(shè)備配置成為可能。

已開(kāi)發(fā)出并投放市場(chǎng)的半導(dǎo)體激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、480nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等,其中

1310nm、1550nm主要用于光纖通訊領(lǐng)域。

405nm - 670nm為可見(jiàn)光波段,

780nm - 1550nm為紅外光波段,

370nm - 390nm為紫外光波段。




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