激光測距的方法及原理

激光測距的方法及原理激光測距技術(shù)與一般光學(xué)測距技術(shù)相比具有操作方便、系統(tǒng)簡單及白天和夜晚都可以工作的優(yōu)點(diǎn)。與雷達(dá)測距相比，激光測距具有良好的抗干擾性和很高的精度，而且激光具有良好的抵抗電磁波干擾的能力。其在探測距離較長時，激光測距的優(yōu)越性更為明顯。光測距技術(shù)是指利用射向目標(biāo)的激光脈沖或連續(xù)波激光束測量目標(biāo)距離的距離測量技術(shù)。較常用的激光測距方法有三角法、脈沖法和相位法激光測距。三角法激光測距激光位移傳感器的測量方法稱為激光三角反射法，激光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。而激光三角反射法測量精度是跟量程相關(guān)的，量程越大，精度越低。采用激光三角原理和回波分析原理進(jìn)行非接觸位置、位移測量的精密傳感器。廣泛應(yīng)用于位置、位移、厚度、半徑、形狀、振動、距離等幾何量的工業(yè)測量。半導(dǎo)體激光器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；信號處理器5通過三角函數(shù)計算陣列4上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。圖1.激光三角測量原理圖激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接受器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接受，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個光點(diǎn)。根據(jù)這個角度即知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物之間的距離。同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可設(shè)置獨(dú)立檢測窗口。常用在鐵軌、產(chǎn)品厚度、平整度、尺寸等方面。脈沖法激光測距脈沖法測距的過程是這樣的：測距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測量物體的反射后又被測距儀接收，測距儀同時記錄激光往返的時間。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。脈沖法測量距離的精度是一般是在+/-1米左右。另外，此類測距儀的測量盲區(qū)一般是15米左右。隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，精度在不斷提高，盲區(qū)也在不斷的縮小。該方法主要用于地形測量，戰(zhàn)術(shù)前沿測距，導(dǎo)彈運(yùn)行軌道跟蹤，激光雷達(dá)測距，以及人造衛(wèi)星、地月距離測量等。徽光恐t_J1一豚沖值號計日號處. 人湘苗號9c=槌光接收標(biāo)■ .圖2.脈沖法測量原理圖其原理是由激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一個持續(xù)時間極短的脈沖激光，經(jīng)過待測距離L之后，被目標(biāo)物體反射，發(fā)射脈沖激光信號被激光接收系統(tǒng)中的光電探測器接收，時間間隔電路通過計算激光發(fā)射和回波信號到達(dá)之間的時間t，得出目標(biāo)物體與發(fā)射出的距離L。其精度取決于：激光脈沖的上升沿、接收通道帶寬、探測器信噪比和時間間隔精確度。相位式激光測距儀相位式激光測距儀是用無線電波段的頻率，對激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間，如圖3所示。其中藍(lán)色是發(fā)射光，紅色是反射光，從圖中可以很清楚的看到，當(dāng)發(fā)射光遇到了墻之后發(fā)生發(fā)射，其反射的波形實(shí)際上是沒有遇到墻之后波形的鏡像，因此其相位差的大小與光速沒有關(guān)系，而和發(fā)射光在何時遇到障礙物有關(guān)。相位式激光測距儀一般應(yīng)用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，并使測定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點(diǎn)上，對這種測距儀都配置了被稱為合作目標(biāo)的反射鏡。干涉測距法干涉測距法是基于光波的干涉原理，利用各種干涉儀測距的方法。激光的出現(xiàn)，使干涉測距法的應(yīng)用范圍更加廣泛。激光干涉測距法的基本原理如圖4所示：光電記鼓豪］ .一~C— 圖4.干涉法測量原理圖由激光器發(fā)出的光經(jīng)分光鏡分成兩束，一束射向干涉儀的固定參考臂，經(jīng)參考反射鏡M1返回后形成參考光束；另一束射向干涉儀的測量臂，測量臂中的反射鏡M2將隨被測物體的位移而移動，這一束光從測量反射鏡返回后形成測量光束；測量光束和參考光束的相互