激光測距儀是如何工作的

摘要:激光測距儀,是利用激光對目標的距離進行准確測定的儀器。測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光,由光電元件接收目標反射的激光束,計時器測定激光束從發射到接收的時間,計算出從觀測者到目標的距離。測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而准確,其誤差僅爲其它光學測距儀的五分之一到數百分之一。

一.測距儀分類
測距儀分手持測距儀和望遠鏡式測距儀:

1、手持測距儀:測量距離一般在200米內,精度在2mm左右。這是目前使用範圍最廣的測距儀。在功能上除能測量距離外,一般還能計算測量物體的體積。

宏誠科技(HCJYET)40米 手持式激光測距儀


2、望遠鏡式測距儀:測量距離一般在600-3000米左右,這類測距儀測量距離比較遠,但精度相對較低,精度一般在1米左右。主要應用範圍爲野外長距離測量。
    望遠鏡測距儀,爲遠距離測距儀,目前在戶外使用相當廣泛。


二.測距儀的應用領域
 測距儀廣泛用于地形測量,戰場測量,坦克,飛機,艦艇和火炮對目標的測距,測量雲層、飛機、導彈以及人造衛星的高度等。它是提高高坦克、飛機、艦艇和火炮精度的重要技術裝備。由于測距儀價格不斷下調,工業上也逐漸開始使用測距儀,可以廣泛應用于工業測控、礦山、港口等領域。
 
三. 測距儀原理

測距原理基本可以歸結爲測量光往返目標所需要時間,然後通過光速c =299792458m/s 和大氣折射系數n 計算出距離D。由于直接測量時間比較困難,通常是測定連續波的相位,稱爲測相式測距儀。當然,也有脈沖式測距儀。

  需要注意,測相並不是測量紅外或者激光的相位,而是測量調制在紅外或者激光上面的信號相位。建築行業有一種手持式的測距儀,用于房屋測量,其工作原理與此相同。
  測距儀一般采用兩種方式來測量距離:脈沖法和相位法。脈沖法測距的過程是這樣的:測距儀發射出的激光經被測量物體的反射後又被測距儀接收,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一般是15米左右。
  激光測距是光波測距中的一種測距方式,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爲t,則A、B兩點間距離D可用下列表示。
  D=ct/2
  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,測距儀通常可分爲脈沖式和相位式兩種測量形式。
  相位式測距儀
  相位式測距儀是用無線電波段的頻率,對激光束進行幅度調制並測定調制光往返測線一次所産生的相位延遲,再根據調制光的波長,換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間,如圖所示。
  相位式測距儀一般應用在精密測距中。由于其精度高,一般爲毫米級,爲了有效的反射信號,並使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上,對這種測距儀都配置了被稱爲合作目標的反射鏡。
  若調制光角頻率爲ω,在待測量距離D上往返一次産生的相位延遲爲φ,則對應時間t 可表示爲:
  t=φ/ω
  將此關系代入(3-6)式距離D可表示爲
  D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)
  =c/4f (N+ΔN)=U(N+)
  式中:
  φ——信號往返測線一次産生的總的相位延遲。
  ω——調制信號的角頻率,ω=2πf。
  U——單位長度,數值等于1/4調制波長
  N——測線所包含調制半波長個數。
  Δφ——信號往返測線一次産生相位延遲不足π部分。
  ΔN——測線所包含調制波不足半波長的小數部分。
  ΔN=φ/ω
  在給定調制和標准大氣條件下,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,由于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。
  爲了測得不足π的相角φ,可以通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,目前短程測距儀均采用數字測相原理來求得φ。
  由上所述一般情況下相位式測距儀使用連續發射帶調制信號的激光束,爲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測距儀是脈沖式測距儀中又一新型測距儀,它不僅體積小、重量輕,還采用數字測相脈沖展寬細分技術,無需合作目標即可達到毫米級精度,測程已經超過100m,且能快速准確地直接顯示距離。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准器具。


測距儀的特點
遠距離測量,在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠的距離;
有同步輸入端,可多個傳感器同步測量;
測量範圍廣,響應時間短;
外形設計緊湊,易于安裝,便于操作;
可測量各種物體距離(不需反射鏡);
增加濾光鏡可測高溫被測體;
可見光容易對准被測體;