激光测距的原理

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激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。激光测距的基本原理如图6-1所示。测距机由激光发射系统和探测系统组成（如图中虚线框所示）。工作时，激光器发射激光，光束穿过大气到达目标，经目标反射后返回，并由探测器接收。测出从激光发射到反射光被接收所经历的时间， 根据运动学中最基本的关系即可求出目标的距离。目前常见的激光测距机，除有一部分采用二氧化碳气体激光器外，大多数使用固体激光器。   激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播，在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。                                              D=ct/2 式中：     D——测站点A、B两点间距离；      c——光在大气中传播的速度；      t——光往返A、B一次所需的时间。     由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。     相位式激光测距仪 ：  相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如图所示。   相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。 若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：                                  t=φ/ω将此关系代入（3-6）式距离D可表示为              D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：   φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。    ω——调制信号的角频率，ω=2πf。    U——单位长度，数值等于1/4调制波长    N——测线所包含调制半波长个数。   Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。   ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。   ΔN=φ/ω    在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。    为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。    由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束，为了获得测距高精度还需配置合作目标，而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，它不仅体积小、重量轻，还采用数字测相脉冲展宽细分技术，无需合作目标即可达到毫米级精度，测程已经超过100m，且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。一些相关的问题：激光测距仪的应用领域主要是那些方面？激光测距仪已经被广泛应用于以下领域：电力，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，反恐/军事，农业，林业，房地产，休闲/户外运动等。为什么激光测距仪还有所谓“安全”和“不安全”的区别？顾名思义，激光测距仪是用激光做为主要工作物质来进行工作的。目前，市场上的手持式激光测距仪的工作物质主要有以下几种：工作波长为905纳米和1540纳米的半导体激光，工作波长为1064纳米的YAG激光。1064纳米的波长对人体皮肤和眼睛是害的，特别是如果眼睛不小心接触到了1064纳米波长的激光，对眼睛的伤害可能将是永久性的。所以，在国外，手持激光测距仪中，完全取缔了1064纳米的激光 1.利用红外线测距或激光测距的原理是什么？测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c =299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000  需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。建筑行业有一种手持式的测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。2.被测物体平面必须与光线垂直么？通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。3.若被测物体平面为漫反射是否可以？通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。4.超声波测距精度比较低，现在很少使用。