激光測距儀原理

測距儀原理 · 激光測距儀原理
激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。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(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。
利用紅外線測距或激光測距的原理是什么？
測距原理基本可以歸結(jié)為測量光往返目標所需要時間，然后通過光速c =299792458m/s 和大氣折射系數(shù)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(xù)波的相位，稱為測相式測距儀。當然，也有脈沖式測距儀，典型的是WILD的DI-3000
需要注意，測相并不是測量紅外或者激光的相位，而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀，用于房屋測量，其工作原理與此相同。

激光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(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。
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為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(jù)測量時間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形式。

相位式激光測距儀原理
相位式激光測距儀是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(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，如圖所示。
相位式激光測距儀一般應用在精密測距中。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為合作目標的反射鏡。
若調(diào)制光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對應時間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——信號往返測線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。
ω——調(diào)制信號的角頻率，ω=2πf。
U——單位長度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長
N——測線所包含調(diào)制半波長個數(shù)。
Δφ——信號往返測線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。
ΔN——測線所包含調(diào)制波不足半波長的小數(shù)部分。
ΔN=φ/ω
在給定調(diào)制和標準大氣條件下，頻率c/(4πf)是一個常數(shù)，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數(shù)的測量和不足半波長的小數(shù)部分的測量即測N或φ，由于近代精密機械加工技術(shù)和無線電測相技術(shù)的發(fā)展，已使φ的測量達到很高的精度。
為了測得不足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(shù)字測相，目前短程激光測距儀均采用數(shù)字測相原理來求得φ。
由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號的激光束，為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激光測距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測相脈沖展寬細分技術(shù)，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經(jīng)超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建筑面積測量中最新型的長度計量標準器具。現(xiàn)應用最多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測距儀和圖雅得Trueyard 激光測距望遠鏡等。


激光測距儀原理
若激光是連續(xù)發(fā)射的，測程可達40公里左右，襯氟蝶閥并可晝夜進行作業(yè)。若激光是脈沖發(fā)射的，一般絕對精度較低，但用于遠距離量，可以達到很好的相對精度。世界上第一臺激光器，是由美國休斯飛機公司的科學家梅曼于1960年，首先研制成功的。美國軍方很快就在此基礎上開展了對軍用激光裝置的研究。1961年，第一臺軍用激光測距儀通過了美國軍方論證試驗，對此后激光測距儀很快就進入了實用聯(lián)合體。激光測距儀重 量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，其誤差僅為其它光學測距儀的五分之一到數(shù)百分之一，因而被廣泛用于地形測量，戰(zhàn)場測量，坦克，飛機，艦艇和火炮對目標的測距，測量云層、飛機、導彈以及人造衛(wèi)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(shù)裝備。由于激光測距儀價格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開始使用激光測距儀。國內(nèi)外出現(xiàn)了一批新型的具有測距快、體積小、性能可靠等優(yōu)點的微型測距儀，可以廣泛應用于工業(yè)測控、礦山、港口等領(lǐng)域。主要分類一維激光測距儀用于距離測量、定位；二維激光測距儀(Scanning Laser Rangefinder)用于輪廓測量，定位、區(qū)域監(jiān)控等領(lǐng)域；三維激光測距儀(3D Laser Rangefinder)用于三維輪廓測量，三維空間定位等領(lǐng)域。
使用激光測量月球到地球距離的示意圖激光測距儀的測量原理及方法
1.利用紅外線測距或激光測距的原理是什么？測距原理基本可以歸結(jié)為測量光往返目標所需要時間，然后通過光速c =299792458m/s和大氣折射系數(shù)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(xù)波的相位，稱為測相式測距儀。當然，也有脈沖式測距儀，典型的是WILD的DI-3000需要注意，測相并不是測量紅外或者激光的相位，而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀，用于房屋測量，其工作原理與此相同。
2.被測物體平面必須與光線垂直么？通常精密測距需要全反射棱鏡配合，而房屋量測用的測距儀，直接以光滑的墻面反射測量，主要是因為距離比較近，光反射回來的信號強度夠大。與此可以知道，一定要垂直，否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。
3.若被測物體平面為漫反射是否可以？通常也是可以的，實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴重的問題。
4.超聲波測距精度比較低，現(xiàn)已很少使用。