激光測(cè)距:
光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式,如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t,則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示。
D=ct/2
式中:
D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離;
c——光在大氣中傳播的速度;
t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。
由上式可知,要測(cè)量A、B距離實(shí)際上是要測(cè)量光傳播的時(shí)間t,根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同,光測(cè)激距儀通??煞譃槊}沖式和相位式兩種測(cè)量形式。
相位式激光測(cè)距儀
相位式激光測(cè)距儀是用無(wú)線(xiàn)電波段的頻率,對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返測(cè)線(xiàn)一次所產(chǎn)生的相位延遲,再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng),換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返測(cè)線(xiàn)所需的時(shí)間,如下圖所示。
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相位式激光測(cè)距儀一般應(yīng)用在精密測(cè)距中。由于其精度高,一般為毫米級(jí),為了有效的反射信號(hào),并使測(cè)定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱(chēng)的某一特定點(diǎn)上,對(duì)這種測(cè)距儀都配置了被稱(chēng)為合作目標(biāo)的反射鏡。
若調(diào)制光角頻率為ω,在待測(cè)量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ,則對(duì)應(yīng)時(shí)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(hào)往返測(cè)線(xiàn)一次產(chǎn)生的總的相位延遲。
ω——調(diào)制信號(hào)的角頻率,ω=2πf。
U——單位長(zhǎng)度,數(shù)值等于1/4調(diào)制波長(zhǎng)
N——測(cè)線(xiàn)所包含調(diào)制半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。
Δφ——信號(hào)往返測(cè)線(xiàn)一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。
ΔN——測(cè)線(xiàn)所包含調(diào)制波不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分。
ΔN=φ/ω
在給定調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下,頻率c/(4πf)是一個(gè)常數(shù),此時(shí)距離的測(cè)量變成了測(cè)線(xiàn)所包含半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)的測(cè)量和不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分的測(cè)量即測(cè)N或φ,由于近代精密機(jī)械加工技術(shù)和無(wú)線(xiàn)電測(cè)相技術(shù)的發(fā)展,已使φ的測(cè)量達(dá)到很高的精度。
為了測(cè)得不足π的相角φ,可以通過(guò)不同的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量,通常應(yīng)用較多的是延遲測(cè)相和數(shù)字測(cè)相,目前短程激光測(cè)距儀均采用數(shù)字測(cè)相原理來(lái)求得φ。
由上所述一般情況下相位式激光測(cè)距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號(hào)的激光束,為了獲得測(cè)距高精度還需配置合作目標(biāo),而目前推出的手持式激光測(cè)距儀是脈沖式激光測(cè)距儀中又一新型測(cè)距儀,它不僅體積小、重量輕,還采用數(shù)字測(cè)相脈沖展寬細(xì)分技術(shù),無(wú)需合作目標(biāo)即可達(dá)到毫米級(jí)精度,測(cè)程已經(jīng)超過(guò)100m,且能快速準(zhǔn)確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測(cè)量、房屋建筑面積測(cè)量中較新型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具?,F(xiàn)應(yīng)用較多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測(cè)距儀。
手持式激光測(cè)距儀使用注意事項(xiàng)
DISTO及其他手持式激光測(cè)距儀,由于采用激光進(jìn)行距離測(cè)量,而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源,所以在使用時(shí)不要用眼對(duì)準(zhǔn)發(fā)射口直視,也不要用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡觀察光滑反射面,以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說(shuō)明書(shū)中安全操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。野外測(cè)量時(shí)不可將儀器發(fā)射口直接對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)以免燒壞儀器光敏元件。
以上以DISTO儀器為例簡(jiǎn)要介紹了儀器部分測(cè)量功能,不同廠家生產(chǎn)的手持式激光測(cè)距儀功能鍵略有異同,但只要認(rèn)真閱讀使用說(shuō)明書(shū),就會(huì)充分發(fā)揮手持式激光測(cè)距儀在房屋建筑面積測(cè)量和其他精密工程測(cè)量中的作用。
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。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。
原理:
1.利用紅外線(xiàn)測(cè)距或激光測(cè)距的原理
測(cè)距原理基本可以歸結(jié)為測(cè)量光往返目標(biāo)所需要時(shí)間,然后通過(guò)光速c =299792458m/s 和大氣折射系數(shù)n 計(jì)算出距離D。由于直接測(cè)量時(shí)間比較困難,通常是測(cè)定連續(xù)波的相位,稱(chēng)為測(cè)相式測(cè)距儀。當(dāng)然,也有脈沖式測(cè)距儀,典型的是WILD的DI-3000。
需要注意,測(cè)相并不是測(cè)量紅外或者激光的相位,而是測(cè)量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號(hào)相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測(cè)距儀,用于房屋測(cè)量,其工作原理與此相同。
2.測(cè)物體平面必須與光線(xiàn)垂直
通常精密測(cè)距需要全反射棱鏡配合,而房屋量測(cè)用的測(cè)距儀,直接以光滑的墻面反射測(cè)量,主要是因?yàn)榫嚯x比較近,光反射回來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度夠大。與此可以知道,一定要垂直,否則返回信號(hào)過(guò)于微弱將無(wú)法得到精確距離。
3.可以測(cè)物體平面為漫反射
通常也是可以的,實(shí)際工程中會(huì)采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴(yán)重的問(wèn)題。
4.超聲波測(cè)距精度比較低,使用比較少。
5.激光測(cè)距儀精度可達(dá)到1毫米誤差,適合各種高精度測(cè)量用途
選購(gòu):
在選購(gòu)測(cè)距儀時(shí),需要考慮的幾點(diǎn):
1.測(cè)量范圍
2.測(cè)量精度
3.使用的場(chǎng)合
基本分為以下幾種情況:
a) 只需要在幾米或者十幾米范圍之內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量,
且精度要求不高的情況下。
激光測(cè)距儀
激光測(cè)距儀
建議--可選用"超聲波測(cè)距儀"。
備注--超聲波測(cè)距儀測(cè)量的效果受環(huán)境影響較大,穩(wěn)定和方向性較激光測(cè)距儀差,但價(jià)格相對(duì)便宜,適合與室內(nèi)測(cè)量。
b) 測(cè)量距離不長(zhǎng),多用于室內(nèi),精度要求高。
建議--可選購(gòu)"手持式激光測(cè)距儀"。
備注--手持式激光測(cè)距儀比較適合在室內(nèi)使用,測(cè)量精度及效果都非常不錯(cuò)。
(如用戶(hù)需要在室外的環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)的話(huà),建議配上專(zhuān)業(yè)的激光瞄準(zhǔn)器和反射板,結(jié)合使用才能達(dá)到預(yù)期的測(cè)程及效果。)
c) 測(cè)量距離較遠(yuǎn),多用于戶(hù)外使用。
建議--選購(gòu)"望遠(yuǎn)鏡式激光測(cè)距儀"(即:激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡)