μέτρηση απόστασης με λέιζερ

Η μέτρηση απόστασης με λέιζερ χρησιμοποιεί ένα λέιζερ ως πηγή φωτός για την εμβέλεια. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του λέιζερ χωρίζεται σε συνεχείς οπτικές συσκευές και παλμικά λέιζερ. Οι ανιχνευτές αμμωνίας, αερίων, θερμοκρασίας ατμόσφαιρας και άλλων αερίων λειτουργούν σε συνεχή προς τα εμπρός κατάσταση, που χρησιμοποιούνται για ακτίνα λέιζερ φάσης, λέιζερ διπλού ετερογενούς ημιαγωγού, λέιζερ υπέρυθρης ακτινοβολίας, ρουμπίνι, χρυσό γυαλί και λέιζερ στερεάς κατάστασης, που χρησιμοποιούνται για παλμική εμβέλεια λέιζερ. Λόγω των χαρακτηριστικών της καλής μονοχρωματικότητας και της ισχυρής κατευθυντικότητας του λέιζερ, σε συνδυασμό με την ενσωμάτωση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ημιαγωγούς, οι μετρητές απόστασης λέιζερ μπορούν όχι μόνο να λειτουργούν μέρα και νύχτα, αλλά και να βελτιώσουν την ακρίβεια μέτρησης της απόστασης και να βελτιώσουν σημαντικά την ακρίβεια μέτρησης απόστασης σε σύγκριση με τα φωτοηλεκτρικά αποστασιομετρητές. Μειώνοντας το βάρος και την κατανάλωση ενέργειας, γίνεται πραγματικότητα η μέτρηση της απόστασης από μακρινούς στόχους όπως οι τεχνητοί δορυφόροι της γης και η σελήνη.

Ο αποστασιόμετρο λέιζερ είναι ένα όργανο που χρησιμοποιεί φως λέιζερ για να μετρήσει με ακρίβεια την απόσταση από έναν στόχο (ονομάζεται επίσης εύρος λέιζερ). Όταν ο αποστασιόμετρο λέιζερ λειτουργεί, εκπέμπει μια πολύ λεπτή δέσμη λέιζερ προς τον στόχο. Το φωτοηλεκτρικό στοιχείο δέχεται την ακτίνα λέιζερ που ανακλάται από τον στόχο. Ο χρονοδιακόπτης μετρά το χρόνο από την εκπομπή έως τη λήψη της δέσμης λέιζερ και υπολογίζει την απόσταση από τον παρατηρητή στον στόχο. Εάν το λέιζερ εκπέμπεται συνεχώς, το εύρος μέτρησης μπορεί να φτάσει περίπου τα 40 χιλιόμετρα και η λειτουργία μπορεί να πραγματοποιηθεί μέρα και νύχτα. Εάν το λέιζερ είναι παλμικό, η απόλυτη ακρίβεια είναι γενικά χαμηλή, αλλά μπορεί να επιτύχει καλή σχετική ακρίβεια όταν χρησιμοποιείται για μετρήσεις ζώων σε μεγάλες αποστάσεις. Το πρώτο λέιζερ στον κόσμο αναπτύχθηκε με επιτυχία το 1960 από τον Maiman, έναν επιστήμονα της αμερικανικής εταιρείας Hughes Aircraft Company. Ο στρατός των ΗΠΑ ξεκίνησε γρήγορα έρευνα για στρατιωτικές συσκευές λέιζερ σε αυτή τη βάση. Το 1961, ο πρώτος στρατιωτικός αποστασιόμετρο λέιζερ πέρασε τη δοκιμή επίδειξης του αμερικανικού στρατού. Μετά από αυτό, ο αποστασιόμετρο λέιζερ μπήκε γρήγορα στην πρακτική κοινότητα. Ο αποστασιόμετρο λέιζερ είναι ελαφρύς σε βάρος, μικρός σε μέγεθος, απλός στη λειτουργία του, γρήγορος και ακριβής στην ανάγνωση και το σφάλμα του είναι μόνο το ένα πέμπτο έως ένα τοις εκατό αυτού των άλλων οπτικών αποστάσεων. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως στην τοπογραφία εδάφους και στην τοπογραφία πεδίου μάχης. , που κυμαίνονται από άρματα μάχης, αεροσκάφη, πλοία και πυροβολικό έως στόχους, μέτρηση ύψους νεφών, αεροσκαφών, πυραύλων και τεχνητών δορυφόρων κ.λπ. Είναι σημαντικός τεχνικός εξοπλισμός για τη βελτίωση της ακρίβειας αρμάτων μάχης, αεροσκαφών, πλοίων και πυροβολικού. Καθώς η τιμή των αποστάσεων με λέιζερ συνεχίζει να πέφτει, η βιομηχανία άρχισε σταδιακά να χρησιμοποιεί αποστασιομετρητές λέιζερ. Ένας αριθμός νέων μικροσκοπικών αποστάσεων έχουν εμφανιστεί στο εσωτερικό και στο εξωτερικό με τα πλεονεκτήματα της γρήγορης εμβέλειας, του μικρού μεγέθους και της αξιόπιστης απόδοσης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως. Στη βιομηχανική μέτρηση και έλεγχο, εξόρυξη, λιμάνια και άλλους τομείς.

Οι αποστασιοποιητές λέιζερ χρησιμοποιούν γενικά δύο μεθόδους για τη μέτρηση της απόστασης: τη μέθοδο παλμού και τη μέθοδο φάσης. Η διαδικασία της εμβέλειας της μεθόδου παλμού είναι η εξής: το λέιζερ που εκπέμπεται από τον αποστασιόμετρο ανακλάται από το αντικείμενο που μετράται και στη συνέχεια λαμβάνεται από τον αποστασιόμετρο. Το αποστασιόμετρο καταγράφει το χρόνο μετ' επιστροφής του λέιζερ. Το μισό του γινομένου της εξέλιξης του φωτός και του χρόνου μετ' επιστροφής είναι η απόσταση μεταξύ του μετρητή απόστασης και του αντικειμένου που μετράται. Η ακρίβεια της μέτρησης της απόστασης με τη μέθοδο παλμού είναι γενικά περίπου +- 1 μέτρο. Επιπλέον, η τυφλή ζώνη μέτρησης αυτού του τύπου αποστασιόμετρου είναι γενικά περίπου 15 μέτρα. Η εμβέλεια λέιζερ είναι μια μέθοδος μέτρησης απόστασης σε εύρος κυμάτων φωτός. Εάν το φως ταξιδεύει στον αέρα με ταχύτητα C και είναι γνωστός ο χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει εμπρός και πίσω μεταξύ δύο σημείων Α και Β, τότε η απόσταση D μεταξύ δύο σημείων Α και Β μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εξής.

D=ct/2

Στον τύπο:

Δ: Η απόσταση μεταξύ των σημείων μέτρησης Α και Β:

γ: ταχύτητα;

t: Ο χρόνος που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως μπρος-πίσω μεταξύ Α και Β.

Μπορεί να φανεί από τον παραπάνω τύπο ότι η μέτρηση της απόστασης μεταξύ Α και Β σημαίνει στην πραγματικότητα μέτρηση του χρόνου διάδοσης του φωτός. Σύμφωνα με τις διαφορετικές μεθόδους μέτρησης χρόνου, οι αποστασιομετρητές λέιζερ μπορούν συνήθως να χωριστούν σε δύο μορφές μέτρησης: τύπος παλμού και τύπος φάσης. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μέτρηση φάσης δεν μετρά τη φάση του υπέρυθρου ή του λέιζερ, αλλά τη φάση του σήματος που διαμορφώνεται σε υπέρυθρες ή λέιζερ. Υπάρχει ένας φορητός αποστασιόμετρο λέιζερ που χρησιμοποιείται στον κατασκευαστικό κλάδο για την τοπογραφία σπιτιών που λειτουργεί με την ίδια αρχή.