測(cè)距儀原理 · 激光測(cè)距儀原理
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。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。
利用紅外線測(cè)距或激光測(cè)距的原理是什么？
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。
激光測(cè)距儀一般采用兩種方式來(lái)測(cè)量距離：脈沖法和相位法。
脈沖法測(cè)距的過(guò)程是這樣的：測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間。光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。脈沖法測(cè)量距離的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此類測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)一般是15米左右。
激光測(cè)距是光波測(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，激光測(cè)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)距儀原理
相位式激光測(cè)距儀是用無(wú)線電波段的頻率，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)線所需的時(shí)間，如圖所示。
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的某一特定點(diǎn)上，對(duì)這種測(cè)距儀都配置了被稱為合作目標(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)線所包含調(diào)制半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。
Δφ——信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。
ΔN——測(cè)線所包含調(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)用最多的是延遲測(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)量中最新型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具?，F(xiàn)應(yīng)用最多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測(cè)距儀和圖雅得Trueyard 激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡等。
激光測(cè)距儀原理
若激光是連續(xù)發(fā)射的，測(cè)程可達(dá)40公里左右，襯氟蝶閥并可晝夜進(jìn)行作業(yè)。若激光是脈沖發(fā)射的，一般絕對(duì)精度較低，但用于遠(yuǎn)距離量，可以達(dá)到很好的相對(duì)精度。世界上第一臺(tái)激光器，是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的。美國(guó)軍方很快就在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了對(duì)軍用激光裝置的研究。1961年，第一臺(tái)軍用激光測(cè)距儀通過(guò)了美國(guó)軍方論證試驗(yàn)，對(duì)此后激光測(cè)距儀很快就進(jìn)入了實(shí)用聯(lián)合體。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，因而被廣泛用于地形測(cè)量，戰(zhàn)場(chǎng)測(cè)量，坦克，飛機(jī)，艦艇和火炮對(duì)目標(biāo)的測(cè)距，測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高高坦克、飛機(jī)、艦艇和火炮精度的重要技術(shù)裝備。由于激光測(cè)距儀價(jià)格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開(kāi)始使用激光測(cè)距儀。國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一批新型的具有測(cè)距快、體積小、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)的微型測(cè)距儀，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、礦山、港口等領(lǐng)域。主要分類一維激光測(cè)距儀用于距離測(cè)量、定位；二維激光測(cè)距儀(Scanning Laser Rangefinder)用于輪廓測(cè)量，定位、區(qū)域監(jiān)控等領(lǐng)域；三維激光測(cè)距儀(3D Laser Rangefinder)用于三維輪廓測(cè)量，三維空間定位等領(lǐng)域。
使用激光測(cè)量月球到地球距離的示意圖激光測(cè)距儀的測(cè)量原理及方法
1.利用紅外線測(cè)距或激光測(cè)距的原理是什么？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.被測(cè)物體平面必須與光線垂直么？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.若被測(cè)物體平面為漫反射是否可以？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，現(xiàn)已很少使用。
