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手持式激光测距仪激光测距原理

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发表于 2008-10-15 08:20:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
' g/ W3 b$ |) E3 N$ Y/ q6 s5 d6 s9 Y; l  y4 }: g; _' h+ |
D=ct/2
0 Z: I+ x4 u; |: S0 Y) [
  G7 T; |8 q% ?式中:
2 e* b% j1 J- ^! w. q
& K- R# V% f  R0 b) m  y* yD——测站点A、B两点间距离;
2 X+ a/ f% X; X5 U! ]- ?8 t  {* H* p  n
c——光在大气中传播的速度;
, p/ k; R* J3 e( ]/ P2 c
; t5 z" I+ P1 w+ }% i5 o. Vt——光往返A、B一次所需的时间。
- `- e, h1 V& P# n$ j. ~$ C9 L) `7 G, P9 G( ^: h( C+ V! w
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。( E" K" r! }6 W! g7 z* U
; L. R4 g; v; e/ ?5 t; B" p( W! ?- x
相位式激光测距仪
5 {, y# Y+ D+ |6 n  |    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,如下图所示。
, h1 p4 K* y7 r7 L
( M: p- B. Y9 V6 R5 M! q
  p' n/ P3 k8 F4 b+ s/ h
    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。
/ j- R( f$ w: @4 }% M9 Y! P& g8 b8 y
    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:2 ]3 H, z" \4 i, V* M
) o4 n7 j4 J( ~4 A" A
t=φ/ω5 T$ i/ L& F1 Q* M, C9 l

4 `$ _# X& o, g5 r4 O将此关系代入(3-6)式距离D可表示为
; n* o$ F2 ^  S- G1 {3 `- Y- f' Z! ^2 u. H4 X3 Q' D, Q
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)
" O9 v( X: h( G$ i: m8 u8 G/ W( v0 T! d8 [' f* N
=c/4f (N+ΔN)=U(N+)2 ~0 ]- W' |1 D9 |! q
$ b8 U! u7 Q/ J: \
式中:
6 e+ g. z+ x/ a! G7 s  u* [# H
6 C  j; z# B/ q/ V( g( s+ i" Nφ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
' H1 ~7 V- [5 @& f2 i1 e! Q" E$ M4 Y7 c7 e& P/ a
ω——调制信号的角频率,ω=2πf。
7 X: N$ K3 X7 p7 T# X/ r
/ B8 |+ v6 A9 N9 V  D: i- AU——单位长度,数值等于1/4调制波长1 O  u4 o9 [! c2 U: E" ~
) l* g$ e! O, E$ N
N——测线所包含调制半波长个数。
( _* z  p5 J8 Q( M% s1 f, A" \, Y) N0 h0 G! S; U( O6 u/ X2 C
Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。' u! n( x0 z; a3 n! ~/ P. O  A8 y
$ b8 H( t: Y7 o9 ^1 _* b0 T) Y
ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。; O" K3 _3 A. g$ ^1 y

, |3 H) H% @3 FΔN=φ/ω
  d  Y8 `# [; _" q- {; I5 Q
  g, f5 }  p1 u4 A8 K" q; t9 Y) K    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。' p4 D) G" m+ H( T; Q8 S
3 H0 Z$ d& f7 P( R0 [; q, o
    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。
7 m* n3 T5 Q: d
; F, Q+ Y- |9 N0 ^+ Y# F- R* V    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。现应用最多的是leica公司生产的DISTO系列手持式激光测距仪。
9 r- ~; v, ]5 [. g6 g  y, u, C/ r+ p$ Q' u2 U1 Y
手持式激光测距仪使用注意事项
. ?  f8 ^) a3 v$ o* _7 c1 i    DISTO及其他手持式激光测距仪,由于采用激光进行距离测量,而脉冲激光束是能量非常集中的单色光源,所以在使用时不要用眼对准发射口直视,也不要用瞄准望远镜观察光滑反射面,以免伤害人的眼睛。一定要按仪器说明书中安全操作规范进行测量。野外测量时不可将仪器发射口直接对准太阳以免烧坏仪器光敏元件。
" R# H( Z$ \% I- ^; N$ N5 m* r; A
    以上以DISTO仪器为例简要介绍了仪器部分测量功能,不同厂家生产的手持式激光测距仪功能键略有异同,但只要认真阅读使用说明书,就会充分发挥手持式激光测距仪在房屋建筑面积测量和其他精密工程测量中的作用。
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