激光测距仪是如何工作的

摘要:激光测距仪,是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离。测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确,其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。

一.测距仪分类
测距仪分手持测距仪和望远镜式测距仪:

1、手持测距仪:测量距离一般在200米内,精度在2mm左右。这是目前使用范围最广的测距仪。在功能上除能测量距离外,一般还能计算测量物体的体积。

宏诚科技(HCJYET)40米 手持式激光测距仪


2、望远镜式测距仪:测量距离一般在600-3000米左右,这类测距仪测量距离比较远,但精度相对较低,精度一般在1米左右。主要应用范围为野外长距离测量。
    望远镜测距仪,为远距离测距仪,目前在户外使用相当广泛。


二.测距仪的应用领域
 测距仪广泛用于地形测量,战场测量,坦克,飞机,舰艇和火炮对目标的测距,测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。由于测距仪价格不断下调,工业上也逐渐开始使用测距仪,可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
 
三. 测距仪原理

测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间,然后通过光速c =299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难,通常是测定连续波的相位,称为测相式测距仪。当然,也有脉冲式测距仪。

  需要注意,测相并不是测量红外或者激光的相位,而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。建筑行业有一种手持式的测距仪,用于房屋测量,其工作原理与此相同。
  测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的:测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收,测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半,就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外,此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
  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。
  D=ct/2
  式中:
  D——测站点A、B两点间距离;
  c——光在大气中传播的速度;
  t——光往返A、B一次所需的时间。
  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,测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
  相位式测距仪
  相位式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,如图所示。
  相位式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。
  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:
  t=φ/ω
  将此关系代入(3-6)式距离D可表示为
  D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)
  =c/4f (N+ΔN)=U(N+)
  式中:
  φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
  ω——调制信号的角频率,ω=2πf。
  U——单位长度,数值等于1/4调制波长
  N——测线所包含调制半波长个数。
  Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。
  ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。
  ΔN=φ/ω
  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。
  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,目前短程测距仪均采用数字测相原理来求得φ。
  由上所述一般情况下相位式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测距仪是脉冲式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。


测距仪的特点
远距离测量,在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离;
有同步输入端,可多个传感器同步测量;
测量范围广,响应时间短;
外形设计紧凑,易于安装,便于操作;
可测量各种物体距离(不需反射镜);
增加滤光镜可测高温被测体;
可见光容易对准被测体;