激光测距仪的原理(激光测距仪的原理和设计)

激光测距的基本原理

葱花叔关注激光测距原理与方法转载2018-01-205点赞葱花叔码龄4年关注激光测距原理与方法激光测距粗划分为两种,第一种原理大致是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,以激光测距仪为例;第二种是以激光位移传感器原理为原理的方法的。激光的测量方法大致有三种,脉冲法(激光回波法),相位法,三角反射法。脉冲法测量距离的精度一般是在+/-1米左右。另外,此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。三角法用来测量2000mm以下短程距离(行业称之为位移)时,精度最高可达1um。相位式激光测距一般应用在精密测距中,精度一般为毫米级。激光回波分析法则用于远距离测量。1第一类测距如果光以速度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1.1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,激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。2第二类测距激光位移传感器能够利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光位移传感器(磁致伸缩位移传感器)就是利用激光的这些优点制成的新型测量仪表,它的出现,使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高,也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量。3测量方法一:相位式激光测距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。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式3.1将此关系代入(1.1)式距离D可表示为D=1/2ct=1/2c·φ/ω=c/(4πf)(Nπ+Δφ)=c/4f(N+ΔN)=U(N+)式3.2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,目前短程激光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。4测量方法二:脉冲式激光测距脉冲激光测距简单来说就是针对激光的飞行时间差进行测距,它是利用激光脉冲持续时间极短,能量在时间上相对集中,瞬时功率很大的特点进行测距。在有合作目标时,可以达到很远的测程;在近距离测量(几千米内)即使没有合作目标,在精度要求不高的情况下也可以进行测距。该方法主要用于地形测量,战术前沿测距,导弹运行轨道跟踪,激光雷达测距,以及人造卫星、地月距离测量等。图4.1脉冲式激光测距原理图脉冲式激光测距原理如图4.1所示。由激光发射系统发出一个持续时间极短的脉冲激光,经过待测距离L之后,被目标物体反射,发射脉冲激光信号被激光接收系统中的光电探测器接收,时间间隔电路通过计算激光发射和回波信号到达之间的时间t,得出目标物体与发射出的距离L。其精度取决于:激光脉冲的上升沿、接收通道带宽、探测器信噪比和时间间隔精确度。5测量方法三:三角法激光测距激光位移传感器的测量方法称为激光三角反射法,激光测距仪的精度是一定的,同样的测距仪测10米与100米的精度是一样的。而激光三角反射法测量精度是跟量程相关的,量程越大,精度越低。激光测距的另一种原理是激光三角反射法原理:半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集,投射到CCD阵列4上;信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。图5.1激光三角法激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面,经物体反射的激光通过接受器镜头,被内部的CCD线性相机接受,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。同时,光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理,并通过微处理器分析,计算出相应的输出值,并在用户设定的模拟量窗口内,按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出,则在设定的窗口内导通,窗口之外截止。另外,模拟量与开关量输出可设置独立检测窗口。常用在铁轨、产品厚度、平整度、尺寸等方面。6测量方法四:激光回波法激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离可以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接受器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个脉冲到检测物并返回至接收器,处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回接收器所需时间,以此计算出距离值,该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。

激光测距仪的原理

1.利用红外线测距或激光测距的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,典型的是WILD的DI-3000。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激光测距仪,用于房屋测量,其工作原理与此相同。2.测物体平面必须与光线垂直通常精密测距需要全反射棱镜配合,而房屋量测用的测距仪,直接以光滑的墙面反射测量,主要是因为距离比较近,光反射回来的信号强度够大。与此可以知道,一定要垂直,否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。3.可以测物体平面为漫反射通常也是可以的,实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。4.超声波测距精度比较低,使用比较少。5.激光测距仪精度可达到1毫米误差,适合各种高精度测量用途。

激光测距仪是什么原理?

激光测距仪是利用调制激光的某个参数对目标的距离进行准确测定的仪器。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。通常精密测距需要全反射棱镜配合,而房屋量测用的测距仪,直接以光滑的墙面反射测量,主要是因为距离比较近,光反射回来的信号强度够大。与此可以知道,一定要垂直,否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。北京美特迩环保仪器有限公司是专业生产与代理国内/国外仪器仪表的公司,服务于电子、电力、通讯、环保、农业,建筑,节能、航空航天等行业。公司LDM-35/40激光测距仪价格为CEM自主设计、研发和制造的手持式激光测距仪,使用简单安全,仅需单人操作无需借助其他工具,即使在非常苛刻的测量环境中也能轻松应对。

激光扫描测距仪的原理

激光时间飞行原理-Timeofflight:激光发射器发出激光脉冲波,内部定时器开始计算时间t当激光波碰到物体后,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,停止内部定时器t2,激光雷达到物体的距离为:S=C(光速)×(t2-t1)/2.相位差原理-Phaseshift:激光发射器发出激光脉冲波时,记录此时激光波的相位f1,当激光波碰到物体后,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,记录此时激光波的相位f2,在一定距离范围内,激光扫描器到物体的距离为:S=(f2-f1)/360*n(n为以比例系数)。单次回波原理-Onepulse:激光发射器发出激光脉冲波,当激光波碰到物体后,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,且返回波的能量足以触发门槛值,激光扫描器计算它到物体的距离值,每次激光波只有一个测量值。多次回波原理-Multi-Pulse:激光发射器发出激光脉冲波,当激光波碰到物体后,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,且返回波的能量足以触发门槛值,激光扫描器计算它到物体的距离值;如果第一个物体是玻璃或其他可以透过的物体,激光波会继续往前,当碰到第二个物体时,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波且其能量足以触发门槛值,激光扫描器计算它到物体的距离值。依次类推,激光扫描器所发出的一个激光脉冲波可以给出多个测量值,客户可以根据自己的需要,选择一个或多个测量值。激光扫描器测量原理:激光发射器发出激光脉冲波,当激光波碰到物体后,部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,且返回波的能量足以触发门槛值,激光扫描器计算它到物体的距离值;激光扫描器连续不停的发射激光脉冲波,激光脉冲波打在高速旋转的镜面上,将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。此二维区域的扫描可以实现以下两个功能:1).在扫描器的扫描范围内,设置不同形状的保护区域,当有物体进入该区域时,发出报警信号;2).在扫描器的扫描范围内,扫描器输出每个测量点的距离,根据此距离信息,可以计算物体的外型轮廓,坐标定位等。

激光测距仪的工作原理是什么?

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。激光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。激光测距仪重量轻、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。

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