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測(cè)距儀簡(jiǎn)介

2012-06-21 [3378]
                                            測(cè)距儀
根據(jù)光學(xué)、聲學(xué)和電磁波學(xué)原理設(shè)計(jì)的,用于距離測(cè)量的儀器。
測(cè)距儀簡(jiǎn)介
測(cè)距儀是一種航跡推算儀器,用于測(cè)量目標(biāo)距離,進(jìn)行航跡推算。測(cè)距儀的形式很多,通常是一個(gè)長(zhǎng)形圓筒,由物鏡、目鏡、測(cè)距轉(zhuǎn)鈕組成,用來(lái)測(cè)定目標(biāo)距離。
測(cè)距儀分類(lèi)
測(cè)距儀從測(cè)距基本原理,可以分為以下三類(lèi):
1. 激光測(cè)距儀
  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。激光測(cè)距儀在工作時(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。
激光測(cè)距儀是目前使用的測(cè)距儀,激光測(cè)距儀又可以分類(lèi)為手持式激光測(cè)距儀(測(cè)量距離0-300米),望遠(yuǎn)鏡激光測(cè)距儀(測(cè)量距離500-3000米)。
2. 超聲波測(cè)距儀
  超聲波測(cè)距儀是根據(jù)超聲波遇到障礙物反射回來(lái)的特性進(jìn)行測(cè)量的。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來(lái),超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計(jì)時(shí)。 通過(guò)不斷檢測(cè)產(chǎn)生波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波,從而測(cè)出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差T,然后求出距離L。
  超聲波測(cè)距儀,由于超聲波受周?chē)h(huán)境影響較大,所以一般測(cè)量距離比較短,測(cè)量精度比較低。目前使用范圍不是很廣闊,但價(jià)格比較低,一般幾百元左右。
3.紅外測(cè)距儀
  用調(diào)制的紅外光進(jìn)行精密測(cè)距的儀器,測(cè)程一般為1-5公里。利用的是紅外線傳播時(shí)的不擴(kuò)散原理 :因?yàn)榧t外線在穿越其它物質(zhì)時(shí)折射率很小,所以長(zhǎng)距離的測(cè)距儀都會(huì)考慮紅外線,而紅外線的傳播是需要時(shí)間的,當(dāng)紅外線從測(cè)距儀發(fā)出碰到反射物被反射回來(lái)被測(cè)距儀接受到再根據(jù)紅外線從發(fā)出到被接受到的時(shí)間及紅外線的傳播速度就可以算出距離
紅外測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是便宜,易制,安全,缺點(diǎn)是精度低,距離近,方向性差。
測(cè)距儀原理
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(lèi)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
  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zui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)量中型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具?,F(xiàn)應(yīng)用zui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。
測(cè)距儀特點(diǎn)
  ◆遠(yuǎn)距離測(cè)量,在無(wú)反光板和反射率低的情況下能測(cè)量較遠(yuǎn)的距離;
  ◆有同步輸入端,可多個(gè)傳感器同步測(cè)量;
  ◆測(cè)量范圍廣,響應(yīng)時(shí)間短;
  ◆外形設(shè)計(jì)緊湊,易于安裝,便于操作;
  ◆可測(cè)量各種物體距離(不需反射鏡); ◆增加濾光鏡可測(cè)高溫被測(cè)體;
  ◆可見(jiàn)光容易對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體;
  ◆LDM42響應(yīng)速度高達(dá)50Hz;
  ◆zui高測(cè)量精度3mm,分辨率0.1mm;
  ◆輸出:串行口RS232/RS422, 模擬輸出4~20mA , 模擬口和開(kāi)關(guān)值可軟件設(shè)置;
  ◆LDM43帶Profibus DP和SSI總線接口,容易融入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線;
       ◆有外同步輸入;
測(cè)距儀應(yīng)用領(lǐng)域
激光測(cè)距儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域:電力,水利,通訊,環(huán)境,建筑,地質(zhì),警務(wù),消防,爆破,航海,鐵路,反恐/軍事,農(nóng)業(yè),林業(yè),房地產(chǎn),休閑/戶外運(yùn)動(dòng)等。
測(cè)距儀使用知識(shí)
為什么激光測(cè)距儀還有所謂“安全”和“不安全”的區(qū)別?
  顧名思義,激光測(cè)距儀是用激光做為主要工作物質(zhì)來(lái)進(jìn)行工作的。目前,市場(chǎng)上的手持式激光測(cè)距儀的工作物質(zhì)主要有以下幾種:工作波長(zhǎng)為905納米和1540納米的半導(dǎo)體激光,工作波長(zhǎng)為1064納米的YAG激光。1064納米的波長(zhǎng)對(duì)人體皮膚和眼睛是害的,特別是如果眼睛不小心接觸到了1064納米波長(zhǎng)的激光,對(duì)眼睛的傷害可能將是性的。所以,在國(guó)外,手持激光測(cè)距儀中,*取締了1064納米的激光。在國(guó)內(nèi),某些廠家還有生產(chǎn)1064納米的激光測(cè)距儀。
  對(duì)于905納米和1540納米的激光測(cè)距儀,我們就稱之為“安全”的。對(duì)于1064納米的激光測(cè)距儀,由于它對(duì)人體具有潛在的危害性,所以我們就稱之為“不安全”的。
  激光測(cè)距儀,由于采用激光進(jìn)行距離測(cè)量,而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源,所以在使用時(shí)不要用眼對(duì)準(zhǔn)發(fā)射口直視,也不要用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡觀察光滑反射面,以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說(shuō)明書(shū)中安全操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。野外測(cè)量時(shí)不可將儀器發(fā)射口直接對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)以免燒壞儀器光敏元件。
測(cè)距儀選購(gòu)指南
在選購(gòu)測(cè)距儀時(shí),需要考慮的幾點(diǎn):
  1.測(cè)量范圍
  2.測(cè)量精度
  3.使用的場(chǎng)合
  基本分為以下幾種情況:
  a)只需要在幾米或者十幾米范圍之內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量,
  且精度要求不高的情況下。
  *建議——可選用“超聲波測(cè)距儀”。
  *備注——超聲波測(cè)距儀測(cè)量的效果受環(huán)境影響較大,穩(wěn)定和方向性較激光測(cè)距儀差,但價(jià)格相對(duì)便宜!適合與室內(nèi)測(cè)量。
  b)測(cè)量距離不長(zhǎng),多用于室內(nèi),精度要求高!
  *建議——可選購(gòu)“手持式激光測(cè)距儀”。
  *備注——手持式激光測(cè)距儀在室內(nèi)使用,測(cè)量精度及效果都非常不錯(cuò)!
 ?。ㄈ缬脩粜枰谑彝獾沫h(huán)境下進(jìn)行探測(cè)的話,建議配上專(zhuān)業(yè)的激光瞄準(zhǔn)器和反射板,結(jié)合使用才能達(dá)到預(yù)期的測(cè)程及效果。)
  c)測(cè)量距離較遠(yuǎn),多用于戶外使用!
  *建議——選購(gòu)“望遠(yuǎn)鏡式激光測(cè)距儀”(即:激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡)
  *特點(diǎn)——既是望遠(yuǎn)鏡,有是測(cè)距儀!多倍的觀察放大倍數(shù),使用者只需通過(guò)目鏡內(nèi)部的十字瞄準(zhǔn)系統(tǒng),便能夠輕松的瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距!利用對(duì)眼睛無(wú)害的透明紅外線激光發(fā)射及接收,能準(zhǔn)確地測(cè)出目標(biāo)距離,其體積小巧、輕便易攜!
  e) 測(cè)量遠(yuǎn)距離及室外測(cè)量
  *建議——選購(gòu)帶內(nèi)置望遠(yuǎn)鏡,這樣在強(qiáng)光線下看的更加清楚。
  *備注——便于測(cè)量。
  激光測(cè)距儀使用時(shí)需要注意的問(wèn)題:激光測(cè)距儀不能對(duì)準(zhǔn)人眼直接測(cè)量,防止對(duì)人體的傷害。同時(shí),一般激光測(cè)距儀不具防水功能,所以需要注意防水
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