激光測距儀的原理及應(yīng)用

一、激光測距儀的工作原理是怎樣的？

　　激光測距儀一般采用兩種方式來測量距離：脈沖法和相位法。脈沖法測距的過程是這樣的：測距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測量物體的反射后又被測距儀接收，測距儀同時記錄激光往返的時間。光速和往返時間的乘積的一半，就是測距儀和被測量物體之間的距離。脈沖法測量距離的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此類測距儀的測量盲區(qū)一般是15米左右。

二、激光測距儀的應(yīng)用領(lǐng)域主要是那些方面？

　　激光測距儀已經(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)，，爆破，航海，鐵路，反恐/，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，房地產(chǎn)，休閑/戶外運動等。

三、為什么激光測距儀還有所謂“安全”和“不安全”的區(qū)別？

　　顧名思義，激光測距儀是用激光做為主要工作物質(zhì)來進行工作的。目前，市場上的手持式激光測距儀的工作物質(zhì)主要有以下幾種：工作波長為905納米和1540納米的半導(dǎo)體激光，工作波長為1064納米的YAG激光。1064納米的波長對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納米波長的激光，對眼睛的傷害可能將是*性的。所以，在國外，手持激光測距儀中，*取締了1064納米的激光。在國內(nèi)，某些廠家還有生產(chǎn)1064納米的激光測距儀。　　

　　對于905納米和1540納米的激光測距儀，我們就稱之為“安全”的。對于1064納米的激光測距儀，由于它對人體具有潛在的危害性，所以我們就稱之為“不安全”的。

手持式激光測距儀激光測距原理

　　激光測距是光波測距中的一種測距方式，如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用下列表示。

　　D=ct/2

　　式中：

　　D——測站點A、B兩點間距離；

　　c——光在大氣中傳播的速度；

　　t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時間。

　　由上式可知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據(jù)測量時間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形式。

相位式激光測距儀

相位式激光測距儀是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間，如圖所示。

相位式激光測距儀一般應(yīng)用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，并使測定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測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，在待測量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對應(yīng)時間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——信號往返測線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。

　　ω——調(diào)制信號的角頻率，ω=2πf。

　　U——單位長度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長

　　N——測線所包含調(diào)制半波長個數(shù)。

　　Δφ——信號往返測線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。　

　　ΔN——測線所包含調(diào)制波不足半波長的小數(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)是一個常數(shù)，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數(shù)的測量和不足半波長的小數(shù)部分的測量即測N或φ，由于近代精密機械加工技術(shù)和無線電測相技術(shù)的發(fā)展，已使φ的測量達到很高的精度。　　

　　為了測得不足π的相角φ，通過不同的方法來進行測量，通常應(yīng)用zui多的是延遲測相和數(shù)字測相，目前短程激光測距儀均采用數(shù)字測相原理來求得φ。　

由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號的激光束，為了獲得測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距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測相脈沖展寬細分技術(shù)，無需合作目標(biāo)即可達到毫米級精度，測程已經(jīng)超過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量、房屋建筑面積測量中型的長度計量標(biāo)準(zhǔn)器具。現(xiàn)應(yīng)用zui多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測距儀。

　　手持式激光測距儀使用注意事項

　　徠卡DISTO及其他手持式激光測距儀，由于采用激光進行距離測量，而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源，所以在使用時不要用眼對準(zhǔn)發(fā)射口直視，也不要用瞄準(zhǔn)望遠鏡觀察光滑反射面，以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說明書中安全操作規(guī)范進行測量。野外測量時不可將儀器發(fā)射口直接對準(zhǔn)太陽以免燒壞儀器光敏元件。