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激光測距儀一般採用兩種方式來測量距離:脈衝法和相位法。脈衝法測距的過程是這樣的:測距儀發射出的激光經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。脈衝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一般是15米左右。

1 測距 -應用領域

激光測距儀已經被廣泛應用於以下領域:電力,水利,通訊,環境,建築,地質,警務,消防,爆破,航海,鐵路,反恐/軍事,農業,林業,房地產,休閑/戶外運動等。

2 測距 -「安全」和「不安全」

測距儀器測距儀器
顧名思義,激光測距儀是用激光做為主要工作物質來進行工作的。目前,市場上的手持式激光測距儀的工作物質主要有以下幾種:工作波長為905納米和1540納米的半導體激光,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永久性的。所以,在國外,手持激光測距儀中,完全取締了1064納米的激光。在國內,某些廠家還有生產1064納米的激光測距儀。

對於905納米和1540納米的激光測距儀,我們就稱之為「安全」的。對於1064納米的激光測距儀,由於它對人體具有潛在的危害性,所以我們就稱之為「不安全」的。

3 測距 -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、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,根據測量時間方法的不同,激光測距儀通常可分為脈衝式和相位式兩種測量形式。
激光測距的另一種原理是激光三角反射法原理:半導體激光器1被鏡片2聚焦到被測物體6。反射光被鏡片3收集,投射到CCD陣列4上;信號處理器5通過三角函數計算陣列4上的光點位置得到距物體的距離。
這種原理的測距儀一般是用來測量2000mm以下短程距離(行業稱之為位移),精度更高,最高可達1um,常用在鐵軌、產品厚度、平整度、尺寸等方面。比如激光位移感測器ZLDS10x,在上述方面的應用就非常多。
    

4 測距 -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製並測定調製光往返測線一次所產生的相位延遲,再根據調製光的波長,換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間,如圖所示。

相位式激光測距儀一般應用在精密測距中。由於其精度高,一般為毫米級,為了有效的反射信號,並使測定的目標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的反射鏡。

若調製光角頻率為ω,在待測量距離D上往返一次產生的相位延遲為φ,則對應時間t 可表示為:
  t=φ/ω
  將此關係代入(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生的總的相位延遲。
 
測距儀器測距儀器
   ω——調製信號的角頻率,ω=2πf。
  U——單位長度,數值等於1/4調製波長
  N——測線所包含調製半波長個數。
  Δφ——信號往返測線一次產生相位延遲不足π部分。
  ΔN——測線所包含調製波不足半波長的小數部分。
  ΔN=φ/ω
在給定調製和標準大氣條件下,頻率c/(4πf)是一個常數,此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數的測量和不足半波長的小數部分的測量即測N或φ,由於近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發展,已使φ的測量達到很高的精度。
為了測得不足π的相角φ,可以通過不同的方法來進行測量,通常應用最多的是延遲測相和數字測相,目前短程激光測距儀均採用數字測相原理來求得φ。

由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續發射帶調製信號的激光束,為了獲得測距高精度還需配置合作目標,而目前推出的手持式激光測距儀是脈衝式激光測距儀中又一新型測距儀,它不僅體積小、重量輕,還採用數字測相脈衝展寬細分技術,無需合作目標即可達到毫米級精度,測程已經超過100m,且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建築面積測量中最新型的長度計量標準器具。現應用最多的是leica公司生產的DISTO系列手持式激光測距儀。

5 測距 -使用注意事項

DISTO及其他手持式激光測距儀,由於採用激光進行距離測量,而脈衝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發射口直視,也不要用瞄準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範進行測量。野外測量時不可將儀器發射口直接對準太陽以免燒壞儀器光敏元件。

6 測距 -GIS軟體中的測距

GIS(地理信息系統)中的測量一個位置或者多個位置之間的距離。
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