激光測(cè)距技術(shù)原理

1、激光測(cè)距技術(shù)原理：1. 激光的亮度高。固體激光器的亮度更可高達(dá) 1011Wcm2Sr 這是因?yàn)榧す怆m然功率有限，但是由于光束極小，于是具有極高 的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我們所見(jiàn)所有光（包括 可見(jiàn)光中的強(qiáng)者：太陽(yáng)光），這也是激光可用于星際測(cè)量的根本原因所在；2. 激光的單色性好。這是因?yàn)榧す獾墓庾V頻率組成單一。3. 激光的方向性好。激光具有非常小的光束發(fā)散角，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距 離的飛行以后仍然能夠保持直線傳輸；4. 激光的相干性好。我們通常所見(jiàn)到的可見(jiàn)光是非相干光， 激 光可以做到他們都做不到的事情，比如說(shuō)切割鋼材。在測(cè)距領(lǐng)域，激光的作用更是不容忽視，可以這樣說(shuō)，激光測(cè)距 是激光應(yīng)用最早的領(lǐng)

2、域（1960年產(chǎn)生，1962年即被應(yīng)用于地球與月 球間距離的測(cè)量）。測(cè)量的精確度和分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，體積 小同時(shí)重量輕的激光測(cè)距儀受到了大多數(shù)有測(cè)距需求的企業(yè)、機(jī)構(gòu)或個(gè)人的青睞，其市場(chǎng)需求空間大，應(yīng)用領(lǐng)域廣行業(yè)需求多，并且起著 日益重要的作用。一、 相位法激光測(cè)距技術(shù)原理：當(dāng)今市場(chǎng)上主流的激光測(cè)距儀是基于相位法的激光測(cè)距儀。這是 因?yàn)榛谙辔环ǖ募す鉁y(cè)距儀輕易地就可以克服超聲波測(cè)距的一大 i缺陷：誤差過(guò)大，使測(cè)量精度達(dá)到毫米級(jí)別。而基于此法的激光測(cè)距 儀主要的缺點(diǎn)在于電路復(fù)雜、作用距離較短（一百米左右，經(jīng)過(guò)眾多 科學(xué)工作者的努力，現(xiàn)在也有作用距離在幾百米的相位法激光測(cè)距 儀）。相位法激光

3、測(cè)距技術(shù)，是 采用無(wú)線電波段頻率的激光，進(jìn)行幅度 調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測(cè)距儀與目標(biāo)物間距離所產(chǎn)生的相位差測(cè) 定，根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)和頻率，換算出激光飛行時(shí)間，再依次計(jì)算出 待測(cè)距離。該方法一般需要在待測(cè)物處放置反射鏡，將激光原路反射 回激光測(cè)距儀，由接收模塊的鑒波器進(jìn)行接收處理 。也就是說(shuō)，該方 法是一種有合作目標(biāo)要求的被動(dòng)式激光測(cè)距技術(shù)。如下圖所示：由圖所顯示的關(guān)系，我們可以知道，用正弦信號(hào)調(diào)制發(fā)射信號(hào)的幅度，通過(guò)檢測(cè)從目標(biāo)反射的回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的相移4,通過(guò)計(jì)算即可以得到待測(cè)距離。D=ct/2 t= § / 3又有3 =2nf§ =N+A §即 D= （

4、NA 巾）*c/（4nf）其中，D是待測(cè)距離，也即測(cè)距儀與目標(biāo)物間距離；C是光速，等于299792458m/s （假設(shè)光速未受環(huán)境影響）；t是往返測(cè)距儀與目標(biāo)物間距離一次的時(shí)間；4是激光光束往返一次后所形成的相位差； §是激光光束往返一次后所形成的相位差不足半波長(zhǎng)的部 分；N是相位差中半波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)；3是調(diào)制信號(hào)的角頻率。由于N的個(gè)數(shù)在激光飛行之后并不能確定，所以這就導(dǎo)致了基于 相位法的激光測(cè)距儀只能測(cè)定 4 ,相位差中不足半波長(zhǎng)的部分。 這就形成了相位法的內(nèi)傷：最長(zhǎng)作用距離固定，由調(diào)制光的波長(zhǎng)決定。 但是從另一方面看，相位法激光測(cè)距儀可以準(zhǔn)確地測(cè)量半個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的 相位差，這也成就了相位

5、法激光測(cè)距儀最為突出的優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量精度高， 可達(dá)到毫米級(jí)別。二、脈沖法激光測(cè)距技術(shù)原理：相位法與超聲波測(cè)速測(cè)距所用方法相類似，最大測(cè)量距離通常為 幾百米，能較容易達(dá)到毫米的數(shù)量級(jí)，但是按照該方法設(shè)計(jì)的測(cè)距儀 的最大測(cè)量距離是受到限制的，不可擴(kuò)展。該方法主要在國(guó)外應(yīng)用較廣。而脈沖法激光測(cè)距一般采用紅外激光， 包括近紅外激光和中紅外 激光。該波段激光有可見(jiàn)和非可見(jiàn)之分。 且基于此技術(shù)的測(cè)距儀對(duì)相 干性要求低、速度快、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、峰值輸出功率高、重復(fù)頻率高且范圍大，所以此項(xiàng)目使用的是脈沖方法設(shè)計(jì)手持激光測(cè)距儀。 脈沖 法激光測(cè)距的原理是：LCD顯示單元核心數(shù)字控制部分微處理器/時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換芯片開(kāi)始計(jì)時(shí)

6、信號(hào)激光發(fā)射模塊結(jié)束計(jì)時(shí)信號(hào)II激光反饋接收模塊激光反射接收模塊如上圖，激光測(cè)距設(shè)備對(duì)準(zhǔn)測(cè)量目標(biāo)一一Target ,發(fā)送光脈沖， 光脈沖在經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭時(shí)，一束被透鏡前的平面鏡反射，進(jìn)入激光反 饋計(jì)時(shí)模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，電平信號(hào)送入時(shí)間數(shù)字 轉(zhuǎn)換芯片的開(kāi)始計(jì)時(shí)端；另一束激光脈沖經(jīng)過(guò)透鏡壓縮發(fā)散角后， 開(kāi) 始飛行，遇到目標(biāo)障礙物后發(fā)生漫反射，部分激光返回到激光接收處 理電路，同樣地，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，所形成的電平信 號(hào)送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片結(jié)束計(jì)時(shí)端，即完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程。其中，設(shè)D為待測(cè)距離，T為往返測(cè)量點(diǎn)與待測(cè)物間距離所用時(shí)間，C為激光在空氣中傳播的速度（假設(shè)已設(shè)置測(cè)量的環(huán)境參 數(shù)），n為測(cè)量時(shí)大氣折射率，那么，易得：D=CT/2n非常簡(jiǎn)單地，我們把