測(cè)距儀的原理與種類

激光測(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)距儀的原理與種類

測(cè)距儀可以分為以下三類：

1. 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。

2. 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）。

激光測(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。

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。

紅外測(cè)距儀，由于是落后技術(shù)，目前很少有品牌生產(chǎn)。

特點(diǎn)：

　　1、體積小巧，攜帶方便。

　　2、透過(guò)7倍觀察望遠(yuǎn)鏡直接讀取測(cè)量結(jié)果。

　　3、望遠(yuǎn)鏡可以進(jìn)行視度調(diào)節(jié)，可以進(jìn)行更加的觀察。

　　4、測(cè)量距離zui大可以達(dá)到2000米。

　　5、300米范圍內(nèi)測(cè)量精度可以達(dá)到0.3米。

　　6、可以測(cè)量高度，高差，水平距離，傾斜角度。

　　7、多種測(cè)量模式：zui近、zui遠(yuǎn)和連續(xù)測(cè)量功能。

測(cè)距儀的原理與種類

                                         作者：環(huán)宇科信    來(lái)源：http://m.hg1112.cn/st101320