10. Методы измерения расстояний с помощью лазера. Метод триангуляции. Лазерные дальномеры и указатели

В зависимости от конкретных требований при измерении расстояний используются разные подходы.

1 метод. Триангуляции

.

Это геометрический метод используемый для измерения расстояний в диапазоне от 1мм до нескольких километров.

1. Излучательный канал

2. Объект измерения

3. Приёмный канал

Излучательный канал состоящий из источника излучения и объектива, который направляет зондирующий пучок на объект измерения. В качестве источника излучения используется лазерный диод.

Y) направление перпендикулярно излучению

I) интенсивность излучения

Объектив состоящий из 1 или нескольких линз, относительное положение объектива и лазерного диода определяет настройку излучательного канала.

Чтобы настроить лазерный модуль необходимо перетяжку выставить в центр диапазона измерения. Результатом хорошей настройки является от центрированный пучок, ширина и интенсивность которого симметрично изменению относительно центра диапазона измерения.

Каждая поверхность имеет свойство отражать и рассеивать.

Рассеяние излучательной поверхности в триангуляции используется как физическая основа для получения данных о расстоянии до этой поверхности.

Приёмный канал состоит из проецирующего объектива и фотоприёмника.

Первичным преобразованием фотоприёмника является триангуляционный датчик. Он фиксирует расстояние от выбранной точки на оси зондирующего пучка до физической точки поверхности с высокой точностью.

Принцип работы:

Излучательный канал 1 формирует изображение светового пятна на поверхности объекта измерения чем больше диаметр объектива излучательного канала, тем больше его светосила

Тем больше и качественнее получается изображение светового пятна.

Любая контролируемая поверхность характеризуется шероховатостью, а как правило точность измерений расстояний до поверхности обратно пропорциональной ее шероховатости.

Рассеянное излучение от этого объекта попадает в приёмный канал. В плоскости фотоприёмника создаётся изображение освещённого участка контролируемой поверхности.

При смещении контролируемой поверхности на величину ΔZ световое пятно в плоскости фотоприёмника смещается на величину ΔХ

Зависимость смещения контролируемой поверхности ΔZ от смещения светового пятна даёт следующее соотношение:

Лазерный дальномер – прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча.Лазерные дальномеры различаются по принципу действия на импульсные и фазовые.Импульсный лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Лазерный дальномер — простейший вариант лидара.Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

где — расстояние до объекта, — скорость света в вакууме, — показатель преломления среды, в которой распространяется излучение, — время прохождения импульса до цели и обратно.

Фазовый лазерный дальномер - это дальномер, принцип действия которого основан на методе сравнения фаз отправленного и отражённого сигналов. Фазовые дальномеры обладают более высокой точностью измерения по сравнению с импульсными дальномерами. Также фазовые дальномеры дешевле в производстве. Именно фазовые дальномеры получили широкое распространение в быту.