главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
   
Главная / Лазерные системы / Лазеры в измерительных приборах / Методы измерения расстояний с помощью лазеров
 
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы /
  Медицинские лазерные системы
  Лазерные системы для обработки материалов
  Лазеры в измерительных приборах
  Методы измерения расстояний с помощью лазеров
  Лазерное 3D сканирование
  Лазерные гироскопы
  Лазерные приборы для измерения размеров частиц
  Квантовый эталон длины
  Лазерные микрофоны
  Лазерные детекторы качества
  Лазерные измерительные системы
  Лазеры в бытовых приборах
  Лидары
  Лазерное оружие
  Лазеры для целеуказания и подсветки
  Лазеры в телекоммуникациях
  Передача энергии посредством лазерного излучения
  Лазерные сканеры
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Методы измерения расстояний с помощью лазеров

Перевод Владимира Германова

 
Лазеры могут быть использованы при различных бесконтактных способах измерения расстояний или смещений. С помощью лазеров осуществляются наиболее точные измерения длин и расстояний. Лазерные системы имеют очень большую скорость получения данных (с пропускной способностью до нескольких мегагерц), используются для больших диапазонов измерений, хотя эти качества, как правило, не объединены одним способом измерения. В зависимости от конкретных требований используются разные технические подходы. Они находят широкий спектр применения, например, в области архитектуры, контроля на производстве, анализа мест происшестий, в военных целях и т.д.

Методы измерения расстояний

Некоторые из наиболее важных технологий, используемых для лазерных измерений расстояний:
 
  • Триангуляция – геометрический метод, используемый для измерения расстояния в диапазоне от 1 мм до многих километров.
     
  • Времяпролётный метод (или импульсный метод) – основан на измерении времени прохода лазерного импульса от измерительного прибора до некоторой цели и обратно. Такие методы обычно используются для больших расстояний, от сотен метров до нескольких километров. Используя передовые технологии, можно измерить расстояние между Землей и Луной с точностью до нескольких сантиметров. Типичная точность простых устройств измерения коротких расстояний равна нескольким миллиметрам или сантиметрам.
     
  • Метод фазового сдвига использует модулированный по интенсивности лазерный луч. По сравнению с интерферометрическим методом, его точность ниже, но он позволяет однозначные измерения на больших расстояниях и больше подходит для целей с рассеянным отражением. Отметим, что методику фазового сдвига иногда, называют методом времени пролёта, так как сдвиг фазы пропорционален времени пролета, но этот термин является более подходящим для метода, описанного выше, где измеряется время пролета светового импульса.
     
  • Методы частотной модуляции используют частотно-модулированные лазерные лучи, например, с повторяющимся линейным законом изменения частоты. Измеряемые расстояния могут быть переведены в смещение частоты, которые могут быть измерены с помощью биения исходящего и принятого пучка.
     
  • Интерферометрия позволяет измерять расстояния с точностью, превышающей длину волны используемого света. 
На малых расстояниях, иногда используются ультразвуковые дальномеры, регистрирующие время пролета звука до объекта. При этом устройство может содержать лазерный указатель только для задания правильного направления, а не для измерения самого расстояния.

Лазерный радар

Лазерный радар – устройство, которое использует один из методов измерения расстояния, описанных выше, и сканирует заданное направление в двух измерениях. Это позволяет получить изображение, или, точнее, профиль данного объекта, как требуется, например, в робототехнике. Для получения таких профилей с более высокой скоростью существуют сенсорные чипы, похожие на ПЗС (приборы с зарядовой связью) со встроенной аппаратурой для измерения фазовых сдвигов, так что расстояния для каждого пикселя могут быть измерены одновременно. Это позволяет быстро получать трехмерные изображения с помощью компактных устройств.
 

По сравнению с ультразвуковыми или радио- и микроволновыми устройствами (радарами), основное преимущество лазерных методов измерения расстояния в том, что лазерное излучение обладает гораздо меньшей длиной волны, что позволяет направить узкий сканирующий пучок и, таким образом, достичь более высокого пространственного разрешения. Еще одно преимущество в том, что оптический полосовой фильтр позволяет очень эффективно отсечь шум, возникающий от других оптических частот.

 

 

Различные проблемы, возникающие при использовании лазеров для измерений расстояний

Как и практически при всех других методах измерения с использованием лазеров, при лазерном измерении расстояния присутствует лазерный шум. Другие, связанные с шумом проблемы могут возникнуть в результате шума детектирования, рассеивания света, и спекл-эффектов.

Цели могут обладать различными свойствами отражения и рассеяния. Проблемы могут возникнуть из-за очень низкого отражения или из-за зеркального отражения.

Следует обратить внимание, что использование лазеров поднимает серьезные вопросы безопасности, особенно при использовании коротких интенсивных импульсов с модуляции добротности. Связанные с этим опасности могут быть сильно уменьшены за счет использования безопасных для глаз длин волн лазеров.

По материалам интернет-энциклопедии www.rp-photonics.ru

 

Метод триангуляции Метод триангуляции

Измерения по времени пролёта Измерения по времени пролёта

Метод сдвига фаз Метод сдвига фаз

Интерферометрические методы Интерферометрические методы

Дальнометрия Дальнометрия

Материал подготовлен Дмитрием Графковым 


Оптическая локация Оптическая локация

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru