העיקרון והשימוש של מד טווח לייזר

העיקרון והשימוש של מד טווח לייזר

העיקרון של מד טווח לייזר

מדדי טווח לייזר משתמשים בדרך כלל בשתי שיטות למדידת מרחק: שיטת דופק ושיטת פאזה. תהליך הטווח של שיטת הפולסים הוא כדלקמן: הלייזר הנפלט על ידי מד הטווח משתקף על ידי האובייקט הנמדד ולאחר מכן נקלט על ידי מד הטווח, ומגלה הטווח מתעד את זמן הלייזר קדימה ואחורה בו זמנית. מחצית מהמכפלה של מהירות האור וזמן ההליכה הלוך ושוב היא המרחק בין מד הטווח לעצם הנמדד. הדיוק של מדידת מרחק בשיטת דופק הוא בדרך כלל בסביבות פלוס /- 1 מטר. בנוסף, אזור המדידה העיוור של מד טווח מסוג זה הוא בדרך כלל כ-15 מטרים. מדידת מרחק בלייזר היא שיטה למדידת מרחק במדידת מרחק גלי אור. אם האור נע באוויר במהירות c ולוקח זמן t לעבור הלוך ושוב בין שתי נקודות A ו-B, אזי המרחק D בין נקודות A ו-B יכול לשמש בצורה מפורשת.

D=ct/2

בנוסחה:

D——המרחק בין שתי נקודות A ו-B של התחנה;

ג--מהירות האור המתפשט באטמוספרה;

t——הזמן הנדרש לאור לעבור הלוך ושוב בין A ל-B פעם אחת.

ניתן לראות מהנוסחה לעיל כי למדוד את המרחק של A ו-B זה למעשה למדוד את זמן t של התפשטות האור. על פי שיטות מדידת הזמן השונות, ניתן לחלק את מדדי טווחי הלייזר לרוב לשני סוגי מדידה: סוג דופק וסוג פאזה.

מד טווח לייזר פאזה

מד הטווח של לייזר הפאזה משתמש בתדר של פס הרדיו כדי לווסת את משרעת קרן הלייזר ולמדוד את השהיית הפאזה שנוצרת על ידי האור המאופנן החוזר הלוך ושוב לקו הסקר פעם אחת, ולאחר מכן להמיר את המרחק המיוצג על ידי השהיית הפאזה בהתאם לאורך הגל של האור המאופנן. כלומר, השיטה העקיפה משמשת למדידת הזמן הדרוש לאור לעבור דרך קו הסקר. מדדי טווח לייזר פאזה משמשים בדרך כלל למדידת מרחק מדויקת. בשל הדיוק הגבוה שלו, בדרך כלל ברמת המילימטר, על מנת לשקף ביעילות את האות ולהגביל את המטרה הנמדדת לנקודה ספציפית התואמת את דיוק המכשיר, מד טווח זה מצויד ברפלקטור הנקרא יעד שיתופי. מַרְאָה. אם התדר הזוויתי של האור המאופנן הוא ω, והשהיית הפאזה שנוצרה בנסיעה הלוך ושוב על המרחק D שיש למדוד הוא φ, אזי ניתן לבטא את הזמן המתאים t כ:

t=φ/ω

החלפה של קשר זה ב-(3-6) המרחק D יכול לבוא לידי ביטוי

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ בתוספת Δφ)

=c/4f(N plus ΔN)=U(N plus )

בנוסחה:

φ——השהיית הפאזה הכוללת שנוצרת על ידי האות שעובר הלוך ושוב לקו המדידה פעם אחת.

ω——התדר הזוויתי של האות המאפנן, ω=2πf.

U——אורך יחידה, הערך שווה ל-1/4 אורך גל אפנון

N——מספר אורכי חצי-גל ​​מאופנים הכלולים בשורת הסקר.

Δφ——החלק של השהיית הפאזה הקטן מ-π שנוצר על ידי האות שעובר הלוך ושוב לקו המדידה פעם אחת.

ΔN——החלק השברירי של גל המודולציה הכלול בקו הסקר שהוא פחות ממחצית אורך הגל.

ΔN=φ/ω

תחת המודולציה הנתונה והתנאים האטמוספריים הסטנדרטיים, התדר c/(4πf) הוא קבוע. בשלב זה, מדידת המרחק הופכת למדידת מספר חצאי אורכי הגל הכלולים בקו הסקר ומדידה של החלק השבר קטן מחצי אורך הגל, כלומר N Or φ, עקב התפתחות המודרנית. טכנולוגיית עיבוד שבבי מדויק וטכנולוגיית מדידת פאזה רדיו, המדידה של φ הגיעה לדיוק גבוה מאוד. על מנת למדוד את זווית הפאזה φ שקטנה מ-π, ניתן להשתמש בשיטות שונות למדידתה. בדרך כלל, מדידת פאזה עיכוב ומדידה דיגיטלית של פאזה הם הנפוצים ביותר. כיום, מדדי טווח לייזר לטווח קצר משתמשים בעיקרון של מדידת פאזה דיגיטלית כדי לקבל φ.

באופן כללי, מד טווח לייזר פאזה משתמש בקרן לייזר עם אות מאופנן כדי לפלוט באופן רציף. על מנת להשיג מדידת מרחק ברמת דיוק גבוהה, יש להגדיר יעד שיתופי. מד טווח לייזר כף יד המושק כעת הוא מד טווח לייזר דופק. עוד סוג חדש של מד טווח במד הטווח, הוא לא רק קטן בגודלו וקל משקל, אלא גם מאמץ טכנולוגיית הרחבת דופק מדידת פאזה דיגיטלית וחלוקת משנה, שיכולה להשיג דיוק ברמת מילימטר ללא צורך במטרות שיתופיות. טווח המדידה עלה על 100 מטר, והוא יכול להציג במהירות ובדייקנות את המרחק ישירות. זהו מכשיר מדידת האורך הסטנדרטי העדכני ביותר במדידת דיוק הנדסית דיוק לטווח קצר ומדידות שטח בניין.