Artykuł pokaże Ci o zasięgu lasera
2023-02-13
Według Maims Consulting, wkrótce po pierwszym na świecie laserze Ruby Laser w 1960 r., Laserowa technologia z precyzją w miarę narodziła się główny cel. Laser od dawna jest używany w wojsku, a następnie, dzięki silnej zdolności przeciw interferencji i wysokiej dokładności, odegrał ogromną rolę w wielu dziedzinach, takich jak lotniska, badania i mapowanie budynków, przemysł wiatrowy, inteligentny transport, produkcja przemysłowa i tak dalej.
Wraz z szybkim rozwojem automatyzacji przemysłowej i wizji maszynowej okazało się, że laserowe jest bardzo ważną metodą wykrywania bezkontaktowego w wielu zastosowaniach, takich jak wykrywanie, pomiar i kontrola. Jednocześnie laserowy, ponieważ założenie wysokiej klasy technologii, takich jak pomiar prędkości laserowej, śledzenie laserowe, trójwymiarowe obrazowanie laserowe i radar laserowy (LIDAR), coraz więcej uwagi. Mimes Consulting skupi się na wprowadzaniu i omówieniu kilku obecnych metod lasera głównego nurtu.
1. Klasyfikacja metody laserowej
Zgodnie z podstawową zasadą metody laserowe można podzielić na dwie kategorie: metoda czasu lotu (TOF) i metoda geometrii przestrzeni, jak pokazano na rycinie 1. Wśród nich metoda czasu lotu obejmuje bezpośrednią metodę TOF (typ impulsu) i pośrednią metodę TOF (typ fazy); Metody geometryczne przestrzenne obejmują głównie triangulację i interferometrię.
Laserowe pulsowe dystans jest metodą, którą od dawna stosuje się technologię laserową * * *. Uzyskuje informacje o odległości docelowej poprzez bezpośrednio pomiar przedziału czasu między emitowanym światłem a odbieranym impulsem światła, jak pokazano na ryc. 2. Zmierzona odległość można wyrazić jako:
Tam, gdzie d jest zmierzona odległość, C jest prędkością propagacji światła w powietrzu, a ∆ T jest czasem podróży w obie strony wiązki laserowej od emisji do odbioru.
Laser impulsowy ma mały kąt emisji, stosunkowo skoncentrowaną energię w przestrzeni i wysoką moc natychmiastową. Te cechy mogą być stosowane do wytwarzania różnych średnich zasięgu laserowych, radary laserowe itp. Jednak metoda lasera impulsowego liczy czas między impulsami odbiorczymi i odbierającymi przez puls do wysyłania pulsowego i odbierającego puls, aby zapewnić wystarczającą liczbę, więc to jest to, że to jest to, że nie jest to sposób na rozległość. pomiar.
Obecnie pulsowane laserowe oddziały laserowe jest szeroko stosowane w badaniach na duże odległości i niskiej dokładności, takich jak badania topograficzne i geomorfologiczne, badanie geologiczne, badania inżynierskie, ankiety na wysokości samolotu, korelacje satelitarne, zakres dystansowy, odległość między ciałami niebieskimi itp., Jak pokazano na rycinie 3.
3. Laser fazowy - pośrednią metodę TOF
Laser fazowy wynika z częstotliwości pasma radiowego do modulowania amplitudy wiązki laserowej i pomiaru opóźnienia fazowego generowanego przez światło modulacyjne dla jednej podróży w obie strony, a następnie przekonwertować odległość reprezentowaną przez opóźnienie fazowe według długości fali światła modulacji. Ta metoda pośrednio mierzy czas poprzez pomiar różnicy faz, więc nazywa się ją również pośrednią metodą TOF.
Jak pokazano na rycinie 4, zakładając, że modulowana częstotliwość wynosi F, modulowany kształt fali λ = C/ F, C jest prędkością światła, a zmierzone przesunięcie fazowe modulowanego sygnału fal światła wynosi ∆ φ, wówczas czas w obie strony lasera między punktem pomiaru, a cel można obliczyć ∆ t = ∆ ∆ ∆/ 2 π f, więc zmierzona dystans d wynosi::
Jednak gdy odległość docelowa D wzrasta, wartość opóźnienia fazowego może być większa niż jeden okres sinusoidalnej modulowanej fali światła, a mianowicie ∆ φ = 2 π (n+∆ N), N i ∆ N są odpowiednio integralni i ułamkowe części cyklu, więc zmierzona odległość D wynosi:
Gdzie, l = c/ 2f = λ/ 2 nazywa się długością linijki pomiarowej, a długość zakresu fazy można uznać za λ/ odległość d jest mierzona za pomocą linijki 2. Odległość można uzyskać przez określenie n i ∆ n. Część ułamkową ∆ n można zmierzyć, ale n nie jest ustaloną wartością, co powoduje problem wielokrotnego roztworu. Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest zmierzenie tej samej odległości za pomocą modulowanych sygnałów fali świetlnej wielu częstotliwości, która jest również nazywana częstotliwością linijki w zakresie fazy. Jeśli zmierzona odległość jest mniejsza niż długość linijki, n = 0, wartością rozwiązania wynosi * * *. Gdy dokładność pomiaru fazowego jest ustalona, im niższa częstotliwość linijki pomiarowej, tym większy błąd dystansowy, który nie jest dozwolony w wysokim zakresie. Wręcz przeciwnie, im wyższa częstotliwość wybranego linijki, tym wyższa dokładność pomiaru, ale wartość N będzie większa niż 1, i występuje problem wielu rozwiązań. Aby rozwiązać tę sprzeczność, w praktycznych zastosowaniach, zwykle wybieraj linijkę, która określa dokładność w zakresie instrumentu i kilka władców pomocniczych, które określają zakres, które są odpowiednio wyraźne linijki pomiarowe i linijki pomiarowe, i łączą te dwa w celu uzyskania pomiaru o wysokiej precyzyjnej.
Dokładność pomiaru lasera fazowego może osiągnąć poziom (sub) milimetrowy, a zakres pomiaru wynosi od decymetru do kilometra, więc jest szeroko stosowany w krótkim i średnim zakresie.
4. Laser interferencji wieloskładającej długości fal
Dążenie interferometryczne jest jedną z klasycznych metod w zakresie zakresu. Zgodnie z zasadą zakłóceń światła dwa rzędy światła o stałej różnicy fazowej i z tą samą częstotliwością, ten sam kierunek wibracji lub mały kąt między kierunkami wibracji nakładają się na siebie, co spowoduje zjawisko zakłóceń.
Jak pokazano na rycinie 6, pokazano schematyczny schemat powszechnie używanego interferometru Michelsona. Laser emitowany przez laser jest podzielony na światło odbite S1 i przesyłane światło S2 przez spektroskop. Dwie wiązki są odbijane z powrotem przez ustalone lustro M1 i ruchomie lustro M2, a dwa zbieżą się na spektroskopie, tworząc spójną wiązkę. Następnie połączona intensywność wiązki I to:
Gdy odległość d = m λ (m jest liczbą całkowitą), połączona amplituda wiązki * *, intensywność światła * *, tworząca jasne paski; Gdy d = (2m+1) λ/ o 2, fazy dwóch wiązek światła są przeciwne, amplitudy dwóch wiązek anulują się, a intensywność światła jest * * * małe, tworzące ciemne paski. Zgodnie z tą zasadą, interferometryczne laserowe jest przekształcenie frędzli światła i ciemności z detektorów fotoelektrycznych w sygnały elektryczne, które są liczone przez liczniki fotoelektryczne, aby uświadomić sobie pomiar odległości i przemieszczenia.
Ze względu na długość fali lasera λ rozdzielczość lasera interferometrycznego może osiągnąć NM, a dokładność jest bardzo wysoka. Jednak tradycyjna laserowa technologia interferometryczna wspomniana powyżej mierzy tylko względne przesunięcie i nie może uzyskać informacji o odległości celu. Jednocześnie, aby zapewnić dokładność ciągłego pomiaru, cel musi poruszać się wzdłuż stałej szyny prowadzenia, a ścieżki optycznej nie można przerwać. Ponadto, zgodnie z zasadą zakłóceń, technologia pomiaru może uzyskać jedynie wartość fazową w zakresie od 0 do 2 π, a biorąc pod uwagę laserową odległość w obie strony, nie można określić tylko λ/ jeśli zmienia się odległość w zakresie 2, odległość, którą należy zmierzyć w większym zakresie. Ten λ/ 2 Zakres jest zwykle określany jako jednoznaczny zakres pomiaru odległości lasera * *. Następująco:
Gdzie d jest zmierzona odległość, M i ε jest całkowitą i dziesiętną rzędem granice interferencyjnej uwzględnionej w zmierzonej odległości. Zakon dziesiętnych można uzyskać za pomocą pomiaru, podczas gdy M jest wartością nieokreśloną.
Aby rozwiązać tę sprzeczność, zwykle przyjmuje się metodę zakłóceń o długości fali w celu spełnienia wymagań o wysokiej rozdzielczości i ekspansji zakresu nie-ambigowości. Podstawową zasadą interferometrii o długości wielokaleczników jest zastosowanie dziesiętnej metody wielokrotnej i opracowanie na niej koncepcji syntetycznej długości fali.
Znalezienie interferometrycznego długości fali (MWI) rozpoczęło się od eksperymentu zakłóceń o długości podwójnej fali przeprowadzonego przez amerykańskich naukowców Wyant i Polhemus na początku lat siedemdziesiątych. Ta metoda wykorzystuje dwa lasery o różnych długościach fali λ 1 、 λ 2 Wykonaj pomiar zakłóceń dla nieznanej odległości w tym samym czasie i wprowadza ją do zmierzonej odległości d powyższego wzoru:
Aby rozwiązać dwa równania, istnieją:
Gdzie jest syntetyczna równoważna długość fali, MS i ε S są odpowiednio λ Singerem interferencyjnym i rzędu dziesiętnym.
Jeśli długość fali kompozytowej jest uważana za długość fali, informacje fazowe odpowiadające nieznanej odległości są różnicą między fazami dystansowymi pierwotnych dwóch długości fal, więc nieznaną odległość można rozwiązać. Zakres pomiaru odległości niezamieszkania jest rozszerzony do połowy syntetycznej długości fali. Od wzoru syntetyczna długość fali musi być większa niż λ 1 i λ 2。
W ten sam sposób, aby rozważyć zakres pomiaru i dokładność, metodę można dalej opracować z ideą wielu władców. Laser o długości wielopoziomowej można użyć do pomiaru odległości w tym samym czasie do generowania wielopoziomowych długości fal kompozytowych różnych skal. Długa syntetyczna długość fali * * * jest używana do osiągnięcia zakresu pomiaru * * *, a uzyskany wynik pomiaru odległości jest stosowany jako wartość odniesienia odległości krótszej syntetycznej długości fali, aby rozwiązać wynik pomiaru tego poziomu syntetycznego długości fali, aby zrealizować pomiar zakresu zakresu z dużym zakresem i wysoką precyzyjną.
Jednak ta metoda wymaga wielu długości fal lasera, co oznacza, że wymagane jest wiele źródeł laserowych. Biorąc pod uwagę, że każde źródło lasera potrzebuje własnego urządzenia stabilizacji częstotliwości laserowej, a wiele laserów potrzebuje wysokiej precyzyjnej kombinacji wiązki optycznej, struktura całego lasera * * pomiaru odległości jest stosunkowo złożona, a niezawodność i dokładność systemu nieuchronnie wpłyną na pewne.
5. FM CW Laser Dystans
Laser modulujący częstotliwość fali ciągłej (FMCW) to kolejna metoda interferometryczna, która może zrealizować pomiar * * *. Łączy zalety interferometrii optycznej i technologii radaru radiowego. Podstawową zasadą pomiaru FMCW jest realizacja interferometrii poprzez modulowanie częstotliwości wiązki laserowej. Zasadniczo laser, którego częstotliwość wyjściowej wiązki lasera zmienia się wraz z czasem, jest używana jako źródło światła, a interferometr Michelson jest używany jako podstawowa ścieżka optyczna interferometryczna. Informacje o różnicy częstotliwości są generowane zgodnie z inną ścieżką optyczną światła odniesienia i światła pomiarowego. Informacje o odległości dwóch wiązek można uzyskać po wyodrębnianiu sygnału i przetwarzania, a pomiar odległości * * można zrealizować.
Przykładaj modulację piłok. Jako przykład. Jest to sygnał sinusoidalny, którego częstotliwość zmienia się liniowo z czasem w kształcie piłok. Chwilowa częstotliwość zmierzonego światła i światło odniesienia zmieniają się z czasem, jak pokazano na rycinie 7.
Ustaw częstotliwość światła odniesienia jako Ft, częstotliwość światła pomiarowego jako FR, przepustowość modulacji jako ∆ F, okres modulacji jako T, a odległość jako D. Światło pomiarowe będzie miało opóźnienie czasowe w stosunku do światła odniesienia z powodu różnych ścieżek transmisji jako τ, gdzie FT zmienia się okresowo między F0 i FM zgodnie z falą grankowania, a następnie wyrażenie FT i FR jest takie jak podążanie za innymi ścieżkami transmisji: gdzie Ft zmienia się okresowo między F0 i FM według fali grankowania.
Następnie wygenerowany sygnał Beat to FIN:
Tak więc zmierzona odległość:
Modulowany przez częstotliwość lasera fali ciągłej obejmuje laser jako nośnik, a wszystkie zakłócenia środowiskowe wpływają jedynie na intensywność światła zmierzonego sygnału, ale nie informacje o częstotliwości. Dlatego może uzyskać wysoką dokładność i silną zdolność do odporności na zakłócenia światła środowiska, a dokładność może osiągnąć poziom mikrona. Obecnie jest to hotspot badawczy w dużych rozmiarach i precyzyjnych zastosowaniach pomiarowych. Jednak ta metoda pomiaru wymaga wysokiej stabilności i liniowości częstotliwości wiązki laserowej, co sprawia, że realizacja systemu jest bardziej złożona, a zakres pomiaru jest ograniczony przez okres T.
6. Trójkątny laser
Trójkątna laserowa laser oznacza, że źródło światła, zmierzona powierzchnia obiektu i system odbierania światła tworzą razem trójkątną ścieżkę optyczną. Światło emitowane przez źródło lasera jest skupione przez soczewkę kolimacyjną, a następnie padając na zmierzonej powierzchni obiektu. System odbierania światła odbiera rozproszone światło z punktu padającego i obrazuje je na wrażliwej powierzchni detektora fotoelektrycznego. Jest to metoda pomiaru pomiaru odległości przesuwania zmierzonej powierzchni obiektu przez przesunięcie punktu światła na powierzchni obrazowania.
Zgodnie z zależnością kątową między padającą wiązką laserową a normalną linią zmierzonej powierzchni obiektu, na ogół istnieją dwie metody dystansowe: ukośne i bezpośrednie, jak pokazano na rycinie 8. Zasadniczo metoda bezpośredniej triangulacji laserowej jest prostsza w algorytmie geometrycznym niż metoda trójkąta laserowego lasera, a błąd jest relatywnie mały, a objętość może być zaprojektowana, aby była bardziej przykładowa i nalegać. W przemyśle często stosuje się bezpośrednią metodę lasera.
W porównaniu z laserem fazowym i modulowanym ciągłym laserem falowym, triangulacyjny laser w zakresie ma wiele zalet, takich jak prosta struktura, szybka prędkość testowa, elastyczne i wygodne użycie, niski koszt itp. Jednak dokładność rozproszenia rozproszonego lasera rozsiana będzie stopniowo rozstrzygająca rozdzielczość oświetleniową Laser. Z pomiaru powierzchni docelowej, ta metoda dystansowa jest ogólnie odpowiednia do bliskiej pracy w pomieszczeniach, nie nadaje się do pracy na zewnętrznym lub wewnętrznym tle lekkim. Dlatego zakres zastosowań laserowych triangulacyjnych jest głównie niewielkim pomiarem przemieszczenia, który jest szeroko stosowany w pomiarze konturu powierzchniowego obiektu, szerokości, grubości i innych wielkości, takich jak projekt powierzchni modelu ciała, cięcie laserowe, zamiatanie robota itp.
Wraz z szybkim rozwojem automatyzacji przemysłowej i wizji maszynowej okazało się, że laserowe jest bardzo ważną metodą wykrywania bezkontaktowego w wielu zastosowaniach, takich jak wykrywanie, pomiar i kontrola. Jednocześnie laserowy, ponieważ założenie wysokiej klasy technologii, takich jak pomiar prędkości laserowej, śledzenie laserowe, trójwymiarowe obrazowanie laserowe i radar laserowy (LIDAR), coraz więcej uwagi. Mimes Consulting skupi się na wprowadzaniu i omówieniu kilku obecnych metod lasera głównego nurtu.
1. Klasyfikacja metody laserowej
Zgodnie z podstawową zasadą metody laserowe można podzielić na dwie kategorie: metoda czasu lotu (TOF) i metoda geometrii przestrzeni, jak pokazano na rycinie 1. Wśród nich metoda czasu lotu obejmuje bezpośrednią metodę TOF (typ impulsu) i pośrednią metodę TOF (typ fazy); Metody geometryczne przestrzenne obejmują głównie triangulację i interferometrię.
2. Laserowe pulsowe dystans - bezpośrednia metoda TOF
Laserowe pulsowe dystans jest metodą, którą od dawna stosuje się technologię laserową * * *. Uzyskuje informacje o odległości docelowej poprzez bezpośrednio pomiar przedziału czasu między emitowanym światłem a odbieranym impulsem światła, jak pokazano na ryc. 2. Zmierzona odległość można wyrazić jako:
Tam, gdzie d jest zmierzona odległość, C jest prędkością propagacji światła w powietrzu, a ∆ T jest czasem podróży w obie strony wiązki laserowej od emisji do odbioru.
Laser impulsowy ma mały kąt emisji, stosunkowo skoncentrowaną energię w przestrzeni i wysoką moc natychmiastową. Te cechy mogą być stosowane do wytwarzania różnych średnich zasięgu laserowych, radary laserowe itp. Jednak metoda lasera impulsowego liczy czas między impulsami odbiorczymi i odbierającymi przez puls do wysyłania pulsowego i odbierającego puls, aby zapewnić wystarczającą liczbę, więc to jest to, że to jest to, że nie jest to sposób na rozległość. pomiar.
Obecnie pulsowane laserowe oddziały laserowe jest szeroko stosowane w badaniach na duże odległości i niskiej dokładności, takich jak badania topograficzne i geomorfologiczne, badanie geologiczne, badania inżynierskie, ankiety na wysokości samolotu, korelacje satelitarne, zakres dystansowy, odległość między ciałami niebieskimi itp., Jak pokazano na rycinie 3.
3. Laser fazowy - pośrednią metodę TOF
Laser fazowy wynika z częstotliwości pasma radiowego do modulowania amplitudy wiązki laserowej i pomiaru opóźnienia fazowego generowanego przez światło modulacyjne dla jednej podróży w obie strony, a następnie przekonwertować odległość reprezentowaną przez opóźnienie fazowe według długości fali światła modulacji. Ta metoda pośrednio mierzy czas poprzez pomiar różnicy faz, więc nazywa się ją również pośrednią metodą TOF.
Jak pokazano na rycinie 4, zakładając, że modulowana częstotliwość wynosi F, modulowany kształt fali λ = C/ F, C jest prędkością światła, a zmierzone przesunięcie fazowe modulowanego sygnału fal światła wynosi ∆ φ, wówczas czas w obie strony lasera między punktem pomiaru, a cel można obliczyć ∆ t = ∆ ∆ ∆/ 2 π f, więc zmierzona dystans d wynosi::
Jednak gdy odległość docelowa D wzrasta, wartość opóźnienia fazowego może być większa niż jeden okres sinusoidalnej modulowanej fali światła, a mianowicie ∆ φ = 2 π (n+∆ N), N i ∆ N są odpowiednio integralni i ułamkowe części cyklu, więc zmierzona odległość D wynosi:
Gdzie, l = c/ 2f = λ/ 2 nazywa się długością linijki pomiarowej, a długość zakresu fazy można uznać za λ/ odległość d jest mierzona za pomocą linijki 2. Odległość można uzyskać przez określenie n i ∆ n. Część ułamkową ∆ n można zmierzyć, ale n nie jest ustaloną wartością, co powoduje problem wielokrotnego roztworu. Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest zmierzenie tej samej odległości za pomocą modulowanych sygnałów fali świetlnej wielu częstotliwości, która jest również nazywana częstotliwością linijki w zakresie fazy. Jeśli zmierzona odległość jest mniejsza niż długość linijki, n = 0, wartością rozwiązania wynosi * * *. Gdy dokładność pomiaru fazowego jest ustalona, im niższa częstotliwość linijki pomiarowej, tym większy błąd dystansowy, który nie jest dozwolony w wysokim zakresie. Wręcz przeciwnie, im wyższa częstotliwość wybranego linijki, tym wyższa dokładność pomiaru, ale wartość N będzie większa niż 1, i występuje problem wielu rozwiązań. Aby rozwiązać tę sprzeczność, w praktycznych zastosowaniach, zwykle wybieraj linijkę, która określa dokładność w zakresie instrumentu i kilka władców pomocniczych, które określają zakres, które są odpowiednio wyraźne linijki pomiarowe i linijki pomiarowe, i łączą te dwa w celu uzyskania pomiaru o wysokiej precyzyjnej.
Dokładność pomiaru lasera fazowego może osiągnąć poziom (sub) milimetrowy, a zakres pomiaru wynosi od decymetru do kilometra, więc jest szeroko stosowany w krótkim i średnim zakresie.
4. Laser interferencji wieloskładającej długości fal
Dążenie interferometryczne jest jedną z klasycznych metod w zakresie zakresu. Zgodnie z zasadą zakłóceń światła dwa rzędy światła o stałej różnicy fazowej i z tą samą częstotliwością, ten sam kierunek wibracji lub mały kąt między kierunkami wibracji nakładają się na siebie, co spowoduje zjawisko zakłóceń.
Jak pokazano na rycinie 6, pokazano schematyczny schemat powszechnie używanego interferometru Michelsona. Laser emitowany przez laser jest podzielony na światło odbite S1 i przesyłane światło S2 przez spektroskop. Dwie wiązki są odbijane z powrotem przez ustalone lustro M1 i ruchomie lustro M2, a dwa zbieżą się na spektroskopie, tworząc spójną wiązkę. Następnie połączona intensywność wiązki I to:
Gdy odległość d = m λ (m jest liczbą całkowitą), połączona amplituda wiązki * *, intensywność światła * *, tworząca jasne paski; Gdy d = (2m+1) λ/ o 2, fazy dwóch wiązek światła są przeciwne, amplitudy dwóch wiązek anulują się, a intensywność światła jest * * * małe, tworzące ciemne paski. Zgodnie z tą zasadą, interferometryczne laserowe jest przekształcenie frędzli światła i ciemności z detektorów fotoelektrycznych w sygnały elektryczne, które są liczone przez liczniki fotoelektryczne, aby uświadomić sobie pomiar odległości i przemieszczenia.
Ze względu na długość fali lasera λ rozdzielczość lasera interferometrycznego może osiągnąć NM, a dokładność jest bardzo wysoka. Jednak tradycyjna laserowa technologia interferometryczna wspomniana powyżej mierzy tylko względne przesunięcie i nie może uzyskać informacji o odległości celu. Jednocześnie, aby zapewnić dokładność ciągłego pomiaru, cel musi poruszać się wzdłuż stałej szyny prowadzenia, a ścieżki optycznej nie można przerwać. Ponadto, zgodnie z zasadą zakłóceń, technologia pomiaru może uzyskać jedynie wartość fazową w zakresie od 0 do 2 π, a biorąc pod uwagę laserową odległość w obie strony, nie można określić tylko λ/ jeśli zmienia się odległość w zakresie 2, odległość, którą należy zmierzyć w większym zakresie. Ten λ/ 2 Zakres jest zwykle określany jako jednoznaczny zakres pomiaru odległości lasera * *. Następująco:
Gdzie d jest zmierzona odległość, M i ε jest całkowitą i dziesiętną rzędem granice interferencyjnej uwzględnionej w zmierzonej odległości. Zakon dziesiętnych można uzyskać za pomocą pomiaru, podczas gdy M jest wartością nieokreśloną.
Aby rozwiązać tę sprzeczność, zwykle przyjmuje się metodę zakłóceń o długości fali w celu spełnienia wymagań o wysokiej rozdzielczości i ekspansji zakresu nie-ambigowości. Podstawową zasadą interferometrii o długości wielokaleczników jest zastosowanie dziesiętnej metody wielokrotnej i opracowanie na niej koncepcji syntetycznej długości fali.
Znalezienie interferometrycznego długości fali (MWI) rozpoczęło się od eksperymentu zakłóceń o długości podwójnej fali przeprowadzonego przez amerykańskich naukowców Wyant i Polhemus na początku lat siedemdziesiątych. Ta metoda wykorzystuje dwa lasery o różnych długościach fali λ 1 、 λ 2 Wykonaj pomiar zakłóceń dla nieznanej odległości w tym samym czasie i wprowadza ją do zmierzonej odległości d powyższego wzoru:
Aby rozwiązać dwa równania, istnieją:
Gdzie jest syntetyczna równoważna długość fali, MS i ε S są odpowiednio λ Singerem interferencyjnym i rzędu dziesiętnym.
Jeśli długość fali kompozytowej jest uważana za długość fali, informacje fazowe odpowiadające nieznanej odległości są różnicą między fazami dystansowymi pierwotnych dwóch długości fal, więc nieznaną odległość można rozwiązać. Zakres pomiaru odległości niezamieszkania jest rozszerzony do połowy syntetycznej długości fali. Od wzoru syntetyczna długość fali musi być większa niż λ 1 i λ 2。
W ten sam sposób, aby rozważyć zakres pomiaru i dokładność, metodę można dalej opracować z ideą wielu władców. Laser o długości wielopoziomowej można użyć do pomiaru odległości w tym samym czasie do generowania wielopoziomowych długości fal kompozytowych różnych skal. Długa syntetyczna długość fali * * * jest używana do osiągnięcia zakresu pomiaru * * *, a uzyskany wynik pomiaru odległości jest stosowany jako wartość odniesienia odległości krótszej syntetycznej długości fali, aby rozwiązać wynik pomiaru tego poziomu syntetycznego długości fali, aby zrealizować pomiar zakresu zakresu z dużym zakresem i wysoką precyzyjną.
Jednak ta metoda wymaga wielu długości fal lasera, co oznacza, że wymagane jest wiele źródeł laserowych. Biorąc pod uwagę, że każde źródło lasera potrzebuje własnego urządzenia stabilizacji częstotliwości laserowej, a wiele laserów potrzebuje wysokiej precyzyjnej kombinacji wiązki optycznej, struktura całego lasera * * pomiaru odległości jest stosunkowo złożona, a niezawodność i dokładność systemu nieuchronnie wpłyną na pewne.
5. FM CW Laser Dystans
Laser modulujący częstotliwość fali ciągłej (FMCW) to kolejna metoda interferometryczna, która może zrealizować pomiar * * *. Łączy zalety interferometrii optycznej i technologii radaru radiowego. Podstawową zasadą pomiaru FMCW jest realizacja interferometrii poprzez modulowanie częstotliwości wiązki laserowej. Zasadniczo laser, którego częstotliwość wyjściowej wiązki lasera zmienia się wraz z czasem, jest używana jako źródło światła, a interferometr Michelson jest używany jako podstawowa ścieżka optyczna interferometryczna. Informacje o różnicy częstotliwości są generowane zgodnie z inną ścieżką optyczną światła odniesienia i światła pomiarowego. Informacje o odległości dwóch wiązek można uzyskać po wyodrębnianiu sygnału i przetwarzania, a pomiar odległości * * można zrealizować.
Przykładaj modulację piłok. Jako przykład. Jest to sygnał sinusoidalny, którego częstotliwość zmienia się liniowo z czasem w kształcie piłok. Chwilowa częstotliwość zmierzonego światła i światło odniesienia zmieniają się z czasem, jak pokazano na rycinie 7.
Ustaw częstotliwość światła odniesienia jako Ft, częstotliwość światła pomiarowego jako FR, przepustowość modulacji jako ∆ F, okres modulacji jako T, a odległość jako D. Światło pomiarowe będzie miało opóźnienie czasowe w stosunku do światła odniesienia z powodu różnych ścieżek transmisji jako τ, gdzie FT zmienia się okresowo między F0 i FM zgodnie z falą grankowania, a następnie wyrażenie FT i FR jest takie jak podążanie za innymi ścieżkami transmisji: gdzie Ft zmienia się okresowo między F0 i FM według fali grankowania.
Następnie wygenerowany sygnał Beat to FIN:
Tak więc zmierzona odległość:
Modulowany przez częstotliwość lasera fali ciągłej obejmuje laser jako nośnik, a wszystkie zakłócenia środowiskowe wpływają jedynie na intensywność światła zmierzonego sygnału, ale nie informacje o częstotliwości. Dlatego może uzyskać wysoką dokładność i silną zdolność do odporności na zakłócenia światła środowiska, a dokładność może osiągnąć poziom mikrona. Obecnie jest to hotspot badawczy w dużych rozmiarach i precyzyjnych zastosowaniach pomiarowych. Jednak ta metoda pomiaru wymaga wysokiej stabilności i liniowości częstotliwości wiązki laserowej, co sprawia, że realizacja systemu jest bardziej złożona, a zakres pomiaru jest ograniczony przez okres T.
6. Trójkątny laser
Trójkątna laserowa laser oznacza, że źródło światła, zmierzona powierzchnia obiektu i system odbierania światła tworzą razem trójkątną ścieżkę optyczną. Światło emitowane przez źródło lasera jest skupione przez soczewkę kolimacyjną, a następnie padając na zmierzonej powierzchni obiektu. System odbierania światła odbiera rozproszone światło z punktu padającego i obrazuje je na wrażliwej powierzchni detektora fotoelektrycznego. Jest to metoda pomiaru pomiaru odległości przesuwania zmierzonej powierzchni obiektu przez przesunięcie punktu światła na powierzchni obrazowania.
Zgodnie z zależnością kątową między padającą wiązką laserową a normalną linią zmierzonej powierzchni obiektu, na ogół istnieją dwie metody dystansowe: ukośne i bezpośrednie, jak pokazano na rycinie 8. Zasadniczo metoda bezpośredniej triangulacji laserowej jest prostsza w algorytmie geometrycznym niż metoda trójkąta laserowego lasera, a błąd jest relatywnie mały, a objętość może być zaprojektowana, aby była bardziej przykładowa i nalegać. W przemyśle często stosuje się bezpośrednią metodę lasera.
W porównaniu z laserem fazowym i modulowanym ciągłym laserem falowym, triangulacyjny laser w zakresie ma wiele zalet, takich jak prosta struktura, szybka prędkość testowa, elastyczne i wygodne użycie, niski koszt itp. Jednak dokładność rozproszenia rozproszonego lasera rozsiana będzie stopniowo rozstrzygająca rozdzielczość oświetleniową Laser. Z pomiaru powierzchni docelowej, ta metoda dystansowa jest ogólnie odpowiednia do bliskiej pracy w pomieszczeniach, nie nadaje się do pracy na zewnętrznym lub wewnętrznym tle lekkim. Dlatego zakres zastosowań laserowych triangulacyjnych jest głównie niewielkim pomiarem przemieszczenia, który jest szeroko stosowany w pomiarze konturu powierzchniowego obiektu, szerokości, grubości i innych wielkości, takich jak projekt powierzchni modelu ciała, cięcie laserowe, zamiatanie robota itp.
