اندازه گیری فاصله با لیزر

اندازه گیری فاصله لیزری از لیزر به عنوان منبع نور برای محدوده استفاده می کند. با توجه به نحوه کار لیزر به دستگاه های نوری پیوسته و لیزرهای پالسی تقسیم می شود. آمونیاک، یون‌های گاز، دمای اتمسفر و سایر آشکارسازهای گاز در حالت رو به جلوی پیوسته کار می‌کنند، که برای برد لیزر فاز، لیزرهای نیمه‌رسانای ناهمگن دوگانه، برای برد مادون‌قرمز، یاقوت، شیشه طلا و لیزرهای حالت جامد استفاده می‌شود، که برای برد لیزر پالسی استفاده می‌شود. با توجه به ویژگی های تک رنگی خوب و جهت دهی قوی لیزر، همراه با ادغام مدارهای الکترونیکی در نیمه هادی ها، فاصله یاب های لیزری نه تنها می توانند روز و شب کار کنند، بلکه دقت اندازه گیری فاصله را نیز بهبود می بخشند و دقت اندازه گیری فاصله را در مقایسه با فوتوالکتریک به طور قابل توجهی بهبود می بخشند. مسافت یاب ها با کاهش وزن و مصرف انرژی، اندازه گیری فاصله تا اهداف دور مانند ماهواره های زمین مصنوعی و ماه به واقعیت تبدیل می شود.

فاصله یاب لیزری ابزاری است که از نور لیزر برای اندازه‌گیری دقیق فاصله تا یک هدف استفاده می‌کند (که به آن برد لیزری نیز می‌گویند). هنگامی که فاصله یاب لیزری کار می کند، یک پرتو لیزر بسیار نازک به سمت هدف ساطع می کند. عنصر فوتوالکتریک پرتو لیزر منعکس شده توسط هدف را دریافت می کند. تایمر زمان از انتشار تا دریافت پرتو لیزر را اندازه گیری می کند و فاصله بین ناظر تا هدف را محاسبه می کند. اگر لیزر به طور مداوم ساطع شود، برد اندازه گیری می تواند به حدود 40 کیلومتر برسد و عملیات را می توان در روز و شب انجام داد. اگر لیزر پالسی باشد، دقت مطلق به طور کلی کم است، اما زمانی که برای اندازه‌گیری حیوانات در فواصل طولانی استفاده می‌شود، می‌تواند به دقت نسبی خوبی دست یابد. اولین لیزر جهان با موفقیت در سال 1960 توسط میمن، دانشمند شرکت هواپیماسازی هیوز آمریکا ساخته شد. ارتش ایالات متحده به سرعت تحقیقات خود را بر روی دستگاه های لیزر نظامی بر این اساس آغاز کرد. در سال 1961، اولین مسافت یاب لیزری نظامی آزمایش نمایشی ارتش ایالات متحده را پشت سر گذاشت. پس از آن، مسافت یاب لیزری به سرعت وارد جامعه عملی شد. مسافت یاب لیزری وزن سبک، اندازه کوچک، کارکرد ساده، سرعت و دقت در خواندن دارد و خطای آن تنها یک پنجم تا یک درصد خطای سایر مسافت یاب های نوری است. بنابراین، در نقشه برداری زمین و نقشه برداری میدان نبرد به طور گسترده ای استفاده می شود. اعم از تانک، هواپیما، کشتی و توپ تا اهداف، اندازه گیری ارتفاع ابرها، هواپیماها، موشک ها و ماهواره های مصنوعی و... تجهیزات فنی مهمی برای بهبود دقت تانک ها، هواپیماها، کشتی ها و توپخانه ها می باشد. با ادامه کاهش قیمت مسافت یاب های لیزری، صنعت به تدریج شروع به استفاده از مسافت یاب لیزری کرده است. تعدادی از مسافت یاب های مینیاتوری جدید در داخل و خارج از کشور با مزایای برد سریع، اندازه کوچک و عملکرد قابل اعتماد ظاهر شده اند و می توانند به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند. در اندازه گیری و کنترل صنعتی، معدن، بنادر و سایر زمینه ها.

مسافت یاب های لیزری معمولاً از دو روش برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند: روش پالس و روش فاز. روند دامنه روش پالس به شرح زیر است: لیزر ساطع شده توسط فاصله یاب توسط جسم مورد اندازه گیری منعکس شده و سپس توسط فاصله یاب دریافت می شود. فاصله یاب زمان رفت و برگشت لیزر را ثبت می کند. نیمی از حاصلضرب تکامل نور و زمان رفت و برگشت فاصله بین فاصله یاب و جسم مورد اندازه گیری است. دقت اندازه گیری فاصله به روش پالس عموماً حدود +- 1 متر است. علاوه بر این، ناحیه کور اندازه گیری این نوع مسافت یاب به طور کلی حدود 15 متر است. محدوده لیزری یک روش اندازه گیری فاصله در محدوده موج نور است. اگر نور در هوا با سرعت C حرکت می کند و زمان لازم برای رفت و برگشت بین دو نقطه A و B مشخص باشد، فاصله D بین دو نقطه A و B را می توان به صورت بیانی زیر استفاده کرد.

D=ct/2

در فرمول:

د: فاصله بین نقاط اندازه گیری A و B:

ج: سرعت؛

t: زمانی که طول می کشد تا نور بین A و B حرکت کند.

از فرمول بالا می توان دریافت که اندازه گیری فاصله بین A و B در واقع اندازه گیری زمان انتشار نور است. با توجه به روش های مختلف اندازه گیری زمان، فاصله یاب های لیزری را معمولاً می توان به دو شکل اندازه گیری تقسیم کرد: نوع پالسی و نوع فاز. لازم به ذکر است که اندازه گیری فاز فاز مادون قرمز یا لیزر را اندازه گیری نمی کند، بلکه فاز سیگنال مدوله شده بر روی مادون قرمز یا لیزر را اندازه گیری می کند. یک فاصله یاب لیزری دستی در صنعت ساخت و ساز برای نقشه برداری خانه وجود دارد که بر اساس همان اصل کار می کند.