激光測距儀-機床行業(yè)百科-機床商務網(wǎng)

1簡介

激光測距儀是利用調(diào)制激光的某個參數(shù)對目標的距離進行準確測定的儀器。脈沖式激光測距儀是在工作時向目標射出一束或一序列短暫的脈沖激光束，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從測距儀到目標的距離。

當發(fā)射的激光束功率足夠時，測程可達40公里左右甚至更遠，激光測距儀可晝夜作業(yè)，但空間中有對激光吸收率較高的物質時，其測距的距離和精度會下降。

世界上臺激光器，是由美國休斯飛機公司的科學家梅曼于1960年，首先研制成功的紅寶石激光 [1] 器。美國軍方很快就在此基礎上開展了對軍用激光裝置的研究。1961年，臺軍用激光測距儀通過了美國軍方論證試驗，對此后激光測距儀很快就進入了實用階段。

由于激光測距儀價格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開始使用激光測距儀。國內(nèi)外出現(xiàn)了一批新型的具有測距快、體積小、性能可靠等優(yōu)點的微型測距儀，可以廣泛應用于工業(yè)測控、礦山、港口等領域。

激光是六十年代發(fā)展起來的一項新技術。它是一種顏色很純、能量高度集中、方向性很好的光。激光測距儀是利用激光進行測距的一種儀器。它的作用原理很簡單：通過測定激光開始發(fā)射到激光從目標反射回來的時間來測定距離。例如用激光測距儀來測量月球的距離，如果激光從開始發(fā)射到從月球反射回來的時間被測定為2.56秒，激光發(fā)射到月球的單程時間就等于1.28秒，而激光的速度是光速，等于每秒三十萬公里。因此，測得的月球離地球的距離為單程時間和光速的乘積，即三十八萬四千公里。為了發(fā)射和接收激光，并進行計時，激光測距儀由激光發(fā)射器、接收器、鐘頻振蕩器及距離計數(shù)器等組成。

激光測距儀還能用來對人造衛(wèi)星跟蹤測距，測量飛機飛行高度，對目標進行瞄準測距，以及進行地形測繪，勘察等。

2原理

1.利用紅外線測距或激光測距的原理
測距原理基本可以歸結為測量光往返目標所需要時間，然后通過光速c =299792458m/s 和大氣折射系數(shù)n 計算出距離D。由于直接測量時間比較困難，通常是測定連續(xù)波的相位，稱為測相式測距儀。當然，也有脈沖式測距儀。
需要注意，測相并不是測量紅外或者激光的相位，而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀，用于房屋測量，其工作原理與此相同。

2.測物體平面必須與光線垂直
通常精密測距需要全反射棱鏡配合，而房屋量測用的測距儀，直接以光滑的墻面反射測量，主要是因為距離比較近，光反射回來的信號強度夠大。與此可以知道，一定要垂直，否則返回信號過于微弱將無法得到距離。

3.可以測物體平面為漫反射
通常也是可以的，實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴重的問題。

4.脈沖法激光測距儀娛樂級產(chǎn)品可以達到顯示精度1米，測量精度±1米，測量級產(chǎn)品顯示精度0.1米，測量精度±0.15米。

5.相位式激光測距儀精度可達到1毫米誤差，適合各種高精度測量用途。

3分類

激光測距儀分手持激光測距儀和望遠鏡式激光測距儀。

1、手持激光測距儀：測量距離一般在200米內(nèi)，精度在2mm左右。這是目前使用范圍廣的激光測距儀。在功能上除能測量距離外，一般還能計算測量物體的體積。
2、云服務激光測距儀：通過藍牙將激光測距儀上測量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)揭苿咏K端如手機、平板電腦上；通過wifi聯(lián)網(wǎng)可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌鳎谶h程的施工伙伴實時共享測量數(shù)據(jù)。
3、望遠鏡式激光測距儀：測量距離比較遠，一般測量范圍在3.5米-2000米左右，也有大量程為10公里左右的測距望遠鏡，由于測距望遠鏡的準直性要求，3.5米以下為盲區(qū)，大于2000米以上的激光望遠鏡一般采用
YAG激光，波長為1.064微米，為了達到較大的測量量程，所以激光功率較大，建議使用者注意激光防護。

主要應用范圍為戶外中、長距離測量。
一維激光測距儀
用于距離測量、定位；激光測距儀
二維激光測距儀（Scanning Laser Range finder）
用于輪廓測量，定位、區(qū)域監(jiān)控等領域；
三維激光測距儀（3D Laser Range finder）
用于三維輪廓測量，三維空間定位等領域。
使用激光測量月球到地球距離的示意圖

4用途

激光測距儀廣泛用于地形測量，戰(zhàn)場測量，坦克，飛機，艦艇和火炮對目標的測距，測量云層、飛機、導彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高高坦克、飛機、艦艇和火炮精度的重要技術裝備。由于激光測距儀價格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開始使用激光測距儀，可以廣泛應用于工業(yè)測控、礦山、港口等領域。

5選購

在選購測距儀時，需要考慮的幾點：
1.測量范圍
2.測量精度
3.使用的場合

基本分為以下幾種情況：
a）只需要在幾米或者十幾米范圍之內(nèi)進行距離測量，
且精度要求不高的情況下。建議——可選用“超聲波測距儀”。
備注——超聲波測距儀測量的效果受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定和方向性較激光測距儀差，但價格相對便宜，適合與室內(nèi)測量。
b）測量距離不長，多用于室內(nèi)，精度要求高。
建議——可選購“手持式激光測距儀如左圖顯示”。
備注——手持式激光測距儀適合在室內(nèi)使用，測量精度及效果都非常不錯，在室外測量時，由于受到戶外光污染的影響，手持式激光測距儀的精度下降明顯。
（如用戶需要在室外的環(huán)境下進行探測的話，建議配上專業(yè)的激光瞄準器和反射板，結合使用才能達到預期的測程及效果。）
注意：激光測距儀所采用的的連續(xù)輸出激光，視覺上為紅色光譜范圍，當眼睛直視時，可能對眼造成不可逆的傷害。
c）測量距離較遠，多用于戶外使用。
建議——選購“望遠鏡式激光測距儀”（即：激光測距望遠鏡）如右圖顯示。

6產(chǎn)品

望遠鏡式激光測距儀

這類測距儀通常采用脈沖法，一般在精度1米左右，中端產(chǎn)品精度可以達到0.5米，2015年之后產(chǎn)生了精度可以達到0.3米的新產(chǎn)品，光學放大倍率可以達到6~9倍。主要應用范圍為野外建筑，環(huán)境勘察，建立基站，等需要野外長距離測量的情況。

主要品牌有：美國博士能BUSHNELL測距儀，里奧波特Leupold測距儀，紐康NEWCON測距儀，日本尼康NIKON測距儀，德國奧卡OPTI-LOGIC測距儀, 美國LTI測距儀, 以及IMPULSE英柏斯測距儀，TRUPULSE圖帕斯系列測距儀。
激光器不具備防摔的功能，所以激光測距儀很容易摔壞發(fā)光器。

激光測距儀技術參數(shù)：
操作溫度：-10℃~+50℃
探測頻率：1/6~1/3HZ
激光類型：半導體激光器
觀查視野:6.5°
Magnification:7*
Dustproof,waterproof,shockproof

應用
手持激光測距儀在房屋丈量應用房屋丈量一直是房管部門既關心又費心的工作，房屋勘丈面積圖是直接作為產(chǎn)權證的附圖，具有法律效力。它不僅是直接面對老百姓，而且直接關系到老百姓的經(jīng)濟利益，所以房屋丈量誤差的控制尤為顯得重要，按照以往的習慣利用皮尺或鋼卷尺進行建筑面積，使用面積的丈量，雖然也可以滿足基本要求，然而在長距離測量，測層高，不易到達地的測量上存在較大誤差，而且存在勞動強度大工作繁雜等缺點，在*快速發(fā)展的今天，如此原始，傳統(tǒng)的測量方式，已明顯的不符合當今信息化社會快速，的要求。為此，在引進了手持式激光測距儀后，經(jīng)過幾個月的實際使用，總體認為該儀器特別適用于建筑結構復雜，中高層、長距離的房屋的測量。使用簡便，測量數(shù)據(jù)（三毫米精度），工作效率提高（可非接觸測量），*拋棄了一根皮尺（或鋼卷尺）丈量房屋的方法，減少勘丈誤差，保證了面積量算精度，量算結果使業(yè)主更加信服。當然該儀器也有亟待提高的方面，如在陽光強烈照耀下，長距離目標物體較難看清，需借助望遠鏡等附件。另外，每次測量時校準水準氣泡較費力，好能自動校準。總之手持激光測距儀還是有較多的應用場合的。

相位式激光測距儀

相位式激光測距儀是利用激光束進行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間。

相位式激光測距儀一般應用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀都配置了被稱為合作目標的反射鏡。

若調(diào)制光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對應時間t 可表示為：
t=φ/ω
將此關系代入（3-6）式距離D可表示為
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/（4πf）（Nπ+Δφ）
=c/4f （N+ΔN）=U（N+）
式中：
φ——信號往返測線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。
ω——調(diào)制信號的角頻率，ω=2πf。
U——單位長度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長
N——測線所包含調(diào)制半波長個數(shù)。
Δφ——信號往返測線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。
ΔN——測線所包含調(diào)制波不足半波長的小數(shù)部分。
ΔN=φ/ω

在給定調(diào)制和標準大氣條件下，頻率c/（4πf）是一個常數(shù)，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數(shù)的測量和不足半波長的小數(shù)部分的測量即測N或φ，由于近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發(fā)展，已使φ的測量達到很高的精度。

為了測得不足π的相角φ，可以通過不同的方法來進行測量，通常應用多的是延遲測相和數(shù)字測相，短程激光測距儀均采用數(shù)字測相原理來求得φ。

由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號的激光束，為了獲得測距高精度還需配置合作目標，而推出的手持式激光測距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測相脈沖展寬細分技術，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經(jīng)超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建筑面積測量中新型的長度計量標準器具。現(xiàn)應用多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測距儀。

手持式激光測距儀使用注意事項
DISTO及其他手持式激光測距儀，由于采用激光進行距離測量，而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源，所以在使用時不要用眼對準發(fā)射口直視，也不要用瞄準望遠鏡觀察光滑反射面，以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說明書中安全操作規(guī)范進行測量。野外測量時不可將儀器發(fā)射口直接對準太陽以免燒壞儀器光敏元件。
LDM4X激光測距儀是國外使用比較廣泛的一種，配有的大量程激光測距、測速傳感器基于激光脈沖反射時差法原理，適用大量程測量，具有很高的響應頻率，能適用惡劣的工業(yè)環(huán)境等特點。結實的金屬外科，使其能工作在有害氣體環(huán)境，安全保護等級IP67,安裝維護方便。

應用
將安裝在抓斗式卸船機的駕駛室下方，激光器垂直向下進行掃描。系統(tǒng)就緒以后，由控制系統(tǒng)發(fā)出啟動命令。激光器高速發(fā)出短促激光脈沖，對下方區(qū)域以極小的角度分辨率逐點進行測量。大量的測量數(shù)據(jù)點被軟件采集后，被轉化為三維空間內(nèi)的點云數(shù)據(jù)，再通過特殊的數(shù)據(jù)處理算法，將激光器采集的數(shù)據(jù)轉換為物料的位置和輪廓信息。將這些信息輸出給上層控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判別下一個抓料點后，由執(zhí)行系統(tǒng)完成抓取。

方法
1 輕觸啟動/測量鍵，開啟測距儀。
2 按需要以加或減鍵更換測量基準邊（只對單次測量有效），A—前沿；B—儀器支架；C—后沿。
3 用激光瞄準目標，再次輕觸啟動/測量鍵，紀錄測量值。
4 測量完畢，按下清除鍵直到初始畫面出現(xiàn)。同時按下加和減鍵關閉測距儀。
5 90秒無工作指令的情況下，測距儀會自動關機。
6 利用標準距離可對測距儀進行自校，并可通過Offset菜單項進行修正。

7日常維護

激光測距儀使用時需要注意的問題：激光測距儀不能對準人眼直接測量，防止對人體的傷害。同時，一般激光測距儀不具防水功能，所以需要注意防水。新的美國里奧波特激光測距儀，由于在美國當?shù)刂饕m用于戶外狩獵愛好者，所以制作之處的優(yōu)勢即是可以防水防霧，配有叢林樹木枝葉涂彩。
激光器不具備防摔的功能，所以激光測距儀很容易摔壞發(fā)光器。

激光測距儀維護：
① 經(jīng)常檢查儀器外觀及時清除表面的灰塵臟污、油脂、霉斑等。
② 清潔目鏡、物鏡或激光發(fā)射窗時應使用柔軟的干布。嚴禁用硬物刻劃，以免損壞光學性能。
③ 本機為光、機、電一體化高精密儀器，使用中應小心輕放，嚴禁擠壓或從高處跌落，以免損壞儀器。

8使用方法

激光安全警示和使用注意事項激光器是強度很高的光源輻射器件，大功率的激光器可以用于切割焊接金屬材料，所以激光對人體，特別是人眼有嚴重傷害，使用時需特別小心。

國際上對激光有統(tǒng)一的分類和統(tǒng)一的安全警示標志，激光器分為四類（Class1～Class4），一類激光器對人是安全的，二類激光器對人有較輕的傷害，三類以上的激光器對人有嚴重傷害，使用時需特別注意，避免對人眼直射。

上世紀九十年代初，歐美等幾大公司相繼生產(chǎn)出可供商用的半導體激光二極管，使激光的實際應用價值發(fā)生了革命性的進步。其他種類的激光器由于產(chǎn)生激光的機理過于復雜，使其體積，重量特別大，功耗高等原因，大大限制了激光的應用。而半導體激光器的出現(xiàn)使這些問題迎刃而解。隨著半導體激光器的技術進一步成熟，價格逐步降低，其應用批量和應用領域不斷擴大，應用前景好。半導體激光器體積小、重量輕、可靠性高、轉換效率高、功耗低、驅動電源簡單、能直接調(diào)制、結構簡單、價格低廉、使用安全、其應用領域非常廣泛。如光存儲、激光打印、激光照排、激光測距、條碼掃描、工業(yè)探測、測試測量儀器、激光顯示、醫(yī)療儀器、軍事、安防、野外探測、建筑類掃平及標線類儀器、實驗室及教學演示、舞臺燈光及激光表演、激光水平尺及各種標線定位等。半導體激光器的一些*優(yōu)點使之非常適合于軍事上的應用，如野外測距、槍炮等的瞄準、射擊模擬系統(tǒng)、致盲、對潛通信制導、引信、安防等。由于可用普通電池驅動，使一些便攜式武器設備配置成為可能。

已開發(fā)出并投放市場的半導體激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、480nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等，其中1310nm、1550nm主要用于光纖通訊領域。405nm - 670nm為可見光波段，780nm - 1550nm為紅外光波段，370nm - 390nm為紫外光波段。高新的產(chǎn)品、專業(yè)的技術測距行業(yè)的潮流。