鄭明杰　劉鑫

摘 要：激光是一種高度相干、能量集中以及方向性很強(qiáng)的光輻射，這些特點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的自動(dòng)化、高效率及高精度是十分有益的。

關(guān)鍵詞：激光 測(cè)距技術(shù) 發(fā)展?fàn)顩r 原理

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0035-01

1 激光測(cè)距技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)70年代初的一些測(cè)量?jī)x器開(kāi)始采用了激光技術(shù)。世界上第一臺(tái)激光器，是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的，被稱作柯麗達(dá)1型。1971年，美國(guó)軍方率先配置了AN/GVS-3型紅寶石激光測(cè)距系統(tǒng)。自此，各國(guó)軍隊(duì)逐漸配備了用于偵查的激光測(cè)距機(jī)，各種型號(hào)的激光測(cè)距裝置相應(yīng)得到了應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)的著名公司開(kāi)展合作研究，其產(chǎn)品涉及工業(yè)、航天、海洋等多個(gè)方面。經(jīng)過(guò)多年不斷探索，激光測(cè)距機(jī)更新了兩代，已經(jīng)研制更新到了第3代。第1代激光測(cè)距系統(tǒng)是光電倍增管探測(cè)器和紅外寶石激光器構(gòu)成的。但是由于占地面積廣、重量重、耗費(fèi)電量多等缺點(diǎn)而被第2代測(cè)距系統(tǒng)取代。第2代激光測(cè)距系統(tǒng)采用近紅外釹激光器（主要是Nd：YAG激光器）和PIN光電二極管或者雪崩光電二極管。與第一代相比，第2代激光測(cè)距系統(tǒng)的耗電量和體積都小很多，因此得到了迅速發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，YAG激光器技術(shù)趨于成熟，將這種激光器應(yīng)用于遠(yuǎn)程、中程、短程的激光測(cè)距雷達(dá)以成為一種趨勢(shì)。但是由于其對(duì)全天候測(cè)距精度低、兼容性差及損傷人眼的缺點(diǎn)，伴隨著激光技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸被第3代激光測(cè)距系統(tǒng)所取代。第3代激光測(cè)距系統(tǒng)相較于前兩代而言有了十足的發(fā)展。其結(jié)構(gòu)采用對(duì)人眼安全的激光器，并用最新電子的技術(shù)。并且體積小、耗電量少而精度更高。西方國(guó)家開(kāi)發(fā)出了用途不同的測(cè)距系統(tǒng)，有單光束激光測(cè)距系統(tǒng)、二維激光掃描式測(cè)距系統(tǒng)等。其中，一維系統(tǒng)用于測(cè)量距離，二維系統(tǒng)用于掃描平面，監(jiān)控一片區(qū)域，三維測(cè)距系統(tǒng)用于對(duì)空間的定位與三維輪廓測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。由于激光測(cè)距系統(tǒng)的高精度、快速性及抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。國(guó)外的許多科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)亦在此領(lǐng)域展開(kāi)研究。

2008年，全球工業(yè)安全領(lǐng)域的專家邁賽展示了全新的LS30，能夠產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到190度的不可見(jiàn)的非接觸的監(jiān)控平面，并且能夠用軟件來(lái)自由的控制監(jiān)控的區(qū)域，較易于滿足特殊的工業(yè)要求。近些年，勞意斯提出了系列的測(cè)距系統(tǒng)，其分辨率達(dá)到30 mm，可通過(guò)PROFIBUS-DP接口或紅外接口與PLC等上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，萊卡公司亦推出了實(shí)用于不同場(chǎng)景的不同型號(hào)的激光測(cè)距系統(tǒng)，由其測(cè)距的快速性及電磁干擾的不敏感性而廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)激光器樣機(jī)的研究出現(xiàn)了。北京光學(xué)儀器廠，蘇州第一光學(xué)儀器廠先后研制成功了以氣體激光器作光源的經(jīng)緯儀。由于激光器體積大，使用壽命短，原則上每年都要更換，所以給以氣體激光器作為光源的激光經(jīng)緯儀帶來(lái)許多不足。有兩種結(jié)構(gòu)使激光光束引入望遠(yuǎn)鏡。一種是剛性直接導(dǎo)人式，這種型式雖然簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，光能損失小，但對(duì)儀器的使用并不利。由于激光器及其外殼較重，體積較大，橫軸支承不方便，又因?yàn)榧す馄髌x橫軸于一側(cè)，所以望遠(yuǎn)鏡做俯仰工作時(shí)重心不平衡。另外，由于需要聯(lián)接外接電源線，使得儀器的橫軸和豎軸都難以作360°旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。另一種是光導(dǎo)纖維導(dǎo)人式。采用了光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)，這是一種撓性聯(lián)結(jié)。使用時(shí)儀器不裝載激光器和激光的電源，因此沒(méi)有不利于儀器橫軸支承，同時(shí)激光器產(chǎn)生的熱量引起望遠(yuǎn)鏡視軸和激光束軸的變化也完全克服了，即光束發(fā)生漂移。光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)存在著結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、傳遞光束光能損失大等問(wèn)題。另外儀器的橫軸和豎軸也難以作360°的旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。

可以說(shuō)，在起步的階段，我國(guó)的激光技術(shù)迅速發(fā)展，在技術(shù)上都已接近國(guó)際先進(jìn)水平。在激光測(cè)距方面的研究，我國(guó)于1972年成功的研制出了JCY-1型精密氣體激光測(cè)距機(jī)，第二年，推出了JCY-2型。1996年，上海光機(jī)所成功設(shè)計(jì)出了便攜式半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)，測(cè)距精度為±0.5 m。接下來(lái)幾年里，體積小、精度高的便攜式測(cè)距機(jī)成為了研究的主題。在1999年，為提高測(cè)量精度，詳細(xì)的判別了誤差來(lái)源，認(rèn)為測(cè)距的誤差主要是由于接收系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和自量化時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度以及脈寬的影響。2005年，清華大學(xué)趙大龍、秦來(lái)貴等人對(duì)激光測(cè)距機(jī)的接受問(wèn)題做了初步分析，并提出了自觸發(fā)測(cè)距的方案，減少了測(cè)距所帶來(lái)的誤差。2007年，中國(guó)科學(xué)院上海物理研究所采用了專用的時(shí)間間隔測(cè)量芯片TDC-GP1，不僅增加了測(cè)距范圍，提高了測(cè)量精度，還便于控制和使用。2008年，中科院成功研制出了基于時(shí)幅轉(zhuǎn)換的激光測(cè)距系統(tǒng)，精度達(dá)到±5 mm，處于國(guó)際先進(jìn)水平。

2 激光測(cè)距技術(shù)的基本原理

激光測(cè)距的常用方法有相位法、脈沖法。激光測(cè)距技術(shù)通常是對(duì)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)窄脈寬的激光脈沖或發(fā)射連續(xù)波激光束來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離的一種技術(shù)。下面將針對(duì)常用的下相位法及脈沖法做一些簡(jiǎn)單介紹。

2.1 相位法

相位法是通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的調(diào)制脈沖，并通過(guò)比對(duì)發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)之間的相位差來(lái)判斷目標(biāo)的距離。但是，對(duì)于目標(biāo)的距離大于測(cè)量距離時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多重結(jié)果。僅當(dāng)相位差小于2π時(shí)有唯一值。并且僅當(dāng)脈沖頻率高時(shí)誤差才會(huì)降低，但相應(yīng)的測(cè)量距離就會(huì)下降，因此本方法有較大的局限性。

2.2 脈沖法

脈沖法通過(guò)計(jì)算發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間差來(lái)計(jì)算目標(biāo)距離的。因光波在空氣中的傳播速度為恒定值，因此只要得知光波從發(fā)出到接收的時(shí)間即可算出待測(cè)目標(biāo)的距離為：

式中—目標(biāo)與系統(tǒng)距離；

—脈沖往返于目標(biāo)的時(shí)間間隔。

雖然測(cè)量精度較相位法要低，但是脈沖激光測(cè)距法卻有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，在兩種方法的總平均功率相同的情況下，脈沖激光測(cè)距法可以產(chǎn)生瞬間的大功率，從而使得接收信號(hào)足夠強(qiáng)，相較而言測(cè)量距離就相應(yīng)的增大。第二，在一般情況下，脈沖測(cè)距法的測(cè)量速度快，而相位法由于需要比較信號(hào)之間的相位差，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，不適合高頻率的測(cè)量。第三，脈沖式測(cè)距法安全性和隱蔽性好。

參考文獻(xiàn)

[1] 付寶臣.高精度激光測(cè)距儀硬件電路研究[M].南京理工大學(xué)，2007.

[2] 趙大龍，秦來(lái)貴，霍玉晶.脈沖激光測(cè)距接收技術(shù)的研究[j].光電技術(shù)應(yīng)用，2005（3）.endprint

摘 要：激光是一種高度相干、能量集中以及方向性很強(qiáng)的光輻射，這些特點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的自動(dòng)化、高效率及高精度是十分有益的。

關(guān)鍵詞：激光 測(cè)距技術(shù) 發(fā)展?fàn)顩r 原理

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0035-01

1 激光測(cè)距技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)70年代初的一些測(cè)量?jī)x器開(kāi)始采用了激光技術(shù)。世界上第一臺(tái)激光器，是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的，被稱作柯麗達(dá)1型。1971年，美國(guó)軍方率先配置了AN/GVS-3型紅寶石激光測(cè)距系統(tǒng)。自此，各國(guó)軍隊(duì)逐漸配備了用于偵查的激光測(cè)距機(jī)，各種型號(hào)的激光測(cè)距裝置相應(yīng)得到了應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)的著名公司開(kāi)展合作研究，其產(chǎn)品涉及工業(yè)、航天、海洋等多個(gè)方面。經(jīng)過(guò)多年不斷探索，激光測(cè)距機(jī)更新了兩代，已經(jīng)研制更新到了第3代。第1代激光測(cè)距系統(tǒng)是光電倍增管探測(cè)器和紅外寶石激光器構(gòu)成的。但是由于占地面積廣、重量重、耗費(fèi)電量多等缺點(diǎn)而被第2代測(cè)距系統(tǒng)取代。第2代激光測(cè)距系統(tǒng)采用近紅外釹激光器（主要是Nd：YAG激光器）和PIN光電二極管或者雪崩光電二極管。與第一代相比，第2代激光測(cè)距系統(tǒng)的耗電量和體積都小很多，因此得到了迅速發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，YAG激光器技術(shù)趨于成熟，將這種激光器應(yīng)用于遠(yuǎn)程、中程、短程的激光測(cè)距雷達(dá)以成為一種趨勢(shì)。但是由于其對(duì)全天候測(cè)距精度低、兼容性差及損傷人眼的缺點(diǎn)，伴隨著激光技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸被第3代激光測(cè)距系統(tǒng)所取代。第3代激光測(cè)距系統(tǒng)相較于前兩代而言有了十足的發(fā)展。其結(jié)構(gòu)采用對(duì)人眼安全的激光器，并用最新電子的技術(shù)。并且體積小、耗電量少而精度更高。西方國(guó)家開(kāi)發(fā)出了用途不同的測(cè)距系統(tǒng)，有單光束激光測(cè)距系統(tǒng)、二維激光掃描式測(cè)距系統(tǒng)等。其中，一維系統(tǒng)用于測(cè)量距離，二維系統(tǒng)用于掃描平面，監(jiān)控一片區(qū)域，三維測(cè)距系統(tǒng)用于對(duì)空間的定位與三維輪廓測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。由于激光測(cè)距系統(tǒng)的高精度、快速性及抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。國(guó)外的許多科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)亦在此領(lǐng)域展開(kāi)研究。

2008年，全球工業(yè)安全領(lǐng)域的專家邁賽展示了全新的LS30，能夠產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到190度的不可見(jiàn)的非接觸的監(jiān)控平面，并且能夠用軟件來(lái)自由的控制監(jiān)控的區(qū)域，較易于滿足特殊的工業(yè)要求。近些年，勞意斯提出了系列的測(cè)距系統(tǒng)，其分辨率達(dá)到30 mm，可通過(guò)PROFIBUS-DP接口或紅外接口與PLC等上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，萊卡公司亦推出了實(shí)用于不同場(chǎng)景的不同型號(hào)的激光測(cè)距系統(tǒng)，由其測(cè)距的快速性及電磁干擾的不敏感性而廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)激光器樣機(jī)的研究出現(xiàn)了。北京光學(xué)儀器廠，蘇州第一光學(xué)儀器廠先后研制成功了以氣體激光器作光源的經(jīng)緯儀。由于激光器體積大，使用壽命短，原則上每年都要更換，所以給以氣體激光器作為光源的激光經(jīng)緯儀帶來(lái)許多不足。有兩種結(jié)構(gòu)使激光光束引入望遠(yuǎn)鏡。一種是剛性直接導(dǎo)人式，這種型式雖然簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，光能損失小，但對(duì)儀器的使用并不利。由于激光器及其外殼較重，體積較大，橫軸支承不方便，又因?yàn)榧す馄髌x橫軸于一側(cè)，所以望遠(yuǎn)鏡做俯仰工作時(shí)重心不平衡。另外，由于需要聯(lián)接外接電源線，使得儀器的橫軸和豎軸都難以作360°旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。另一種是光導(dǎo)纖維導(dǎo)人式。采用了光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)，這是一種撓性聯(lián)結(jié)。使用時(shí)儀器不裝載激光器和激光的電源，因此沒(méi)有不利于儀器橫軸支承，同時(shí)激光器產(chǎn)生的熱量引起望遠(yuǎn)鏡視軸和激光束軸的變化也完全克服了，即光束發(fā)生漂移。光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)存在著結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、傳遞光束光能損失大等問(wèn)題。另外儀器的橫軸和豎軸也難以作360°的旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。

可以說(shuō)，在起步的階段，我國(guó)的激光技術(shù)迅速發(fā)展，在技術(shù)上都已接近國(guó)際先進(jìn)水平。在激光測(cè)距方面的研究，我國(guó)于1972年成功的研制出了JCY-1型精密氣體激光測(cè)距機(jī)，第二年，推出了JCY-2型。1996年，上海光機(jī)所成功設(shè)計(jì)出了便攜式半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)，測(cè)距精度為±0.5 m。接下來(lái)幾年里，體積小、精度高的便攜式測(cè)距機(jī)成為了研究的主題。在1999年，為提高測(cè)量精度，詳細(xì)的判別了誤差來(lái)源，認(rèn)為測(cè)距的誤差主要是由于接收系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和自量化時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度以及脈寬的影響。2005年，清華大學(xué)趙大龍、秦來(lái)貴等人對(duì)激光測(cè)距機(jī)的接受問(wèn)題做了初步分析，并提出了自觸發(fā)測(cè)距的方案，減少了測(cè)距所帶來(lái)的誤差。2007年，中國(guó)科學(xué)院上海物理研究所采用了專用的時(shí)間間隔測(cè)量芯片TDC-GP1，不僅增加了測(cè)距范圍，提高了測(cè)量精度，還便于控制和使用。2008年，中科院成功研制出了基于時(shí)幅轉(zhuǎn)換的激光測(cè)距系統(tǒng)，精度達(dá)到±5 mm，處于國(guó)際先進(jìn)水平。

2 激光測(cè)距技術(shù)的基本原理

激光測(cè)距的常用方法有相位法、脈沖法。激光測(cè)距技術(shù)通常是對(duì)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)窄脈寬的激光脈沖或發(fā)射連續(xù)波激光束來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離的一種技術(shù)。下面將針對(duì)常用的下相位法及脈沖法做一些簡(jiǎn)單介紹。

2.1 相位法

相位法是通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的調(diào)制脈沖，并通過(guò)比對(duì)發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)之間的相位差來(lái)判斷目標(biāo)的距離。但是，對(duì)于目標(biāo)的距離大于測(cè)量距離時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多重結(jié)果。僅當(dāng)相位差小于2π時(shí)有唯一值。并且僅當(dāng)脈沖頻率高時(shí)誤差才會(huì)降低，但相應(yīng)的測(cè)量距離就會(huì)下降，因此本方法有較大的局限性。

2.2 脈沖法

脈沖法通過(guò)計(jì)算發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間差來(lái)計(jì)算目標(biāo)距離的。因光波在空氣中的傳播速度為恒定值，因此只要得知光波從發(fā)出到接收的時(shí)間即可算出待測(cè)目標(biāo)的距離為：

式中—目標(biāo)與系統(tǒng)距離；

—脈沖往返于目標(biāo)的時(shí)間間隔。

雖然測(cè)量精度較相位法要低，但是脈沖激光測(cè)距法卻有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，在兩種方法的總平均功率相同的情況下，脈沖激光測(cè)距法可以產(chǎn)生瞬間的大功率，從而使得接收信號(hào)足夠強(qiáng)，相較而言測(cè)量距離就相應(yīng)的增大。第二，在一般情況下，脈沖測(cè)距法的測(cè)量速度快，而相位法由于需要比較信號(hào)之間的相位差，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，不適合高頻率的測(cè)量。第三，脈沖式測(cè)距法安全性和隱蔽性好。

參考文獻(xiàn)

[1] 付寶臣.高精度激光測(cè)距儀硬件電路研究[M].南京理工大學(xué)，2007.

[2] 趙大龍，秦來(lái)貴，霍玉晶.脈沖激光測(cè)距接收技術(shù)的研究[j].光電技術(shù)應(yīng)用，2005（3）.endprint

摘 要：激光是一種高度相干、能量集中以及方向性很強(qiáng)的光輻射，這些特點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的自動(dòng)化、高效率及高精度是十分有益的。

關(guān)鍵詞：激光 測(cè)距技術(shù) 發(fā)展?fàn)顩r 原理

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0035-01

1 激光測(cè)距技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)70年代初的一些測(cè)量?jī)x器開(kāi)始采用了激光技術(shù)。世界上第一臺(tái)激光器，是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的，被稱作柯麗達(dá)1型。1971年，美國(guó)軍方率先配置了AN/GVS-3型紅寶石激光測(cè)距系統(tǒng)。自此，各國(guó)軍隊(duì)逐漸配備了用于偵查的激光測(cè)距機(jī)，各種型號(hào)的激光測(cè)距裝置相應(yīng)得到了應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)的著名公司開(kāi)展合作研究，其產(chǎn)品涉及工業(yè)、航天、海洋等多個(gè)方面。經(jīng)過(guò)多年不斷探索，激光測(cè)距機(jī)更新了兩代，已經(jīng)研制更新到了第3代。第1代激光測(cè)距系統(tǒng)是光電倍增管探測(cè)器和紅外寶石激光器構(gòu)成的。但是由于占地面積廣、重量重、耗費(fèi)電量多等缺點(diǎn)而被第2代測(cè)距系統(tǒng)取代。第2代激光測(cè)距系統(tǒng)采用近紅外釹激光器（主要是Nd：YAG激光器）和PIN光電二極管或者雪崩光電二極管。與第一代相比，第2代激光測(cè)距系統(tǒng)的耗電量和體積都小很多，因此得到了迅速發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，YAG激光器技術(shù)趨于成熟，將這種激光器應(yīng)用于遠(yuǎn)程、中程、短程的激光測(cè)距雷達(dá)以成為一種趨勢(shì)。但是由于其對(duì)全天候測(cè)距精度低、兼容性差及損傷人眼的缺點(diǎn)，伴隨著激光技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸被第3代激光測(cè)距系統(tǒng)所取代。第3代激光測(cè)距系統(tǒng)相較于前兩代而言有了十足的發(fā)展。其結(jié)構(gòu)采用對(duì)人眼安全的激光器，并用最新電子的技術(shù)。并且體積小、耗電量少而精度更高。西方國(guó)家開(kāi)發(fā)出了用途不同的測(cè)距系統(tǒng)，有單光束激光測(cè)距系統(tǒng)、二維激光掃描式測(cè)距系統(tǒng)等。其中，一維系統(tǒng)用于測(cè)量距離，二維系統(tǒng)用于掃描平面，監(jiān)控一片區(qū)域，三維測(cè)距系統(tǒng)用于對(duì)空間的定位與三維輪廓測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。由于激光測(cè)距系統(tǒng)的高精度、快速性及抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。國(guó)外的許多科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)亦在此領(lǐng)域展開(kāi)研究。

2008年，全球工業(yè)安全領(lǐng)域的專家邁賽展示了全新的LS30，能夠產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到190度的不可見(jiàn)的非接觸的監(jiān)控平面，并且能夠用軟件來(lái)自由的控制監(jiān)控的區(qū)域，較易于滿足特殊的工業(yè)要求。近些年，勞意斯提出了系列的測(cè)距系統(tǒng)，其分辨率達(dá)到30 mm，可通過(guò)PROFIBUS-DP接口或紅外接口與PLC等上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，萊卡公司亦推出了實(shí)用于不同場(chǎng)景的不同型號(hào)的激光測(cè)距系統(tǒng)，由其測(cè)距的快速性及電磁干擾的不敏感性而廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)激光器樣機(jī)的研究出現(xiàn)了。北京光學(xué)儀器廠，蘇州第一光學(xué)儀器廠先后研制成功了以氣體激光器作光源的經(jīng)緯儀。由于激光器體積大，使用壽命短，原則上每年都要更換，所以給以氣體激光器作為光源的激光經(jīng)緯儀帶來(lái)許多不足。有兩種結(jié)構(gòu)使激光光束引入望遠(yuǎn)鏡。一種是剛性直接導(dǎo)人式，這種型式雖然簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，光能損失小，但對(duì)儀器的使用并不利。由于激光器及其外殼較重，體積較大，橫軸支承不方便，又因?yàn)榧す馄髌x橫軸于一側(cè)，所以望遠(yuǎn)鏡做俯仰工作時(shí)重心不平衡。另外，由于需要聯(lián)接外接電源線，使得儀器的橫軸和豎軸都難以作360°旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。另一種是光導(dǎo)纖維導(dǎo)人式。采用了光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)，這是一種撓性聯(lián)結(jié)。使用時(shí)儀器不裝載激光器和激光的電源，因此沒(méi)有不利于儀器橫軸支承，同時(shí)激光器產(chǎn)生的熱量引起望遠(yuǎn)鏡視軸和激光束軸的變化也完全克服了，即光束發(fā)生漂移。光導(dǎo)纖維管聯(lián)結(jié)存在著結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、傳遞光束光能損失大等問(wèn)題。另外儀器的橫軸和豎軸也難以作360°的旋轉(zhuǎn)，給使用帶來(lái)不便。

可以說(shuō)，在起步的階段，我國(guó)的激光技術(shù)迅速發(fā)展，在技術(shù)上都已接近國(guó)際先進(jìn)水平。在激光測(cè)距方面的研究，我國(guó)于1972年成功的研制出了JCY-1型精密氣體激光測(cè)距機(jī)，第二年，推出了JCY-2型。1996年，上海光機(jī)所成功設(shè)計(jì)出了便攜式半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)，測(cè)距精度為±0.5 m。接下來(lái)幾年里，體積小、精度高的便攜式測(cè)距機(jī)成為了研究的主題。在1999年，為提高測(cè)量精度，詳細(xì)的判別了誤差來(lái)源，認(rèn)為測(cè)距的誤差主要是由于接收系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和自量化時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度以及脈寬的影響。2005年，清華大學(xué)趙大龍、秦來(lái)貴等人對(duì)激光測(cè)距機(jī)的接受問(wèn)題做了初步分析，并提出了自觸發(fā)測(cè)距的方案，減少了測(cè)距所帶來(lái)的誤差。2007年，中國(guó)科學(xué)院上海物理研究所采用了專用的時(shí)間間隔測(cè)量芯片TDC-GP1，不僅增加了測(cè)距范圍，提高了測(cè)量精度，還便于控制和使用。2008年，中科院成功研制出了基于時(shí)幅轉(zhuǎn)換的激光測(cè)距系統(tǒng)，精度達(dá)到±5 mm，處于國(guó)際先進(jìn)水平。

2 激光測(cè)距技術(shù)的基本原理

激光測(cè)距的常用方法有相位法、脈沖法。激光測(cè)距技術(shù)通常是對(duì)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)窄脈寬的激光脈沖或發(fā)射連續(xù)波激光束來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離的一種技術(shù)。下面將針對(duì)常用的下相位法及脈沖法做一些簡(jiǎn)單介紹。

2.1 相位法

相位法是通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的調(diào)制脈沖，并通過(guò)比對(duì)發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)之間的相位差來(lái)判斷目標(biāo)的距離。但是，對(duì)于目標(biāo)的距離大于測(cè)量距離時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多重結(jié)果。僅當(dāng)相位差小于2π時(shí)有唯一值。并且僅當(dāng)脈沖頻率高時(shí)誤差才會(huì)降低，但相應(yīng)的測(cè)量距離就會(huì)下降，因此本方法有較大的局限性。

2.2 脈沖法

脈沖法通過(guò)計(jì)算發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間差來(lái)計(jì)算目標(biāo)距離的。因光波在空氣中的傳播速度為恒定值，因此只要得知光波從發(fā)出到接收的時(shí)間即可算出待測(cè)目標(biāo)的距離為：

式中—目標(biāo)與系統(tǒng)距離；

—脈沖往返于目標(biāo)的時(shí)間間隔。

雖然測(cè)量精度較相位法要低，但是脈沖激光測(cè)距法卻有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，在兩種方法的總平均功率相同的情況下，脈沖激光測(cè)距法可以產(chǎn)生瞬間的大功率，從而使得接收信號(hào)足夠強(qiáng)，相較而言測(cè)量距離就相應(yīng)的增大。第二，在一般情況下，脈沖測(cè)距法的測(cè)量速度快，而相位法由于需要比較信號(hào)之間的相位差，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，不適合高頻率的測(cè)量。第三，脈沖式測(cè)距法安全性和隱蔽性好。

參考文獻(xiàn)

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