激光测距仪的应用原理主要基于以下几种:
**一、脉冲法**
1. **原理阐述**
- 脉冲法激光测距仪向目标发射一束激光脉冲,同时内部的计时器开始计时。激光脉冲到达目标后会被反射回来,测距仪接收到反射光脉冲时,计时器停止计时。
- 根据光的传播速度(在真空中约为\(c = 299792458m/s\),在空气中近似等于此值),以及测量得到的激光往返时间\(t\),就可以计算出测距仪到目标的距离\(d\),距离计算公式为\(d=\frac{1}{2}ct\)。这是因为激光从测距仪到目标再返回测距仪,走过的路程是测距仪到目标距离的两倍。
2. **应用场景**
- 脉冲法激光测距仪适用于长距离测量,例如在地形测量中,可以测量山峰、山谷等之间的距离;在建筑工程中,可用于测量建筑物之间的间距、建筑物的高度等;在军事上,用于测量目标的距离,如坦克与目标之间的距离、火炮与目标之间的距离等。
**二、相位法**
1. **原理阐述**
- 相位法激光测距仪发射的是经过调制的连续激光束。激光的相位在发射时被调制,当激光到达目标并反射回来后,由于传播距离的存在,反射光的相位与发射光的相位相比会发生变化。
- 测距仪通过测量发射光和反射光之间的相位差\(\Delta\varphi\),结合激光的调制频率\(f\),根据公式\(d = \frac{c}{4\pi f}\Delta\varphi\)来计算距离\(d\)。这里的\(c\)仍然是光在空气中的传播速度。由于相位差的测量精度可以很高,所以相位法测距仪能够实现较高的测距精度。
2. **应用场景**
- 相位法激光测距仪主要用于短距离和中等距离的高精度测量。在室内装修中,可以精确测量房间的尺寸、家具的摆放间距等;在工业制造中,用于测量机器零件的尺寸、模具的尺寸等,其精度可以达到毫米甚至亚毫米级别。
**三、三角法**
1. **原理阐述**
- 三角法激光测距仪包含一个激光发射源和一个光电探测器。激光发射源向目标发射激光束,在目标表面形成一个光斑。
- 光电探测器从另一个角度接收目标表面反射回来的激光光斑。根据激光发射方向、接收方向以及发射点和接收点之间的已知基线长度,利用三角形的几何关系来计算出测距仪到目标的距离。具体来说,如果已知发射角\(\alpha\)、接收角\(\beta\)和基线长度\(L\),通过三角函数关系就可以计算出距离\(d\)。
2. **应用场景**
- 三角法激光测距仪通常用于近距离测量,特别是在对精度要求较高的微小型物体测量方面。例如在电子元件制造中,测量微小芯片、电路板上元件的高度或距离;在精密机械加工中,测量微小零件的尺寸、间隙等。
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