Un articolo ti mostrerà sulla base del laser
2023-02-13
Secondo Maims Consulting, poco dopo che il primo laser Ruby al mondo uscì nel 1960, la tecnologia che va da laser con precisione che va da taglio principale. Laser Ranging * * è stato usato nell'esercito per molto tempo, e poi, con la sua forte capacità anti-interferenza e un'elevata precisione, ha svolto un ruolo enorme in molti campi, come aerospaziale, costruzione di indagini e mappatura, industria dell'energia eolica, trasporto intelligente, produzione industriale e così via.
Con il rapido sviluppo dell'automazione industriale e della visione artificiale, è stato dimostrato che la gamma di laser è un metodo di rilevamento non contatto molto importante in molte applicazioni come il rilevamento, la misurazione e il controllo. Allo stesso tempo, il laser che va, in quanto la premessa di tecnologie di fascia alta come la misurazione della velocità del laser, il monitoraggio laser, l'imaging tridimensionale laser e il radar laser (LIDAR), sta ricevendo sempre più attenzione. Mimes Consulting si concentrerà sull'introduzione e sulla discussione di diversi attuali metodi di distanza laser mainstream.
1. Classificazione del metodo di distanza laser
Secondo il principio di base, i metodi di distanza laser possono essere divisi in due categorie: metodo Time of Flight (TOF) e metodo di geometria dello spazio, come mostrato nella Figura 1. Tra questi, il metodo del tempo di volo include il metodo TOF diretto (tipo di impulso) e il metodo TOF indiretto (tipo di fase); I metodi geometrici spaziali includono principalmente triangolazione e interferometria.
Pulse Laser Ranging è un metodo a distanza che la tecnologia laser * * * è stata utilizzata nel campo del rilevamento e della mappatura per lungo tempo. Ottiene le informazioni sulla distanza target misurando direttamente l'intervallo di tempo tra la luce emessa e l'impulso di luce ricevuta, come mostrato nella Figura 2. La distanza misurata può essere espressa come:
Dove d è la distanza misurata, C è la velocità della propagazione della luce nell'aria e ∆ T è il tempo di andata e ritorno del raggio laser dall'emissione alla ricezione.
Il laser a impulsi ha un angolo di emissione di piccole dimensioni, energia relativamente concentrata nello spazio e un'elevata potenza istantanea. Queste caratteristiche possono essere utilizzate per realizzare vari campioni laser a distanza medio-lunghi, radar laser, ecc. Tuttavia, il metodo di distanza del laser a impulsi conta il tempo tra gli impulsi riceventi e riceve misurazione.
Al momento, la fascia laser pulsata è ampiamente utilizzata in sondaggi a lunga distanza e a bassa accuratezza, come sondaggi topografici e geomorfologici, esplorazione geologica, sondaggi di costruzione ingegneristica, sondaggi sull'altitudine di aeromobili, gamma di correlazione satellitare, misurazione della distanza tra corpi celesti, ecc., Come mostrato nella Figura 3.
3. fase a distanza di laser - metodo TOF indiretto
La gamma di laser di fase utilizza la frequenza della banda radio per modulare l'ampiezza del raggio laser e misurare il ritardo di fase generato dalla luce di modulazione per un viaggio di andata e ritorno, quindi convertire la distanza rappresentata dal ritardo di fase in base alla lunghezza d'onda della luce di modulazione. Questo metodo misura indirettamente il tempo misurando la differenza di fase, quindi è anche chiamato metodo TOF indiretto.
Come mostrato nella Figura 4, supponendo che la frequenza modulata sia f, la forma d'onda modulata λ = c/ f, c è la velocità della luce e lo spostamento di fase misurato del segnale dell'onda di luce modulata è ∆ φ ， quindi il tempo di viaggio di andata e ritorno del laser tra il punto di misurazione e il bersaglio può essere calcolato ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆
Tuttavia, quando la distanza target d aumenta, il valore del ritardo di fase può essere maggiore di un periodo di onda di luce modulata sinusoidale, vale a dire ∆ φ = 2 π (n+∆ N), n e ∆ N sono rispettivamente parti integrali e frazionarie del ciclo, quindi la distanza misurata d è:
Dove, l = c/ 2f = λ/ 2 è chiamata lunghezza del righello di misurazione e la lunghezza della fase che varia può essere considerata come λ/ La distanza d viene misurata con un righello di 2. La distanza può essere ottenuta determinando N e ∆ N. La parte frazionaria ∆ N può essere misurata, ma N non è un valore fisso, che provoca il problema di più soluzioni. Per risolvere questo problema, è necessario misurare la stessa distanza con segnali di onda di luce modulati di frequenze multiple, che è anche chiamata frequenza del righello nella fase di fase. Se la distanza misurata è inferiore alla lunghezza del righello, n = 0, il valore della soluzione è * * *. Quando l'accuratezza della misurazione di fase è fissata, minore è la frequenza del righello di misurazione, maggiore è l'errore di distanza, che non è consentito a distanza di alta precisione. Al contrario, maggiore è la frequenza del righello selezionato, maggiore è l'accuratezza della misurazione, ma il valore N in questo momento sarà maggiore di 1 e c'è un problema di soluzioni multiple. Per risolvere questa contraddizione, in applicazioni pratiche, di solito seleziona un righello che determina l'accuratezza a distanza dello strumento e diversi sovrani ausiliari che determinano l'intervallo, che sono chiamati rispettivamente righello di misurazione fine e sovrano di misurazione approssimativa e combinano i due per ottenere una misurazione ad alta precisione.
L'accuratezza della misurazione del range laser di fase può raggiungere il livello (sub) millimetro e l'intervallo di misurazione va dal decimetro al chilometro, quindi è ampiamente utilizzato a corto e medio.
4. Laser interferenza a lunghezza d'onda multipla
La gamma interferometrica è uno dei metodi di gamma di precisione classica. Secondo il principio della luce di interferenza, due file di luce con differenza di fase fissa e con la stessa frequenza, la stessa direzione di vibrazione o un angolo piccolo tra le direzioni di vibrazione si sovrappongono, che produrrà fenomeno di interferenza.
Come mostrato nella Figura 6, viene mostrato il diagramma schematico dell'interferometro Michelson comunemente usato. Il laser emesso dal laser è diviso in luce riflessa S1 e trasmessa la luce S2 attraverso lo spettroscopio. Le due travi vengono riflesse dallo specchio fisso M1 e dallo specchio mobile M2 rispettivamente e i due convergono sullo spettroscopio per formare un raggio coerente. Quindi l'intensità del raggio combinato i è:
Quando la distanza d = m λ (m è un numero intero), l'ampiezza del raggio combinato * *, intensità della luce * *, formando strisce luminose; Quando d = (2m+1) λ/ alle 2 in punto, le fasi delle due travi di luce sono opposte, le ampiezze delle due travi si annullano e l'intensità della luce è * * * piccola, formando strisce scure. Secondo questo principio, il laser interferometrico che si estende è convertire le frange di interferenza luce e scura da rilevatori fotoelettrici in segnali elettrici, che vengono contati da contatori fotoelettrici, in modo da realizzare la misurazione della distanza e dello spostamento.
A causa della lunghezza d'onda del laser λ, la risoluzione del distacco laser interferometrico può raggiungere NM e l'accuratezza è molto alta. Tuttavia, la tradizionale tecnologia di gamma interferometrica interferometrica menzionata sopra misura solo lo spostamento relativo e non può ottenere le informazioni sulla distanza del bersaglio. Allo stesso tempo, al fine di garantire l'accuratezza della misurazione continua, il bersaglio deve muoversi lungo una guida guida fissa e il percorso ottico non può essere interrotto. Inoltre, secondo il principio di interferenza, la tecnologia di misurazione può ottenere solo il valore di fase nell'intervallo da 0 a 2 π e, considerando la distanza di TROPPAGGIO LASER, è equivalente solo a misurazione di λ/ Se la distanza cambia all'interno dell'intervallo di 2, la distanza da misurare in un intervallo più ampio sarà incerta perché il 2 π multiplo della fase non può essere determinato. Questo λ/ 2 l'intervallo è generalmente indicato come intervallo inequivocabile della misurazione della distanza laser * *. Come segue:
Dove d è la distanza misurata, m e ε sono l'ordine intero e decimale di frangia di interferenza incluso nella distanza misurata. L'ordine decimale può essere ottenuto mediante misurazione, mentre M è un valore indefinito.
Al fine di risolvere questa contraddizione, il metodo di interferenza a più lunghezza d'onda viene generalmente adottato per soddisfare i requisiti di alta risoluzione e espansione dell'intervallo di non ambiguità. Il principio di base dell'interferometria a lunghezza d'onda è utilizzare il metodo multiplo decimale e sviluppare il concetto di lunghezza d'onda sintetica su di esso.
La gamma interferometrica a più lunghezza d'onda (MWI) è iniziata con l'esperimento di interferenza a doppia lunghezza d'onda condotta dagli scienziati americani Wyant e Polhemus nei primi anni '70. Questo metodo utilizza due laser con diverse lunghezze d'onda λ 1 、 λ 2 eseguono la misurazione delle interferenze per la distanza sconosciuta contemporaneamente e lo portano nella distanza misurata d della formula sopra:
Per risolvere le due equazioni, ci sono:
Dov'è la lunghezza d'onda equivalente sintetica, MS e ε sono rispettivamente interi e decimale di interferenza λ S.
Se la lunghezza d'onda composita è considerata la lunghezza d'onda a distanza, le informazioni di fase corrispondenti alla distanza sconosciuta sono la differenza tra le fasi a distanza delle due lunghezze d'onda originali, quindi la distanza sconosciuta può essere risolta. L'intervallo di non ambiguità di misurazione della distanza viene esteso alla metà della lunghezza d'onda sintetica. Dalla formula, la lunghezza d'onda sintetica deve essere maggiore di λ 1 e λ 2。
Allo stesso modo, al fine di prendere in considerazione l'intervallo di misurazione e l'accuratezza, il metodo può essere ulteriormente sviluppato con l'idea di più sovrani. Il laser a lunghezza d'onda multipla può essere utilizzato per misurare la distanza contemporaneamente per generare lunghezze d'onda composite a più livelli di scale diverse. La lunga lunghezza d'onda sintetica di * * * viene utilizzata per ottenere l'intervallo di misurazione di * * * e il risultato della misurazione della distanza ottenuto viene utilizzato come valore di riferimento a distanza della lunghezza d'onda sintetica più breve, in modo da risolvere il risultato della misurazione dell'intervallo di questo livello di lunghezza d'onda sintetica, in modo da realizzare la misurazione della gamma con ampia gamma e alta precisione utilizzando la piccola lunghezza di onda di * * * *.
Tuttavia, questo metodo richiede più lunghezze d'onda del laser, il che significa che sono richieste più fonti laser. Considerando che ogni fonte laser ha bisogno del proprio dispositivo di stabilizzazione della frequenza laser e che più laser necessitano di una combinazione di fascio ottico ad alta precisione, la struttura dell'intero sistema di misurazione laser * * è relativamente complessa e l'affidabilità e l'accuratezza del sistema saranno inevitabilmente interessate in una certa misura.
5. FM CW Laser Ranging
Frequency Modulato continuo a onda continua (FMCW) che range è un altro metodo interferometrico che può realizzare * * * misurazione. Combina i vantaggi dell'interferometria ottica e della tecnologia dei radar radio. Il principio di base della misurazione FMCW è realizzare l'interferometria modulando la frequenza del raggio laser. In generale, il laser la cui frequenza di raggio laser di uscita cambia con il tempo viene utilizzata come sorgente luminosa e l'interferometro Michelson viene utilizzato come percorso ottico interferometrico di base. Le informazioni sulla differenza di frequenza vengono generate in base al diverso percorso ottico della luce di riferimento e alla luce di misurazione. Le informazioni sulla distanza dei due raggi possono essere ottenute dopo aver estratto il segnale e l'elaborazione e la misurazione della distanza * * è possibile realizzare.
Prendi la modulazione del dente di sega come esempio. È un segnale sinusoidale la cui frequenza cambia linearmente con il tempo a forma di dente di sega. La frequenza istantanea della luce misurata e la luce di riferimento cambia con il tempo, come mostrato nella Figura 7.
Impostare la frequenza della luce di riferimento come FT, la frequenza della luce di misurazione come FR, la larghezza di banda di modulazione come ∆ F, il periodo di modulazione come T e la distanza come D. La luce di misurazione avrà un ritardo rispetto alla luce di riferimento a causa di diversi percorsi di trasmissione come τ ， dove Ft cambia periodicamente tra F0 e FM secondo l'onda di Sawtooth, quindi l'espressione di FT:
Quindi il segnale di battito generato è quinta:
Quindi la distanza misurata:
La frequenza modulata a onde continue a portata di laser richiede laser come portatore e tutte le interferenze ambientali influiscono solo l'intensità della luce del segnale misurato, ma non le informazioni di frequenza. Pertanto, può ottenere una precisione di alta gamma e una forte capacità di resistere alle interferenze della luce ambientale e l'accuratezza può raggiungere il livello di micron. Attualmente è un hotspot di ricerca in applicazioni di misurazione ad alta misura e ad alta precisione. Tuttavia, questo metodo di misurazione richiede un'elevata stabilità e linearità della frequenza del raggio laser, il che rende la realizzazione del sistema più complessa e l'intervallo di misurazione è limitato dal periodo T.
6. Laser triangolare che va
Laser triangolare che varia significa che la sorgente luminosa, la superficie dell'oggetto misurato e il sistema di ricezione della luce formano insieme un percorso ottico triangolare. La luce emessa dalla sorgente laser è focalizzata dalla lente collimante e quindi incidente sulla superficie dell'oggetto misurata. Il sistema di ricezione della luce riceve la luce sparsa dal punto incidente e la immagina sulla superficie sensibile del rilevatore fotoelettrico. È un metodo di misurazione per misurare la distanza in movimento della superficie dell'oggetto misurata attraverso lo spostamento del punto di luce sulla superficie di imaging.
Secondo la relazione angolare tra il raggio laser incidente e la linea normale della superficie dell'oggetto misurata, esistono generalmente due metodi a distanza: obliquo e diretto, come mostrato nella Figura 8. In generale, il metodo di triangolazione laser diretta è più semplice in un algoritmo geometrico. Nell'industria, viene spesso utilizzato il metodo diretto di gamma laser.
Rispetto alla fase di laser a base di laser e frequenza modulata a onde continue a portata di laser, la fascia di triangolazione del laser ha molti vantaggi, come una struttura semplice, una velocità di test rapida, un uso flessibile e conveniente, a basso costo, ecc. L'accuratezza del detenzione di triangolazioni si diffonderà gradualmente con il deterioramento della luminosa spacconcia La superficie bersaglio da misurare, questo metodo a distanza è generalmente adatto per il lavoro interno chiuso, non è adatto per lavorare in background di luce esterna o interna. Pertanto, l'intervallo di applicazione della fascia di laser a triangolazione è principalmente una misura di spostamento, che è ampiamente utilizzata nella misurazione del contorno della superficie dell'oggetto, della larghezza, dello spessore e di altre quantità, come il design della superficie del modello del corpo, il taglio laser, il robot spazzato, ecc. Nell'industria automobilistica.
Con il rapido sviluppo dell'automazione industriale e della visione artificiale, è stato dimostrato che la gamma di laser è un metodo di rilevamento non contatto molto importante in molte applicazioni come il rilevamento, la misurazione e il controllo. Allo stesso tempo, il laser che va, in quanto la premessa di tecnologie di fascia alta come la misurazione della velocità del laser, il monitoraggio laser, l'imaging tridimensionale laser e il radar laser (LIDAR), sta ricevendo sempre più attenzione. Mimes Consulting si concentrerà sull'introduzione e sulla discussione di diversi attuali metodi di distanza laser mainstream.
1. Classificazione del metodo di distanza laser
Secondo il principio di base, i metodi di distanza laser possono essere divisi in due categorie: metodo Time of Flight (TOF) e metodo di geometria dello spazio, come mostrato nella Figura 1. Tra questi, il metodo del tempo di volo include il metodo TOF diretto (tipo di impulso) e il metodo TOF indiretto (tipo di fase); I metodi geometrici spaziali includono principalmente triangolazione e interferometria.
2. Pulse Laser Ranging - Metodo TOF diretto
Pulse Laser Ranging è un metodo a distanza che la tecnologia laser * * * è stata utilizzata nel campo del rilevamento e della mappatura per lungo tempo. Ottiene le informazioni sulla distanza target misurando direttamente l'intervallo di tempo tra la luce emessa e l'impulso di luce ricevuta, come mostrato nella Figura 2. La distanza misurata può essere espressa come:
Dove d è la distanza misurata, C è la velocità della propagazione della luce nell'aria e ∆ T è il tempo di andata e ritorno del raggio laser dall'emissione alla ricezione.
Il laser a impulsi ha un angolo di emissione di piccole dimensioni, energia relativamente concentrata nello spazio e un'elevata potenza istantanea. Queste caratteristiche possono essere utilizzate per realizzare vari campioni laser a distanza medio-lunghi, radar laser, ecc. Tuttavia, il metodo di distanza del laser a impulsi conta il tempo tra gli impulsi riceventi e riceve misurazione.
Al momento, la fascia laser pulsata è ampiamente utilizzata in sondaggi a lunga distanza e a bassa accuratezza, come sondaggi topografici e geomorfologici, esplorazione geologica, sondaggi di costruzione ingegneristica, sondaggi sull'altitudine di aeromobili, gamma di correlazione satellitare, misurazione della distanza tra corpi celesti, ecc., Come mostrato nella Figura 3.
3. fase a distanza di laser - metodo TOF indiretto
La gamma di laser di fase utilizza la frequenza della banda radio per modulare l'ampiezza del raggio laser e misurare il ritardo di fase generato dalla luce di modulazione per un viaggio di andata e ritorno, quindi convertire la distanza rappresentata dal ritardo di fase in base alla lunghezza d'onda della luce di modulazione. Questo metodo misura indirettamente il tempo misurando la differenza di fase, quindi è anche chiamato metodo TOF indiretto.
Come mostrato nella Figura 4, supponendo che la frequenza modulata sia f, la forma d'onda modulata λ = c/ f, c è la velocità della luce e lo spostamento di fase misurato del segnale dell'onda di luce modulata è ∆ φ ， quindi il tempo di viaggio di andata e ritorno del laser tra il punto di misurazione e il bersaglio può essere calcolato ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆
Tuttavia, quando la distanza target d aumenta, il valore del ritardo di fase può essere maggiore di un periodo di onda di luce modulata sinusoidale, vale a dire ∆ φ = 2 π (n+∆ N), n e ∆ N sono rispettivamente parti integrali e frazionarie del ciclo, quindi la distanza misurata d è:
Dove, l = c/ 2f = λ/ 2 è chiamata lunghezza del righello di misurazione e la lunghezza della fase che varia può essere considerata come λ/ La distanza d viene misurata con un righello di 2. La distanza può essere ottenuta determinando N e ∆ N. La parte frazionaria ∆ N può essere misurata, ma N non è un valore fisso, che provoca il problema di più soluzioni. Per risolvere questo problema, è necessario misurare la stessa distanza con segnali di onda di luce modulati di frequenze multiple, che è anche chiamata frequenza del righello nella fase di fase. Se la distanza misurata è inferiore alla lunghezza del righello, n = 0, il valore della soluzione è * * *. Quando l'accuratezza della misurazione di fase è fissata, minore è la frequenza del righello di misurazione, maggiore è l'errore di distanza, che non è consentito a distanza di alta precisione. Al contrario, maggiore è la frequenza del righello selezionato, maggiore è l'accuratezza della misurazione, ma il valore N in questo momento sarà maggiore di 1 e c'è un problema di soluzioni multiple. Per risolvere questa contraddizione, in applicazioni pratiche, di solito seleziona un righello che determina l'accuratezza a distanza dello strumento e diversi sovrani ausiliari che determinano l'intervallo, che sono chiamati rispettivamente righello di misurazione fine e sovrano di misurazione approssimativa e combinano i due per ottenere una misurazione ad alta precisione.
L'accuratezza della misurazione del range laser di fase può raggiungere il livello (sub) millimetro e l'intervallo di misurazione va dal decimetro al chilometro, quindi è ampiamente utilizzato a corto e medio.
4. Laser interferenza a lunghezza d'onda multipla
La gamma interferometrica è uno dei metodi di gamma di precisione classica. Secondo il principio della luce di interferenza, due file di luce con differenza di fase fissa e con la stessa frequenza, la stessa direzione di vibrazione o un angolo piccolo tra le direzioni di vibrazione si sovrappongono, che produrrà fenomeno di interferenza.
Come mostrato nella Figura 6, viene mostrato il diagramma schematico dell'interferometro Michelson comunemente usato. Il laser emesso dal laser è diviso in luce riflessa S1 e trasmessa la luce S2 attraverso lo spettroscopio. Le due travi vengono riflesse dallo specchio fisso M1 e dallo specchio mobile M2 rispettivamente e i due convergono sullo spettroscopio per formare un raggio coerente. Quindi l'intensità del raggio combinato i è:
Quando la distanza d = m λ (m è un numero intero), l'ampiezza del raggio combinato * *, intensità della luce * *, formando strisce luminose; Quando d = (2m+1) λ/ alle 2 in punto, le fasi delle due travi di luce sono opposte, le ampiezze delle due travi si annullano e l'intensità della luce è * * * piccola, formando strisce scure. Secondo questo principio, il laser interferometrico che si estende è convertire le frange di interferenza luce e scura da rilevatori fotoelettrici in segnali elettrici, che vengono contati da contatori fotoelettrici, in modo da realizzare la misurazione della distanza e dello spostamento.
A causa della lunghezza d'onda del laser λ, la risoluzione del distacco laser interferometrico può raggiungere NM e l'accuratezza è molto alta. Tuttavia, la tradizionale tecnologia di gamma interferometrica interferometrica menzionata sopra misura solo lo spostamento relativo e non può ottenere le informazioni sulla distanza del bersaglio. Allo stesso tempo, al fine di garantire l'accuratezza della misurazione continua, il bersaglio deve muoversi lungo una guida guida fissa e il percorso ottico non può essere interrotto. Inoltre, secondo il principio di interferenza, la tecnologia di misurazione può ottenere solo il valore di fase nell'intervallo da 0 a 2 π e, considerando la distanza di TROPPAGGIO LASER, è equivalente solo a misurazione di λ/ Se la distanza cambia all'interno dell'intervallo di 2, la distanza da misurare in un intervallo più ampio sarà incerta perché il 2 π multiplo della fase non può essere determinato. Questo λ/ 2 l'intervallo è generalmente indicato come intervallo inequivocabile della misurazione della distanza laser * *. Come segue:
Dove d è la distanza misurata, m e ε sono l'ordine intero e decimale di frangia di interferenza incluso nella distanza misurata. L'ordine decimale può essere ottenuto mediante misurazione, mentre M è un valore indefinito.
Al fine di risolvere questa contraddizione, il metodo di interferenza a più lunghezza d'onda viene generalmente adottato per soddisfare i requisiti di alta risoluzione e espansione dell'intervallo di non ambiguità. Il principio di base dell'interferometria a lunghezza d'onda è utilizzare il metodo multiplo decimale e sviluppare il concetto di lunghezza d'onda sintetica su di esso.
La gamma interferometrica a più lunghezza d'onda (MWI) è iniziata con l'esperimento di interferenza a doppia lunghezza d'onda condotta dagli scienziati americani Wyant e Polhemus nei primi anni '70. Questo metodo utilizza due laser con diverse lunghezze d'onda λ 1 、 λ 2 eseguono la misurazione delle interferenze per la distanza sconosciuta contemporaneamente e lo portano nella distanza misurata d della formula sopra:
Per risolvere le due equazioni, ci sono:
Dov'è la lunghezza d'onda equivalente sintetica, MS e ε sono rispettivamente interi e decimale di interferenza λ S.
Se la lunghezza d'onda composita è considerata la lunghezza d'onda a distanza, le informazioni di fase corrispondenti alla distanza sconosciuta sono la differenza tra le fasi a distanza delle due lunghezze d'onda originali, quindi la distanza sconosciuta può essere risolta. L'intervallo di non ambiguità di misurazione della distanza viene esteso alla metà della lunghezza d'onda sintetica. Dalla formula, la lunghezza d'onda sintetica deve essere maggiore di λ 1 e λ 2。
Allo stesso modo, al fine di prendere in considerazione l'intervallo di misurazione e l'accuratezza, il metodo può essere ulteriormente sviluppato con l'idea di più sovrani. Il laser a lunghezza d'onda multipla può essere utilizzato per misurare la distanza contemporaneamente per generare lunghezze d'onda composite a più livelli di scale diverse. La lunga lunghezza d'onda sintetica di * * * viene utilizzata per ottenere l'intervallo di misurazione di * * * e il risultato della misurazione della distanza ottenuto viene utilizzato come valore di riferimento a distanza della lunghezza d'onda sintetica più breve, in modo da risolvere il risultato della misurazione dell'intervallo di questo livello di lunghezza d'onda sintetica, in modo da realizzare la misurazione della gamma con ampia gamma e alta precisione utilizzando la piccola lunghezza di onda di * * * *.
Tuttavia, questo metodo richiede più lunghezze d'onda del laser, il che significa che sono richieste più fonti laser. Considerando che ogni fonte laser ha bisogno del proprio dispositivo di stabilizzazione della frequenza laser e che più laser necessitano di una combinazione di fascio ottico ad alta precisione, la struttura dell'intero sistema di misurazione laser * * è relativamente complessa e l'affidabilità e l'accuratezza del sistema saranno inevitabilmente interessate in una certa misura.
5. FM CW Laser Ranging
Frequency Modulato continuo a onda continua (FMCW) che range è un altro metodo interferometrico che può realizzare * * * misurazione. Combina i vantaggi dell'interferometria ottica e della tecnologia dei radar radio. Il principio di base della misurazione FMCW è realizzare l'interferometria modulando la frequenza del raggio laser. In generale, il laser la cui frequenza di raggio laser di uscita cambia con il tempo viene utilizzata come sorgente luminosa e l'interferometro Michelson viene utilizzato come percorso ottico interferometrico di base. Le informazioni sulla differenza di frequenza vengono generate in base al diverso percorso ottico della luce di riferimento e alla luce di misurazione. Le informazioni sulla distanza dei due raggi possono essere ottenute dopo aver estratto il segnale e l'elaborazione e la misurazione della distanza * * è possibile realizzare.
Prendi la modulazione del dente di sega come esempio. È un segnale sinusoidale la cui frequenza cambia linearmente con il tempo a forma di dente di sega. La frequenza istantanea della luce misurata e la luce di riferimento cambia con il tempo, come mostrato nella Figura 7.
Impostare la frequenza della luce di riferimento come FT, la frequenza della luce di misurazione come FR, la larghezza di banda di modulazione come ∆ F, il periodo di modulazione come T e la distanza come D. La luce di misurazione avrà un ritardo rispetto alla luce di riferimento a causa di diversi percorsi di trasmissione come τ ， dove Ft cambia periodicamente tra F0 e FM secondo l'onda di Sawtooth, quindi l'espressione di FT:
Quindi il segnale di battito generato è quinta:
Quindi la distanza misurata:
La frequenza modulata a onde continue a portata di laser richiede laser come portatore e tutte le interferenze ambientali influiscono solo l'intensità della luce del segnale misurato, ma non le informazioni di frequenza. Pertanto, può ottenere una precisione di alta gamma e una forte capacità di resistere alle interferenze della luce ambientale e l'accuratezza può raggiungere il livello di micron. Attualmente è un hotspot di ricerca in applicazioni di misurazione ad alta misura e ad alta precisione. Tuttavia, questo metodo di misurazione richiede un'elevata stabilità e linearità della frequenza del raggio laser, il che rende la realizzazione del sistema più complessa e l'intervallo di misurazione è limitato dal periodo T.
6. Laser triangolare che va
Laser triangolare che varia significa che la sorgente luminosa, la superficie dell'oggetto misurato e il sistema di ricezione della luce formano insieme un percorso ottico triangolare. La luce emessa dalla sorgente laser è focalizzata dalla lente collimante e quindi incidente sulla superficie dell'oggetto misurata. Il sistema di ricezione della luce riceve la luce sparsa dal punto incidente e la immagina sulla superficie sensibile del rilevatore fotoelettrico. È un metodo di misurazione per misurare la distanza in movimento della superficie dell'oggetto misurata attraverso lo spostamento del punto di luce sulla superficie di imaging.
Secondo la relazione angolare tra il raggio laser incidente e la linea normale della superficie dell'oggetto misurata, esistono generalmente due metodi a distanza: obliquo e diretto, come mostrato nella Figura 8. In generale, il metodo di triangolazione laser diretta è più semplice in un algoritmo geometrico. Nell'industria, viene spesso utilizzato il metodo diretto di gamma laser.
Rispetto alla fase di laser a base di laser e frequenza modulata a onde continue a portata di laser, la fascia di triangolazione del laser ha molti vantaggi, come una struttura semplice, una velocità di test rapida, un uso flessibile e conveniente, a basso costo, ecc. L'accuratezza del detenzione di triangolazioni si diffonderà gradualmente con il deterioramento della luminosa spacconcia La superficie bersaglio da misurare, questo metodo a distanza è generalmente adatto per il lavoro interno chiuso, non è adatto per lavorare in background di luce esterna o interna. Pertanto, l'intervallo di applicazione della fascia di laser a triangolazione è principalmente una misura di spostamento, che è ampiamente utilizzata nella misurazione del contorno della superficie dell'oggetto, della larghezza, dello spessore e di altre quantità, come il design della superficie del modello del corpo, il taglio laser, il robot spazzato, ecc. Nell'industria automobilistica.
