Лазерный дальномер

Лазерный дальномер , также известный как лазерный телеметр , представляет собой дальномер , который использует лазерный луч для определения расстояния до объекта. Наиболее распространенная форма лазерного дальномера работает по принципу времени полета , посылая лазерный импульс узким лучом к объекту и измеряя время, необходимое импульсу для отражения от цели и возврата к отправителю. Из-за высокой скорости света этот метод не подходит для высокоточных субмиллиметровых измерений, где триангуляция часто используются и другие методы. Это разновидность лидара без сканера .

Пульс

Импульс может быть закодирован, чтобы уменьшить вероятность заклинивания дальномера . Можно использовать методы эффекта Доплера, чтобы определить, движется ли объект к дальномеру или от него, и если да, то с какой скоростью.

Точность

Точность прибора коррелирует со временем нарастания , ^[1] расходимость и мощность его лазерного импульса, а также качество его оптики и бортовой цифровой обработки сигналов . Факторы окружающей среды могут значительно снизить дальность и точность:

Влажность, снег, пыль и другие частицы в воздухе будут рассеивать сигнал.
Более высокая температура и более высокое давление (меньшая высота над уровнем моря) немного уменьшают скорость света в воздухе .
Меньшие и менее отражающие цели возвращают меньше информации.

В хороших условиях опытные операторы, использующие прецизионные лазерные дальномеры, могут определить дальность цели с точностью до метра на расстояниях порядка трех километров.

Диапазон и ошибка диапазона

Несмотря на то, что луч узок, он в конечном итоге распространяется на большие расстояния из-за расхождения лазерного луча, а также из-за эффектов сцинтилляции и блуждания луча, вызванных наличием капель воды в воздухе, действующих как линзы размером от микроскопический, примерно на половину высоты пути лазерного луча над землей.

Эти атмосферные искажения в сочетании с расходимостью самого лазера и поперечными ветрами , которые толкают атмосферные тепловые пузыри вбок, могут в совокупности затруднить точное определение расстояния до объекта, скажем, под деревьями или за кустами. , или даже на большие расстояния более 1 км по открытой и незатененной пустынной местности.

Часть лазерного света может отражаться от листьев или ветвей, находящихся ближе к объекту, что приводит к преждевременному возврату и слишком низким показаниям. В качестве альтернативы, на расстояниях более 360 м, если цель находится в непосредственной близости от земли, она может просто исчезнуть в мираже , вызванном градиентами температуры в воздухе вблизи нагретой поверхности, преломляющей лазерный свет. Все эти эффекты необходимо учитывать.

Расчет

Расстояние между точками А и В определяется выражением

D={\frac {ct}{2}}

где c — скорость света, а t — время пути туда и обратно между A и B.

t={\frac {\phi }{\omega }}

где φ — фазовая задержка, создаваемая распространяющимся светом, а ω — угловая частота оптической волны.

Затем, подставив значения в уравнение,

D={\frac {1}{2}}ct={\frac {1}{2}}{\frac {c\phi }{\omega }}={\frac {c}{4\pi f}}(N\pi +\Delta \phi )={\frac {\lambda }{4}}(N+\Delta N)

В этом уравнении λ — длина волны ⁠ с / ж ⁠ ; Δφ — часть фазовой задержки, не удовлетворяющая $π$ (т. е. φ по модулю $π$ ); N — целое число волновых полупериодов прохождения туда и обратно, а Δ N — оставшаяся дробная часть.

Технологии

Время полета — измеряет время, необходимое световому импульсу для достижения цели и обратно. Зная скорость света и точное измерение затраченного времени, можно рассчитать расстояние. Многие импульсы подаются последовательно, и чаще всего используется средний отклик. Этот метод требует очень точной субнаносекундной схемы синхронизации.

Фазовый сдвиг на нескольких частотах — при этом измеряется фазовый сдвиг нескольких частот при отражении, а затем решается несколько одновременных уравнений , чтобы получить окончательные результаты.

Интерферометрия — наиболее точный и наиболее полезный метод измерения изменений расстояний, а не абсолютных расстояний.

Ослабление света из-за поглощения атмосферы . Метод измеряет затухание лазерного луча, вызванное поглощением атмосферными соединениями ( H ₂ O , CO ₂ , CH ₄ , O ₂ и т. д.), для расчета расстояния до объекта. Метод ослабления атмосферного поглощения света требует немодулированных источников некогерентного света и низкочастотной электроники, снижающей сложность устройств. Благодаря этому для определения дальности можно использовать недорогие источники света. Однако применение метода ограничивается измерениями атмосферы или исследованием планет. ^[2]

Приложения

Военный

Дальномеры обеспечивают точную дистанцию до целей, находящихся за пределами дистанции стрельбы в упор снайперам и артиллерии. Их также можно использовать для военной разведки и инженерной деятельности. Обычно танки используют LRF для корректировки решения прямой стрельбы.

Ручные военные дальномеры работают на дальностях от 2 км до 25 км и сочетаются с биноклями или монокулярами . При оснащении дальномера цифровым магнитным компасом (ЦМП) и инклинометром он способен определять магнитный азимут, наклонение и высоту (длину) целей. Некоторые дальномеры также могут измерять скорость цели относительно наблюдателя. Некоторые дальномеры имеют кабельные или беспроводные интерфейсы, позволяющие передавать данные измерений на другое оборудование, например компьютеры управления огнем. Некоторые модели также предлагают возможность использования дополнительных модулей ночного видения . В большинстве портативных дальномеров используются стандартные или перезаряжаемые батареи.

Более мощные модели дальномеров измеряют расстояние до 40 км и обычно устанавливаются либо на штативе, либо непосредственно на транспортном средстве, корабле, реактивном самолете, вертолете или артиллерийской платформе. В последнем случае дальномерный модуль интегрирован с бортовой тепловизионной аппаратурой, приборами ночного видения и дневного наблюдения. Самые совершенные военные дальномеры можно интегрировать с компьютерами.

Чтобы сделать лазерные дальномеры и оружие с лазерным наведением менее полезными против военных целей, различные вооруженные силы, возможно, разработали краску, поглощающую лазерное излучение, для своих транспортных средств. Тем не менее, некоторые объекты не очень хорошо отражают лазерный свет, и использовать для них лазерный дальномер затруднительно.

Первым коммерческим лазерным дальномером был Barr & Stroud LF1, разработанный совместно с Hughes Aircraft , который стал доступен в 1965 году. Затем последовал Barr & Stroud LF2, который интегрировал дальномер в танковый прицел, и он использовался на Танк Chieftain 1969 года стал первой машиной, оснащенной такой системой. Обе системы использовали рубиновые лазеры. ^[4]

3D modelling

Лазерные дальномеры широко используются в распознавании трехмерных объектов , трехмерном моделировании объектов и в широком спектре областей, связанных с компьютерным зрением . Эта технология составляет основу так называемых времяпролетных 3D-сканеров . В отличие от военных приборов, лазерные дальномеры обеспечивают высокоточное сканирование в режиме одностороннего или 360-градусного сканирования.

Был разработан ряд алгоритмов для объединения данных о дальности, полученных с разных углов одного объекта, для создания полных 3D-моделей с минимально возможной ошибкой. Одним из преимуществ лазерных дальномеров перед другими методами компьютерного зрения является отсутствие необходимости сопоставлять характеристики двух изображений для определения информации о глубине, как это делают стереоскопические методы.

Лазерные дальномеры, используемые в приложениях компьютерного зрения, часто имеют разрешение по глубине 0,1 мм или меньше. Этого можно достичь, используя методы измерения триангуляции или рефракции, в отличие от методов измерения времени полета, используемых в LIDAR .

Лесное хозяйство

используются специальные лазерные дальномеры В лесном хозяйстве . Эти устройства имеют противолистовые фильтры и работают с отражателями . Лазерный луч отражается только от этого отражателя, поэтому гарантируется точное измерение расстояния. Лазерные дальномеры с антилистовым фильтром используются, например, для инвентаризации леса .

Спорт

Лазерные дальномеры могут эффективно использоваться в различных видах спорта, требующих точного измерения расстояний, таких как гольф , охота , стрельба из лука . Некоторые из наиболее популярных производителей: Caddytalk, Opti-logic Corporation, Bushnell, Leupold, LaserTechnology, Trimble, Leica, Newcon Optik, Op. Электроника, Nikon , Swarovski Optik и Zeiss . Многие дальномеры Bushnell оснащены расширенными функциями, такими как ARC (компенсация углового диапазона), возможность работы на нескольких дистанциях, наклон, JOLT (вибрация при захвате цели) и поиск кеглей. ARC можно рассчитать вручную, используя правило стрелка , но обычно это намного проще, если вы позволите дальномеру сделать это, когда вы находитесь на охоте. В гольфе, где время имеет решающее значение, лазерный дальномер пригодится для определения расстояния до флага. Однако не все функции на 100% разрешены для участия в турнирах по гольфу. ^[5] Многим охотникам на востоке США дальномер не нужен, хотя многим западным охотникам он нужен из-за большей дистанции стрельбы и большего количества открытых пространств.

Промышленные производственные процессы

Важным применением является использование технологии лазерного дальномера при автоматизации систем управления запасами и производственных процессов в сталелитейной промышленности.

Лазерные измерительные инструменты

Лазерные дальномеры также используются в ряде отраслей, таких как строительство, ремонт и недвижимость, в качестве альтернативы рулеткам . Впервые они были представлены компанией Leica Geosystems в 1993 году во Франции . Чтобы измерить большой объект, например комнату, с помощью рулетки, понадобится другой человек, который будет держать ленту у дальней стены и проводить четкую линию, пересекающую комнату, чтобы растянуть ленту. С помощью лазерного измерительного инструмента работу может выполнить один оператор при наличии прямой видимости. Хотя рулетки технически совершенно точны, лазерные измерительные инструменты гораздо точнее. Лазерные измерительные инструменты обычно включают в себя возможность производить некоторые простые вычисления, такие как площадь или объем комнаты. Эти устройства можно найти в хозяйственных магазинах и на интернет-рынках.

Цена

Цена на лазерные дальномеры может различаться в зависимости от качества и сферы применения изделия. Дальномеры военного уровня должны быть максимально точными, а также должны достигать больших расстояний. Эти устройства могут стоить сотни тысяч долларов. Для гражданских применений, таких как охота или гольф, устройства более доступны по цене и гораздо более доступны. ^[6]^[7]

Безопасность

Лазерные дальномеры делятся на четыре класса и несколько подклассов. Лазерные дальномеры, доступные потребителям, обычно представляют собой лазерные устройства класса 1 или 2 и считаются относительно безопасными для глаз. ^[8] Независимо от рейтинга безопасности, всегда следует избегать прямого контакта с глазами. Уровень энергии большинства лазерных дальномеров военного назначения превышает уровни энергии лазеров 2-го класса.

См. также

Ссылки

^ Бореман, Гленн. «Системное проектирование импульсного лазерного дальномера» (PDF) . Шарлотта.edu . Университет Центральной Флориды, Центр исследований в области электрооптики и лазеров . Проверено 11 марта 2023 г.
^ Сиозос, Панайотис; Псиллакис, Яннис; Велегракис, Михалис (2 ноября 2022 г.). «Лидарный датчик непрерывного действия, основанный на линиях поглощения водяного пара на длине волны 1,52 мкм» . Письма о дистанционном зондировании . 13 (11): 1164–1172. дои : 10.1080/2150704X.2022.2127130 . ISSN 2150-704X . S2CID 252826003 .
^ «Ру: Выберите подразделение» . www.vectronix.ch . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 13 января 2022 г.
^ Финлейсон, DM; Синклер, Б. (январь 1999 г.). Достижения в области лазеров и их применения . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780750306324 .
^ Разрешены ли дальномеры для гольфа для турниров?
^ «Стоимость лазерного дальномера» . ОптикаПланета . Проверено 11 апреля 2017 г.
^ «Сравнение цен LRF» .
^ «Лазерные стандарты и классификации» . www.rli.com . Проверено 11 апреля 2017 г.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с лазерными дальномерами, на Викискладе?

[1] Краткий обзор охотничьего дальномера и его типов.

[1] Бореман, Гленн. «Системное проектирование импульсного лазерного дальномера» (PDF) . Шарлотта.edu . Университет Центральной Флориды, Центр исследований в области электрооптики и лазеров . Проверено 11 марта 2023 г.

[2] Сиозос, Панайотис; Псиллакис, Яннис; Велегракис, Михалис (2 ноября 2022 г.). «Лидарный датчик непрерывного действия, основанный на линиях поглощения водяного пара на длине волны 1,52 мкм» . Письма о дистанционном зондировании . 13 (11): 1164–1172. дои : 10.1080/2150704X.2022.2127130 . ISSN 2150-704X . S2CID 252826003 .

[3] «Ру: Выберите подразделение» . www.vectronix.ch . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 13 января 2022 г.

[4] Финлейсон, DM; Синклер, Б. (январь 1999 г.). Достижения в области лазеров и их применения . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780750306324 .

[5] Разрешены ли дальномеры для гольфа для турниров?

[6] «Стоимость лазерного дальномера» . ОптикаПланета . Проверено 11 апреля 2017 г.

[7] «Сравнение цен LRF» .

[8] «Лазерные стандарты и классификации» . www.rli.com . Проверено 11 апреля 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

v т и Лесозаготовительные инструменты и оборудование
Tree planting, afforestation	Caulk boots Hoedad (hoedag) Groasis Waterboxx Mattock Pottiputki Root trainer Seed trap Tree planting bar (dibble bar) Tree shelter (Tuley tube) Tree spade
Mensuration	3D scanner Angle gauge Biltmore stick Chain Cruising rod Diameter tape Hemispherical photography Inclinometer Increment borer Rangefinder laser Microtome Relascope Tree caliper Wedge prism
Fire suppression	Aerial firefighting DC-10 UAVs Driptorch Fire flapper Fire rake Fire retardant Helitack McLeod (rakehoe) Pulaski
Axes	Billhook Broadaxe Brush hook Froe (shake axe) Hatchet Labrys Log splitter Marking axe Splitting maul
Saws	Bow saw Bucksaw Chainsaw safety clothing safety features Crosscut saw Dragsaw Head saw Lumber edger Polesaw Portable sawmill Resaw Two-man saw Whipsaw
Logging	Cant hook Feller buncher Forwarder Go-devil Harvester Helicopter Log truck Lombard Steam Log Hauler Peavey Pickaroon Pike pole Skid cone Skidder Washington Winch Steam donkey Yarder swing
Other	Denailer Firewood processor Forest railway Forestry mulcher Hand compass Hand hook Hydraulic debarker Log house moulder Log pond Log flume Machete Stump grinder Chainsaw mill Tree tyer Tsakat Whoopie sling Wood-drying kiln Woodchipper
Categories tools equipment Commons tools equipment WikiProject Forestry Types of tools Cleaning Cutting and abrasive Forestry Garden Hand Kitchen Machine and metalworking Masonry Measuring and alignment Mining Power Woodworking