science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe werken laserafstandsmeters?

Een laserafstandsmeter werkt door te meten hoe lang het duurt voordat een puls van laserlicht door een doelwit wordt gereflecteerd en naar de afzender wordt teruggestuurd. Dit staat bekend als het "time of flight" -principe, en de methode is ofwel bekend als "time of flight" of "pulse" measurement.

Werkingsprincipe

Een laserafstandsmeter zendt een puls van laser op een doelwit. De puls reflecteert vervolgens van het doelwit en terug naar het verzendende apparaat (in dit geval een laserafstandsmeter). Dit "time of flight" -principe is gebaseerd op het feit dat laserlicht met een redelijk constante snelheid door de atmosfeer van de aarde reist. In de meter berekent een eenvoudige computer snel de afstand tot het doel. Met deze methode van afstandsberekening kan de afstand van de aarde tot de maan binnen enkele centimeters worden gemeten. Laserafstandsmeters kunnen ook worden aangeduid als "bereikzoekers" of "laserafstandsmeters."

Afstand berekenen

De afstand tussen de meter en het doel wordt gegeven door D = ct /2, waarbij c gelijk is aan de snelheid van het licht en t gelijk is aan de hoeveelheid tijd voor de heen- en terugreis tussen meter en doel. Gezien de hoge snelheid waarmee de puls beweegt en de focus ervan, is deze ruwe berekening zeer nauwkeurig over afstanden van voeten of mijlen maar verliest nauwkeurigheid over veel kortere of grotere afstanden.

Waarom lasers?

Lasers zijn gefocuste, intense lichtbundels, meestal van een enkele frequentie. Ze zijn erg handig voor het meten van afstanden, omdat ze met redelijk constante snelheden door de atmosfeer reizen en veel langere afstanden afleggen voordat divergentie (het verzwakken en uitspreiden van een lichtstraal) de effectiviteit van de meter vermindert. Laserlicht verspreidt zich ook minder snel als wit licht, wat betekent dat laserlicht een veel grotere afstand kan afleggen zonder intensiteit te verliezen. Vergeleken met gewoon wit licht, behoudt een laserpuls veel van de oorspronkelijke intensiteit wanneer deze wordt weerkaatst op het doelwit, wat erg belangrijk is bij het berekenen van de afstand tot een object.

Overwegingen

De nauwkeurigheid van een laser De afstandsmeter is afhankelijk van de oorspronkelijke puls die terugkeert naar het verzendende apparaat. Hoewel laserstralen erg smal zijn en hoge energieën hebben, zijn ze onderhevig aan dezelfde atmosferische vervormingen die normaal, wit licht beïnvloeden. Deze atmosferische vervormingen kunnen het moeilijk maken om de afstand van een object nabij het groen of over lange afstanden van meer dan 1 kilometer in woestijnachtig terrein nauwkeurig te kunnen aflezen. Ook reflecteren verschillende materialen licht in meer of mindere mate. Een materiaal dat de neiging heeft om licht te absorberen of verspreiden (diffusie) vermindert de waarschijnlijkheid dat de oorspronkelijke laserpuls kan worden gereflecteerd voor berekening. In gevallen waarin het doel diffuse reflectie heeft, moet een laserafstandsmeter met een "faseverschuivingsmethode" worden gebruikt.

Ontvangende optiek

Om de betrouwbaarheid te waarborgen, gebruiken laserafstandsmeters een methode om de nauwkeurigheid te minimaliseren. achtergrond licht. Te veel achtergrondlicht kan de meting verstoren wanneer de sensor een deel van het achtergrondlicht voor de gereflecteerde laserpuls fout maakt, wat resulteert in een foutieve afstandsmeting. Een laserafstandsmeter die bijvoorbeeld is ontworpen voor gebruik in Antarctische omstandigheden, waar intens achtergrondlicht wordt verwacht, maakt gebruik van een combinatie van smalle bandbreedtefilters, gesplitste straalfrequenties en een zeer kleine iris om zoveel mogelijk interferentie van achtergrondlicht te blokkeren.

Toepassingen

Laserafstandsmeters en afstandsmeters hebben een breed scala aan toepassingen, van kaartmaken tot sport. Ze kunnen worden gebruikt om kaarten te maken van de oceaanbodem of topografische kaarten die zijn vrijgemaakt van vegetatie. Ze worden gebruikt in het leger om exacte afstanden te leveren tot doelen voor sluipschutters of artillerie, voor verkenning en voor engineering. Ingenieurs en ontwerpers gebruiken laserafstandsmeters om 3D-modellen van objecten te construeren. Boogschutters, jagers en golfers maken allemaal gebruik van bereikzoekers om de afstand tot het doel te berekenen.