Un artículo le mostrará sobre láser que
2023-02-13
Según Maims Consulting, poco después de que el primer láser de Ruby del mundo salió en 1960, la tecnología de rango láser con precisión varió cuando nació el objetivo principal. El rango láser * * se ha utilizado en el ejército durante mucho tiempo, y luego, con su fuerte capacidad anti-interferencia y alta precisión, ha jugado un papel muy importante en muchos campos, como aeroespaciales, topografía y mapeo, industria eólica, transporte inteligente, fabricación industrial, etc.
Con el rápido desarrollo de la automatización industrial y la visión artificial, se ha demostrado que el rango de láser es un método de detección sin contacto muy importante en muchas aplicaciones, como la detección, la medición y el control. Al mismo tiempo, el rango láser, ya que la premisa de tecnologías de alta gama, como la medición de la velocidad del láser, el seguimiento del láser, la imagen tridimensional láser y el radar láser (LiDAR), recibe más y más atención. Mimes Consulting se centrará en introducir y discutir varios métodos actuales de alcance láser convencional.
1. Clasificación del método de rango láser
De acuerdo con el principio básico, los métodos de rango láser se pueden dividir en dos categorías: tiempo de vuelo (TOF) y método de geometría espacial, como se muestra en la Figura 1. Entre ellas, el método de tiempo de vuelo incluye el método TOF directo (tipo de pulso) y el método indirecto de TOF (tipo de fase); Los métodos geométricos espaciales incluyen principalmente triangulación e interferometría.
El rango de láser de pulso es un método de alcance que la tecnología láser * * * se ha utilizado en el campo de la topografía y el mapeo durante mucho tiempo. Obtiene la información de la distancia objetivo midiendo directamente el intervalo de tiempo entre la luz emitida y el pulso de luz recibido, como se muestra en la Figura 2. La distancia medida se puede expresar como:
Donde D es la distancia medida, C es la velocidad de propagación de la luz en el aire, y ∆ t es el tiempo de ida y vuelta del haz láser desde la emisión hasta la recepción.
El láser de pulso tiene un pequeño ángulo de emisión, energía relativamente concentrada en el espacio y alta potencia instantánea. Estas características se pueden utilizar para hacer varios telémetros láser de distancia media, radares láser, etc. Sin embargo, el método de rango de láser de pulso cuenta el tiempo entre la recepción y las pulsos de recepción a través de un contador de transmisión de reloj de alta frecuencia, lo que hace que el ciclo del reloj de conteo sea mucho más corto que el tiempo entre el tiempo de envío entre el pulso de envío y el pulso receptor para garantizar el pulso de recepción.
En la actualidad, el rango láser pulsado se usa ampliamente en encuestas de larga distancia y de baja precisión, como encuestas topográficas y geomorfológicas, exploración geológica, encuestas de construcción de ingeniería, encuestas de altitud de aeronaves, rango de correlación satelital, medición de distancia entre los cuerpos celestes, etc., como se muestra en la Figura 3.
3. Rango láser de fase - método indirecto de TOF
El rango de láser de fase utiliza la frecuencia de la banda de radio para modular la amplitud del haz del láser y medir el retraso de fase generado por la luz de modulación para un viaje de ida y vuelta, y luego convertir la distancia representada por el retraso de fase de acuerdo con la longitud de onda de la luz de modulación. Este método mide indirectamente el tiempo midiendo la diferencia de fase, por lo que también se llama método indirecto de TOF.
Como se muestra en la Figura 4, suponiendo que la frecuencia modulada es F, la forma de onda modulada λ = c/ f, c es la velocidad de la luz, y el desplazamiento de fase medido de la señal de onda de luz modulada es ∆ φ, entonces el tiempo de viaje redondo del láser entre el punto de medición y el objetivo se puede calcular ∆ T = ∆ φ/ 2 π F, por lo que la distancia diminada D es: es:: es:: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es:: es::: es::: es:: es::: es::: es:::
Sin embargo, cuando aumenta la distancia objetivo d, el valor del retraso de la fase puede ser mayor que un período de onda de luz modulada sinusoidal, a saber, ∆ φ = 2 π (n+∆ n), n y ∆ n son partes integrales y fractivas del ciclo respectivamente, por lo que la distancia medida d es:
Donde, l = c/ 2f = λ/ 2 se denomina longitud de la regla de medición, y la longitud de la fase de rango puede considerarse como λ/ la distancia d se mide con una regla de 2. La distancia se puede obtener determinando n y ∆ N. La parte fraccional ∆ n se puede medir, pero no es un valor fijo, lo que causa el problema de múltiples soluciones. Para resolver este problema, es necesario medir la misma distancia con señales de onda de luz moduladas de múltiples frecuencias, que también se denomina frecuencia de la regla en el rango de fase. Si la distancia medida es menor que la longitud de la regla, n = 0, el valor de la solución es * * *. Cuando se fija la precisión de la medición de fase, cuanto menor sea la frecuencia de la regla de medición, mayor será el error de rango, que no está permitido en un rango de alta precisión. Por el contrario, cuanto mayor sea la frecuencia de la regla seleccionada, mayor será la precisión de la medición, pero el valor de N en este momento será mayor que 1, y hay un problema de múltiples soluciones. Para resolver esta contradicción, en aplicaciones prácticas, generalmente seleccione una regla que determine la precisión de rango del instrumento y varias reglas auxiliares que determinan el rango, que se denomina regla de medición de finas y reglas de medición rugosa respectivamente, y combinan las dos para obtener una medición de alta precisión.
La precisión de la medición del rango de láser de fase puede alcanzar el nivel (sub) milimétrico, y el rango de medición es de un decímetro a un kilómetro, por lo que se usa ampliamente en corto y mediano rango.
4. Ranging de láser de interferencia de longitud de onda múltiple
El rango interferométrico es uno de los métodos de rango de precisión clásicos. De acuerdo con el principio de interferencia de la luz, dos filas de luz con diferencia de fase fija, y con la misma frecuencia, la misma dirección de vibración o un pequeño ángulo entre las direcciones de vibración se superpone entre sí, lo que producirá un fenómeno de interferencia.
Como se muestra en la Figura 6, se muestra el diagrama esquemático del interferómetro Michelson de uso común. El láser emitido por el láser se divide en la luz reflejada S1 y la luz transmitida S2 a través del espectroscopio. Las dos vigas se reflejan nuevamente por el espejo fijo M1 y el espejo móvil m2 respectivamente, y los dos convergen en el espectroscopio para formar un haz coherente. Entonces la intensidad del haz combinado I es:
Cuando la distancia d = m λ (m es un entero), la amplitud del haz combinado * *, intensidad de luz * *, formando rayas brillantes; Cuando d = (2m+1) λ/ a las 2 en punto, las fases de las dos vigas de luz son opuestas, las amplitudes de las dos vigas se cancelan entre sí, y la intensidad de la luz es * * * pequeñas, formando rayas oscuras. Según este principio, el rango de láser interferométrico es convertir las franjas de interferencia de luz y oscura de los detectores fotoeléctricos en señales eléctricas, que se cuentan mediante contadores fotoeléctricos, para realizar la medición de la distancia y el desplazamiento.
Debido a la longitud de onda del láser λ, la resolución del rango de láser interferométrico puede alcanzar NM y la precisión es muy alta. Sin embargo, la tecnología de rango interferométrica láser tradicional mencionada anteriormente solo mide el desplazamiento relativo y no puede obtener la información de distancia del objetivo. Al mismo tiempo, para garantizar la precisión de la medición continua, el objetivo debe moverse a lo largo de un riel guía fijo y la ruta óptica no puede interrumpirse. Además, de acuerdo con el principio de interferencia, la tecnología de medición solo puede obtener el valor de fase en el rango de 0 a 2 π, y considerando la distancia de ida y vuelta de láser, es equivalente a solo medir λ/ si el rango de 2 cambia dentro del rango de 2, la distancia a medir en un rango más grande no será invertido porque no se puede determinar el múltiplo 2 π de la fase. Este λ/ 2 el rango generalmente se conoce como el rango inequívoco de la medición de distancia láser * *. Como sigue:
Donde D es la distancia medida, M y ε es el entero y el orden decimal de la franja de interferencia incluida en la distancia medida. El orden decimal se puede obtener mediante medición, mientras que M es un valor indefinido.
Para resolver esta contradicción, el método de interferencia de longitud de onda múltiple generalmente se adopta para cumplir con los requisitos de alta resolución y expansión del rango de no ambigüedad. El principio básico de la interferometría de longitud de onda múltiple es utilizar el método múltiple decimal y desarrollar el concepto de longitud de onda sintética en él.
El rango interferométrico de longitud de onda múltiple (MWI) comenzó con el experimento de interferencia de doble longitud de onda realizado por los científicos estadounidenses Wyant y Polhemus a principios de la década de 1970. Este método utiliza dos láseres con diferentes longitudes de onda λ 1 、 λ 2 Realización de medición de interferencia para la distancia desconocida al mismo tiempo, y llévelo a la distancia medida d de la fórmula anterior:
Para resolver las dos ecuaciones, hay:
¿Dónde está la longitud de onda equivalente sintética, MS y ε S son respectivamente λ s Interferencia Integer y orden decimal?
Si la longitud de onda compuesta se considera la longitud de onda de rango, la información de fase correspondiente a la distancia desconocida es la diferencia entre las fases de rango de las dos longitudes de onda originales, por lo que se puede resolver la distancia desconocida. El rango de medición de distancia sin ambigüedad se extiende a la mitad de la longitud de onda sintética. De la fórmula, la longitud de onda sintética debe ser mayor que λ 1 y λ 2。
De la misma manera, para considerar el rango de medición y la precisión, el método se puede desarrollar aún más con la idea de múltiples reglas. El láser de longitud de onda múltiple se puede usar para medir la distancia al mismo tiempo para generar longitudes de onda compuestas de niveles múltiples de diferentes escalas. La larga longitud de onda sintética de * * * se usa para lograr el rango de medición de * * *, y el resultado de la medición de distancia obtenido se usa como el valor de referencia de distancia de la longitud de onda sintética más corta, para resolver el resultado de la medición de rango de este nivel de longitud de onda sintética, por lo que se realiza la medición de rango con un rango grande y una alta precisión utilizando la pequeña longitud de sintética de * * * y * y * y *.
Sin embargo, este método requiere múltiples longitudes de onda de láser, lo que significa que se requieren múltiples fuentes láser. Teniendo en cuenta que cada fuente de láser necesita su propio dispositivo de estabilización de frecuencia láser, y múltiples láseres necesitan una combinación de haz óptico de alta precisión, la estructura de todo el sistema de medición de distancia láser * * es relativamente compleja, y la confiabilidad y la precisión del sistema se verán inevitablemente afectada hasta cierto punto.
5. FM CW láser a distancia
El rango de láser de onda continua modulada de frecuencia (FMCW) es otro método interferométrico que puede realizar una medición * * *. Combina las ventajas de la interferometría óptica y la tecnología de radar de radio. El principio básico de la medición FMCW es realizar la interferometría modulando la frecuencia del haz láser. En general, el láser cuya frecuencia de salida del haz de láser cambia con el tiempo se usa como fuente de luz, y el interferómetro Michelson se usa como la ruta óptica interferométrica básica. La información de diferencia de frecuencia se genera de acuerdo con la ruta óptica diferente de la luz de referencia y la luz de medición. La información de distancia de las dos vigas se puede obtener después de extraer la señal y el procesamiento, y la medición de la distancia * * se puede realizar.
Tome la modulación de diente de sierra como ejemplo. Es una señal sinusoidal cuya frecuencia cambia linealmente con el tiempo en forma de diente de sierra. La frecuencia instantánea de la luz medida y la luz de referencia cambia con el tiempo, como se muestra en la Figura 7.
Establezca la frecuencia de la luz de referencia como FT, la frecuencia de la luz de medición como FR, el ancho de banda de modulación como ∆ F, el período de modulación como T y la distancia como D. La luz de medición tendrá un retraso de tiempo relativo a la luz de referencia debido a diferentes rutas de transmisión como τ, donde FT cambia periódicamente entre F0 y FM de acuerdo con SawTooth Wave, luego la expresión de FT y FR es un seguimiento de seguimiento:
Entonces la señal de latido generada es de quince:
Entonces la distancia medida:
El rango de láser de onda continua modulada con frecuencia toma láser como portador, y toda la interferencia ambiental solo afecta la intensidad de la luz de la señal medida, pero no la información de frecuencia. Por lo tanto, puede obtener una precisión de alta variedad y una fuerte capacidad para resistir la interferencia de la luz ambiental, y la precisión puede alcanzar el nivel de micras. Actualmente es un punto de acceso de investigación en aplicaciones de medición de gran tamaño y alta precisión. Sin embargo, este método de medición requiere una alta estabilidad y linealidad de la frecuencia del haz láser, lo que hace que la realización del sistema sea más compleja, y el rango de medición está limitado por el período T.
6. láser triangular que se extiende
El rango de láser triangular significa que la fuente de luz, la superficie del objeto medida y el sistema de recepción de la luz forman una ruta óptica triangular. La luz emitida por la fuente del láser se centra en la lente de colimación y luego se incide en la superficie del objeto medido. El sistema de recepción de la luz recibe la luz dispersa del punto incidente y la imágenes en la superficie sensible del detector fotoeléctrico. Es un método de medición para medir la distancia de mudanza de la superficie del objeto medido a través del desplazamiento del punto de luz en la superficie de la imagen.
De acuerdo con la relación ángulo entre el haz láser incidente y la línea normal de la superficie del objeto medido, generalmente hay dos métodos de rango: oblicuo y directo, como se muestra en la Figura 8. En general, el método de triangulación láser directo es más simple en algoritmo geométrico que el método de triangulación de láser oblicuo, y el error es relativamente pequeño, y el volumen puede ser más compacto y compacto. En la industria, a menudo se usa el método de rango de láser directo.
Compared with phase laser ranging and frequency modulated continuous wave laser ranging, triangulation laser ranging has many advantages, such as simple structure, fast testing speed, flexible and convenient use, low cost, etc. However, the accuracy of triangulation laser ranging will gradually deteriorate with the increase of distance, and since in the laser triangulation system, the photoelectric detector receives the scattered light from La superficie objetivo a medir, este método de rango es generalmente adecuado para el trabajo cercano interior, no es adecuado para trabajar en un fondo de luz fuerte al aire libre o interior. Por lo tanto, el rango de aplicación del rango de láser de triangulación es principalmente una pequeña medición de desplazamiento, que se usa ampliamente en la medición del contorno de la superficie del objeto, el ancho, el grosor y otras cantidades, como el diseño de la superficie del modelo de cuerpo, el corte con láser, el robot de barrido, etc. en la industria automotriz.
Con el rápido desarrollo de la automatización industrial y la visión artificial, se ha demostrado que el rango de láser es un método de detección sin contacto muy importante en muchas aplicaciones, como la detección, la medición y el control. Al mismo tiempo, el rango láser, ya que la premisa de tecnologías de alta gama, como la medición de la velocidad del láser, el seguimiento del láser, la imagen tridimensional láser y el radar láser (LiDAR), recibe más y más atención. Mimes Consulting se centrará en introducir y discutir varios métodos actuales de alcance láser convencional.
1. Clasificación del método de rango láser
De acuerdo con el principio básico, los métodos de rango láser se pueden dividir en dos categorías: tiempo de vuelo (TOF) y método de geometría espacial, como se muestra en la Figura 1. Entre ellas, el método de tiempo de vuelo incluye el método TOF directo (tipo de pulso) y el método indirecto de TOF (tipo de fase); Los métodos geométricos espaciales incluyen principalmente triangulación e interferometría.
2. Rango láser de pulso: método directo de TOF
El rango de láser de pulso es un método de alcance que la tecnología láser * * * se ha utilizado en el campo de la topografía y el mapeo durante mucho tiempo. Obtiene la información de la distancia objetivo midiendo directamente el intervalo de tiempo entre la luz emitida y el pulso de luz recibido, como se muestra en la Figura 2. La distancia medida se puede expresar como:
Donde D es la distancia medida, C es la velocidad de propagación de la luz en el aire, y ∆ t es el tiempo de ida y vuelta del haz láser desde la emisión hasta la recepción.
El láser de pulso tiene un pequeño ángulo de emisión, energía relativamente concentrada en el espacio y alta potencia instantánea. Estas características se pueden utilizar para hacer varios telémetros láser de distancia media, radares láser, etc. Sin embargo, el método de rango de láser de pulso cuenta el tiempo entre la recepción y las pulsos de recepción a través de un contador de transmisión de reloj de alta frecuencia, lo que hace que el ciclo del reloj de conteo sea mucho más corto que el tiempo entre el tiempo de envío entre el pulso de envío y el pulso receptor para garantizar el pulso de recepción.
En la actualidad, el rango láser pulsado se usa ampliamente en encuestas de larga distancia y de baja precisión, como encuestas topográficas y geomorfológicas, exploración geológica, encuestas de construcción de ingeniería, encuestas de altitud de aeronaves, rango de correlación satelital, medición de distancia entre los cuerpos celestes, etc., como se muestra en la Figura 3.
3. Rango láser de fase - método indirecto de TOF
El rango de láser de fase utiliza la frecuencia de la banda de radio para modular la amplitud del haz del láser y medir el retraso de fase generado por la luz de modulación para un viaje de ida y vuelta, y luego convertir la distancia representada por el retraso de fase de acuerdo con la longitud de onda de la luz de modulación. Este método mide indirectamente el tiempo midiendo la diferencia de fase, por lo que también se llama método indirecto de TOF.
Como se muestra en la Figura 4, suponiendo que la frecuencia modulada es F, la forma de onda modulada λ = c/ f, c es la velocidad de la luz, y el desplazamiento de fase medido de la señal de onda de luz modulada es ∆ φ, entonces el tiempo de viaje redondo del láser entre el punto de medición y el objetivo se puede calcular ∆ T = ∆ φ/ 2 π F, por lo que la distancia diminada D es: es:: es:: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es::: es:: es::: es::: es:: es::: es::: es:::
Sin embargo, cuando aumenta la distancia objetivo d, el valor del retraso de la fase puede ser mayor que un período de onda de luz modulada sinusoidal, a saber, ∆ φ = 2 π (n+∆ n), n y ∆ n son partes integrales y fractivas del ciclo respectivamente, por lo que la distancia medida d es:
Donde, l = c/ 2f = λ/ 2 se denomina longitud de la regla de medición, y la longitud de la fase de rango puede considerarse como λ/ la distancia d se mide con una regla de 2. La distancia se puede obtener determinando n y ∆ N. La parte fraccional ∆ n se puede medir, pero no es un valor fijo, lo que causa el problema de múltiples soluciones. Para resolver este problema, es necesario medir la misma distancia con señales de onda de luz moduladas de múltiples frecuencias, que también se denomina frecuencia de la regla en el rango de fase. Si la distancia medida es menor que la longitud de la regla, n = 0, el valor de la solución es * * *. Cuando se fija la precisión de la medición de fase, cuanto menor sea la frecuencia de la regla de medición, mayor será el error de rango, que no está permitido en un rango de alta precisión. Por el contrario, cuanto mayor sea la frecuencia de la regla seleccionada, mayor será la precisión de la medición, pero el valor de N en este momento será mayor que 1, y hay un problema de múltiples soluciones. Para resolver esta contradicción, en aplicaciones prácticas, generalmente seleccione una regla que determine la precisión de rango del instrumento y varias reglas auxiliares que determinan el rango, que se denomina regla de medición de finas y reglas de medición rugosa respectivamente, y combinan las dos para obtener una medición de alta precisión.
La precisión de la medición del rango de láser de fase puede alcanzar el nivel (sub) milimétrico, y el rango de medición es de un decímetro a un kilómetro, por lo que se usa ampliamente en corto y mediano rango.
4. Ranging de láser de interferencia de longitud de onda múltiple
El rango interferométrico es uno de los métodos de rango de precisión clásicos. De acuerdo con el principio de interferencia de la luz, dos filas de luz con diferencia de fase fija, y con la misma frecuencia, la misma dirección de vibración o un pequeño ángulo entre las direcciones de vibración se superpone entre sí, lo que producirá un fenómeno de interferencia.
Como se muestra en la Figura 6, se muestra el diagrama esquemático del interferómetro Michelson de uso común. El láser emitido por el láser se divide en la luz reflejada S1 y la luz transmitida S2 a través del espectroscopio. Las dos vigas se reflejan nuevamente por el espejo fijo M1 y el espejo móvil m2 respectivamente, y los dos convergen en el espectroscopio para formar un haz coherente. Entonces la intensidad del haz combinado I es:
Cuando la distancia d = m λ (m es un entero), la amplitud del haz combinado * *, intensidad de luz * *, formando rayas brillantes; Cuando d = (2m+1) λ/ a las 2 en punto, las fases de las dos vigas de luz son opuestas, las amplitudes de las dos vigas se cancelan entre sí, y la intensidad de la luz es * * * pequeñas, formando rayas oscuras. Según este principio, el rango de láser interferométrico es convertir las franjas de interferencia de luz y oscura de los detectores fotoeléctricos en señales eléctricas, que se cuentan mediante contadores fotoeléctricos, para realizar la medición de la distancia y el desplazamiento.
Debido a la longitud de onda del láser λ, la resolución del rango de láser interferométrico puede alcanzar NM y la precisión es muy alta. Sin embargo, la tecnología de rango interferométrica láser tradicional mencionada anteriormente solo mide el desplazamiento relativo y no puede obtener la información de distancia del objetivo. Al mismo tiempo, para garantizar la precisión de la medición continua, el objetivo debe moverse a lo largo de un riel guía fijo y la ruta óptica no puede interrumpirse. Además, de acuerdo con el principio de interferencia, la tecnología de medición solo puede obtener el valor de fase en el rango de 0 a 2 π, y considerando la distancia de ida y vuelta de láser, es equivalente a solo medir λ/ si el rango de 2 cambia dentro del rango de 2, la distancia a medir en un rango más grande no será invertido porque no se puede determinar el múltiplo 2 π de la fase. Este λ/ 2 el rango generalmente se conoce como el rango inequívoco de la medición de distancia láser * *. Como sigue:
Donde D es la distancia medida, M y ε es el entero y el orden decimal de la franja de interferencia incluida en la distancia medida. El orden decimal se puede obtener mediante medición, mientras que M es un valor indefinido.
Para resolver esta contradicción, el método de interferencia de longitud de onda múltiple generalmente se adopta para cumplir con los requisitos de alta resolución y expansión del rango de no ambigüedad. El principio básico de la interferometría de longitud de onda múltiple es utilizar el método múltiple decimal y desarrollar el concepto de longitud de onda sintética en él.
El rango interferométrico de longitud de onda múltiple (MWI) comenzó con el experimento de interferencia de doble longitud de onda realizado por los científicos estadounidenses Wyant y Polhemus a principios de la década de 1970. Este método utiliza dos láseres con diferentes longitudes de onda λ 1 、 λ 2 Realización de medición de interferencia para la distancia desconocida al mismo tiempo, y llévelo a la distancia medida d de la fórmula anterior:
Para resolver las dos ecuaciones, hay:
¿Dónde está la longitud de onda equivalente sintética, MS y ε S son respectivamente λ s Interferencia Integer y orden decimal?
Si la longitud de onda compuesta se considera la longitud de onda de rango, la información de fase correspondiente a la distancia desconocida es la diferencia entre las fases de rango de las dos longitudes de onda originales, por lo que se puede resolver la distancia desconocida. El rango de medición de distancia sin ambigüedad se extiende a la mitad de la longitud de onda sintética. De la fórmula, la longitud de onda sintética debe ser mayor que λ 1 y λ 2。
De la misma manera, para considerar el rango de medición y la precisión, el método se puede desarrollar aún más con la idea de múltiples reglas. El láser de longitud de onda múltiple se puede usar para medir la distancia al mismo tiempo para generar longitudes de onda compuestas de niveles múltiples de diferentes escalas. La larga longitud de onda sintética de * * * se usa para lograr el rango de medición de * * *, y el resultado de la medición de distancia obtenido se usa como el valor de referencia de distancia de la longitud de onda sintética más corta, para resolver el resultado de la medición de rango de este nivel de longitud de onda sintética, por lo que se realiza la medición de rango con un rango grande y una alta precisión utilizando la pequeña longitud de sintética de * * * y * y * y *.
Sin embargo, este método requiere múltiples longitudes de onda de láser, lo que significa que se requieren múltiples fuentes láser. Teniendo en cuenta que cada fuente de láser necesita su propio dispositivo de estabilización de frecuencia láser, y múltiples láseres necesitan una combinación de haz óptico de alta precisión, la estructura de todo el sistema de medición de distancia láser * * es relativamente compleja, y la confiabilidad y la precisión del sistema se verán inevitablemente afectada hasta cierto punto.
5. FM CW láser a distancia
El rango de láser de onda continua modulada de frecuencia (FMCW) es otro método interferométrico que puede realizar una medición * * *. Combina las ventajas de la interferometría óptica y la tecnología de radar de radio. El principio básico de la medición FMCW es realizar la interferometría modulando la frecuencia del haz láser. En general, el láser cuya frecuencia de salida del haz de láser cambia con el tiempo se usa como fuente de luz, y el interferómetro Michelson se usa como la ruta óptica interferométrica básica. La información de diferencia de frecuencia se genera de acuerdo con la ruta óptica diferente de la luz de referencia y la luz de medición. La información de distancia de las dos vigas se puede obtener después de extraer la señal y el procesamiento, y la medición de la distancia * * se puede realizar.
Tome la modulación de diente de sierra como ejemplo. Es una señal sinusoidal cuya frecuencia cambia linealmente con el tiempo en forma de diente de sierra. La frecuencia instantánea de la luz medida y la luz de referencia cambia con el tiempo, como se muestra en la Figura 7.
Establezca la frecuencia de la luz de referencia como FT, la frecuencia de la luz de medición como FR, el ancho de banda de modulación como ∆ F, el período de modulación como T y la distancia como D. La luz de medición tendrá un retraso de tiempo relativo a la luz de referencia debido a diferentes rutas de transmisión como τ, donde FT cambia periódicamente entre F0 y FM de acuerdo con SawTooth Wave, luego la expresión de FT y FR es un seguimiento de seguimiento:
Entonces la señal de latido generada es de quince:
Entonces la distancia medida:
El rango de láser de onda continua modulada con frecuencia toma láser como portador, y toda la interferencia ambiental solo afecta la intensidad de la luz de la señal medida, pero no la información de frecuencia. Por lo tanto, puede obtener una precisión de alta variedad y una fuerte capacidad para resistir la interferencia de la luz ambiental, y la precisión puede alcanzar el nivel de micras. Actualmente es un punto de acceso de investigación en aplicaciones de medición de gran tamaño y alta precisión. Sin embargo, este método de medición requiere una alta estabilidad y linealidad de la frecuencia del haz láser, lo que hace que la realización del sistema sea más compleja, y el rango de medición está limitado por el período T.
6. láser triangular que se extiende
El rango de láser triangular significa que la fuente de luz, la superficie del objeto medida y el sistema de recepción de la luz forman una ruta óptica triangular. La luz emitida por la fuente del láser se centra en la lente de colimación y luego se incide en la superficie del objeto medido. El sistema de recepción de la luz recibe la luz dispersa del punto incidente y la imágenes en la superficie sensible del detector fotoeléctrico. Es un método de medición para medir la distancia de mudanza de la superficie del objeto medido a través del desplazamiento del punto de luz en la superficie de la imagen.
De acuerdo con la relación ángulo entre el haz láser incidente y la línea normal de la superficie del objeto medido, generalmente hay dos métodos de rango: oblicuo y directo, como se muestra en la Figura 8. En general, el método de triangulación láser directo es más simple en algoritmo geométrico que el método de triangulación de láser oblicuo, y el error es relativamente pequeño, y el volumen puede ser más compacto y compacto. En la industria, a menudo se usa el método de rango de láser directo.
Compared with phase laser ranging and frequency modulated continuous wave laser ranging, triangulation laser ranging has many advantages, such as simple structure, fast testing speed, flexible and convenient use, low cost, etc. However, the accuracy of triangulation laser ranging will gradually deteriorate with the increase of distance, and since in the laser triangulation system, the photoelectric detector receives the scattered light from La superficie objetivo a medir, este método de rango es generalmente adecuado para el trabajo cercano interior, no es adecuado para trabajar en un fondo de luz fuerte al aire libre o interior. Por lo tanto, el rango de aplicación del rango de láser de triangulación es principalmente una pequeña medición de desplazamiento, que se usa ampliamente en la medición del contorno de la superficie del objeto, el ancho, el grosor y otras cantidades, como el diseño de la superficie del modelo de cuerpo, el corte con láser, el robot de barrido, etc. en la industria automotriz.
