فاصله سنج لیزری(متر لیزری) چیست

امروزه استفاده از لیزر در اندازه گیری فاصله با صرف هزینه و وقت بسیار کمتر می توان به دقت بالایی دست یافت و بدین ترتیب، تحولی در روش های نقشه برداری و کاربردهای نظامی، فرآیندهای صنعتی بوجود آمده است. همچنین فاصله سنج های لیزری در وضعیت نامساعد جوی نیز به خوبی کار می کنند و انواع اشتباهات و خطاهای انسانی و دستگاهی در اندازه گیری با آنها حذف می شود. مخصوصا با دستگاههایی که عمل ثبت قرائت نیز روی کرت یا حافظه جانبی ضبط شده و مستقیما به داخل کامپیوتر منتقل می شود، بسیاری از خطاهای انسانی حذف می گردد.

فاصله سنج لیزری وسیله‌ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده می‌کند. عمومی‌ترین نوع فاصله سنج لیزری براساس زمان پرواز نمونه به وسیله فرستادن یک پالس لیزر در یک باریکه پرتو به سمت جسم و اندازه گیری زمان صرف شده پرتو برای اینکه از هدف منعکس شده و به فرستنده باز گردد عمل می‌کند. به خاطر سرعت بالای نور این تکنیک برای اندازه گیری‌های با دقت کمتر از میلیمتر مناسب نیست به طوری که اغلب سه گوشه سازی و روش‌های دیگر به کار می‌روند

فاصله سنج لیزری با ارسال یک پالس لیزر به هدف و اصابت آن به هدف و بازگشت آن به دستگاه اندازه گیری مربوطه را انجام میدهند. زمان پرواز یا زمان رفت و برگشت این پالس برپایه این اصل که سرعت نور در زمین تقریبا مقدار ثابتی میباشد، مبنای اندازه گیری است. در درون دستگاه کامپیوتر کوچکی فاصله را بر مبنای زمان پرواز و سرعت نور محاسبه میکند. این روش محاسبه میتواند فاصله زمین تا ماه را با خطای چند سانتیمتر محاسبه کند.

در ساخت فاصله سنج های لیزری و کلا هر نوع فاصله سنجی 3 روش عمده وجود دارد که در زیر یک به یک به آنها میپردازم:

1 – یکی مبتنی بر میزان امواج بازگشتی از روی مانع (روش شدتی) است در این روش ما تنها کاری که میکنیم شدت نور لیزر برگشتی از مانع را حساب و سپس فاصله را که با شدت نور رابطه مستقیم دارد حساب می کنیم اما همانطور که میدانیم شدت نور برگشتی به عوامل زیادی از جمله میزان نور محیط (شب یا روز بودن) میزان گرد و غبار موجود در هوا و… بستگی دارد که ما باید این کمیت ها را در محاسباتمان لحاظ کنیم.

2- روش دیگر بر مبنای اندازه گیری زمان سیر نور از فرستنده به هدف و از هدف به فرستنده است استفاده از این روش علیرغم مشکلات زیاد در ساخت مدارات مربوط به اندازه گیری زمان و … به لحاظ مقاومت بیشتر و وابسته نبودن آنچنانی در برابر تغییرات محیطی از روش اول مناسبتر است اما همانطور که میدانیم سرعت نور 299000 کیلومتر در ثانیه است و در ساخت این دستگاه به این روش بحث محدودیت در فرکانس کاری مدارات الکترونیکی و مدارات وابسته بر میکروکنترلر ها مطرح میشود و در صورتیکه این مشکل را نیز مرتفع کنیم مشکل نویز پذیری این مدارات مطرح میشود لذا در ساخت آن تدابیر شدیدی برای دفع نویز و در صورت نویزی شدن حذف نویز باید اندیشید

3 -همانطور که میدانیم میزان فرکانس امواج در اثر حرکت در فضا تغییر میکند و از همین روش میتوان میزان فاصله را با محاسبه فرکانس امواج برگشتی و مقایسه با میزان امواج ارسالی (البته در صورتیکه فرکانس امواج ارسالی متغییر باشد)میتوان با یک رابطه ساده از طریق ریاضی فاصله را محاسبه نمود و در صورتیکه میزان فرکانس امواج ارسالی ثابت باشد تنها با اندازه گیری فرکانس بازگشتی و قرار دادن این فرکانس در فرمول میزان فاصله را محاسبه میکنیم محاسبه فرمول ها هم که دیگر کاری ندارد.

مسافت سنجی به‌وسیله لیزر بیشتر با روشهای زیر انجام می‌شود: ۱-تعیین زمان رفت و برگشت یک تپ (پالس) قوی لیزری از مبدا تا هدف. ۲-روش تداخل‌سنجی) یعنی یک باریکه لیزر به هدف برخورد کرده و خودش جمع شود و از روی فریزهای تداخلی اندازه گیری انجام می‌شود)

این روشها در صورتیکه هدف ما خاصیت بازتاب نداشته باشد، بدون فایده خواهد بود.

پالس

پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. این امر با استفاده از تکنیک‌های اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت‌های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می‌شود.

دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می‌شود. نوعی که از پالس‌های لیزری خیلی سریع استفاده می‌کند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می‌تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.

حوزه تغییر

با وجود اینکه پرتو باریک شده، ولی می‌تواند در طی فواصل طولانی در نتیجه واگرایی پرتو لیزر گسترش یافته و پخش شود.

این پدیده به علت مجاورت با حباب‌های هوا -که مانند لنزی عمل می‌کنند که تغییراتی در حدود اندازه‌های میکروسکوپی تا تقریبا نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می‌شود.

این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه‌های متقاطع بهم می‌پیوندد که سبب می‌شود حباب‌های گرم به طورجانبی بهم فشرده شوند، که ممکن است به صورتی که سبب مشکل در صحت خواندن فاصله یک شی شوند با هم ترکیب گردند، مثلا زیر برخی درختان یا پشت بوته‌ها و شاخ و برگ‌ها یا حتی در فواصل طولانی بیشتر از ۱۰ کیلومتر در فضای باز و نواحی خالی تاریک.

بعضی نورهای لیزری ممکن است که از شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء بازگشت داده شوند که باعث بازگشت دادن زود و خواندن کم دقت می‌شود. در عوض در فواصل بیشتر از ۳۶۵ متر، هدف اگر در مجاورت زمین باشد ممکن است به راحتی در یک سراب ناپدید شود، که این سراب به دلیل تغییرات دما در هوا در مجاورت بیابان داغ که باعث خمیدگی نور لیزر می‌شود بوجود می‌آید.

تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند

محاسبه فاصله:
فاصله بین فاصله سنج لیزری و و هدف با فرمول D=ct/2 محاسبه میشود. که در آن t زمان پرواز و c سرعت نور است. با توجه به سرعت بالای نور و در نتیجه پالس فرستاده شده توسط دستگاه، دقت اندازه گیری بسیار بالاست.