Принциповий аналіз приладів для моніторингу температури та вологості та вимірювання відстані
Лазерні далекоміри зазвичай використовують два методи вимірювання відстані: імпульсний метод і фазовий метод. Процес визначення дальності імпульсу полягає в наступному: лазер, випромінюваний далекоміром, відбивається вимірюваним об’єктом, а потім приймається далекоміром, який одночасно фіксує час обходу лазера туди й назад. Половина добутку швидкості світла на час обертання становить відстань між далекоміром і вимірюваним об’єктом. Точність імпульсного методу для вимірювання відстані зазвичай становить близько плюс/-1 метр. Крім того, сліпа зона вимірювання цього типу далекоміра зазвичай становить близько 15 метрів.
Лазерна дальнометрія — це метод вимірювання відстані в діапазоні світлових хвиль. Якщо час, необхідний для руху світла вперед і назад між точками A і B зі швидкістю c у повітрі, дорівнює t, то відстань D між точками A і B можна представити наступним чином.
D=ct/2
У рівнянні:
D - відстань між двома точками станції А і Б;
С - швидкість поширення світла в атмосфері;
T – час, необхідний для проходження світла вперед і назад між А і В.
З наведеного вище рівняння видно, що для вимірювання відстаней A і B насправді необхідно виміряти час t поширення світла. Відповідно до різних методів вимірювання лазерні далекоміри зазвичай можна розділити на дві форми вимірювання: імпульсний і фазовий тип.
Фазовий лазерний далекомір
Фазовий лазерний далекомір використовує частоту радіодіапазону для модуляції амплітуди лазерного променя та вимірювання фазової затримки, створеної модульованим світлом, що рухається вперед і назад до лінії вимірювання. Потім на основі довжини хвилі модульованого світла перетворюється відстань, представлена цією фазовою затримкою. Непрямий метод використовується для визначення часу, необхідного для проходження світла вперед і назад через вимірювальну лінію, як показано на малюнку.
Фазові лазерні далекоміри, як правило, використовуються для точного вимірювання дальності. Завдяки високій точності, як правило, на міліметровому рівні, для ефективного відображення сигналу та обмеження вимірюваної цілі до певної точки, пропорційної точності приладу, цей тип далекоміра оснащено відбивачем, який називається кооперативною ціллю.
Якщо частота кута модуляції дорівнює ω, фазова затримка, створена двостороннім проходженням на відстані D, яку потрібно виміряти, дорівнює φ, тоді відповідний час t можна виразити як:
T= φ/ω
Підставляючи це співвідношення у відстань D рівняння (3-6), можна виразити як
D=1/2 ct=1/2 c· φ/ω= C/(4 π f) (N π плюс Δφ)
=C/4f (N плюс Δ N) =U (N плюс )
У рівнянні:
φ—— Загальна фазова затримка, створена сигналом, що переміщується вперед і назад до лінії.
ω—— Кутова частота модульованого сигналу, ω= 2 π f.
U - одиниця довжини, числове значення дорівнює 1/4 довжини хвилі модуляції
N - кількість модульованих напівхвиль, включених у лінію вимірювання.
Δφ—— Сигнал генерує фазову затримку менше ніж π за одне проходження до лінії вимірювання.
Δ N – дробова частина хвилі модуляції, що міститься в вимірювальній лінії, менша за половину довжини хвилі.
Δ N= φ/ω
За заданої модуляції та стандартних атмосферних умов частота c/(4 π f) є постійною, а вимірювання відстані стає вимірюванням кількості половинних довжин хвиль, включених у лінію вимірювання, і вимірюваннями дробових частин, менших за половину довжин хвиль. , тобто N або φ, Завдяки розвитку сучасної технології точної обробки та технології радіофазового вимірювання φ Вимірювання досягло високої точності.
Щоб виміряти фазовий кут, менший за π φ, можна використовувати різні методи вимірювання, і найбільш часто використовуваними методами є вимірювання фази із затримкою та цифрове вимірювання фази. В даний час лазерні далекоміри малої дії використовують принцип цифрового вимірювання фази для отримання φ.
Як зазначалося вище, у фазових лазерних далекомірах зазвичай використовується безперервний лазерний промінь із модульованими сигналами. Щоб досягти високої точності вимірювання дальності, потрібно налаштувати спільні цілі. Ручні лазерні далекоміри, що випускаються в даний час, є ще одним новим типом далекомірів серед імпульсних лазерних далекомірів, які не тільки мають невеликі розміри та малу вагу, але також використовують технологію цифрового фазового вимірювання імпульсу та технологію поділу, яка може досягти міліметрової точності без необхідності кооперації цілі, діапазон вимірювання перевищив 100 м і може швидко й точно відображати відстань безпосередньо. Це найновіший тип стандартного інструменту для вимірювання довжини в точних інженерних вимірюваннях малої дальності та вимірюванні будівельних площ. В даний час широко використовуються портативні лазерні далекоміри серії DISTO і лазерні далекоміри Trueyard виробництва компанії Leica.
