Một bài báo sẽ cho bạn thấy về phạm vi laser
2023-02-13
Theo Maims Consulting, ngay sau khi Ruby Laser đầu tiên của thế giới ra mắt vào năm 1960, công nghệ dao động laser với độ chính xác là mục tiêu chính được sinh ra. Phạm vi laser * * đã được sử dụng trong quân đội trong một thời gian dài, và sau đó, với khả năng chống can thiệp mạnh mẽ và độ chính xác cao, nó đã đóng một vai trò rất lớn trong nhiều lĩnh vực, như hàng không vũ trụ, khảo sát xây dựng và lập bản đồ, công nghiệp điện gió, giao thông thông minh, sản xuất công nghiệp, v.v.
Với sự phát triển nhanh chóng của tự động hóa công nghiệp và tầm nhìn máy, phạm vi laser đã được chứng minh là một phương pháp phát hiện không tiếp xúc rất quan trọng trong nhiều ứng dụng như phát hiện, đo lường và kiểm soát. Đồng thời, laser khác nhau, là tiền đề của các công nghệ cao cấp như đo tốc độ laser, theo dõi laser, hình ảnh ba chiều và radar laser (LIDAR), nhận được nhiều sự chú ý hơn. Mimes Consulting sẽ tập trung vào việc giới thiệu và thảo luận về một số phương pháp phạm vi laser chính thống hiện tại.
1. Phân loại phương pháp phạm vi laser
Theo nguyên tắc cơ bản, các phương pháp phạm vi laser có thể được chia thành hai loại: phương pháp thời gian bay (TOF) và phương pháp hình học không gian, như trong Hình 1. Trong số đó, phương pháp thời gian bay bao gồm phương pháp TOF trực tiếp (loại xung) và phương pháp TOF gián tiếp (loại pha); Các phương pháp hình học không gian chủ yếu bao gồm tam giác và giao thoa kế.
Phạm vi laser xung là một phương pháp khác nhau mà công nghệ laser * * * đã được sử dụng trong lĩnh vực khảo sát và ánh xạ trong một thời gian dài. Nó thu được thông tin về khoảng cách mục tiêu bằng cách đo trực tiếp khoảng thời gian giữa ánh sáng phát ra và xung ánh sáng nhận được, như trong Hình 2. Khoảng cách đo được có thể được biểu thị như:
Trong đó D là khoảng cách đo được, C là tốc độ lan truyền ánh sáng trong không khí và ∆ T là thời gian khứ hồi của chùm tia laser từ phát xạ đến tiếp nhận.
Laser xung có góc phát xạ nhỏ, năng lượng tương đối tập trung trong không gian và công suất tức thời cao. Các đặc điểm này có thể được sử dụng để tạo ra các khoảng cách laser khoảng cách trung bình dài trung bình, radar laser, v.v. Tuy nhiên, phương pháp ve laser xung được tính thời gian giữa các xung nhận và nhận thông qua bộ đếm đồng hồ tần số cao, điều đó làm cho chu kỳ của đồng hồ được xác định.
Hiện tại, phạm vi laser xung được sử dụng rộng rãi trong các cuộc khảo sát đường dài và độ chính xác thấp, như khảo sát địa hình và địa mạo, thăm dò địa chất, khảo sát xây dựng kỹ thuật, khảo sát độ cao máy bay, tương quan vệ tinh, đo khoảng cách giữa các cơ thể celestial, v.
3. Phạm vi laser pha - Phương pháp TOF gián tiếp
Phạm vi laser pha sử dụng tần số của dải vô tuyến để điều chỉnh biên độ của chùm tia laser và đo độ trễ pha được tạo ra bởi ánh sáng điều chế cho một chuyến đi vòng, sau đó chuyển đổi khoảng cách được biểu thị bằng độ trễ pha theo bước sóng của ánh sáng điều chế. Phương pháp này gián tiếp đo thời gian bằng cách đo chênh lệch pha, do đó nó còn được gọi là phương pháp TOF gián tiếp.
Như được hiển thị trong Hình 4, giả sử tần số được điều chế là F, dạng sóng được điều chế λ = c/ f, c là tốc độ của ánh sáng và sự dịch tiết pha đo được của tín hiệu sóng ánh sáng được điều chế là ∆ φ sau đó
Tuy nhiên, khi khoảng cách mục tiêu d tăng, giá trị của độ trễ pha có thể lớn hơn một khoảng thời gian của sóng ánh sáng được điều chế hình sin, cụ thể là ∆ = 2 π (n+n), n và n là các phần tích phân và phân đoạn của chu kỳ, do đó, khoảng cách đo được D là:
Trong đó, l = c/ 2f = λ/ 2 được gọi là độ dài của thước đo đo và độ dài của phạm vi pha có thể được coi là λ/ khoảng cách D được đo bằng thước 2. Khoảng cách có thể thu được bằng cách xác định N và ∆ N. Phần phân đoạn có thể đo được. Để giải quyết vấn đề này, cần phải đo cùng một khoảng cách bằng các tín hiệu sóng ánh sáng được điều chế có nhiều tần số, còn được gọi là tần số thước trong phạm vi pha. Nếu khoảng cách đo nhỏ hơn chiều dài của thước kẻ, n = 0, giá trị giải pháp là * * *. Khi độ chính xác của phép đo pha được cố định, tần số của thước đo đo càng thấp, sai số khác càng lớn, không được phép trong phạm vi độ chính xác cao. Ngược lại, tần số của thước đo được chọn càng cao, độ chính xác của phép đo càng cao, nhưng giá trị N tại thời điểm này sẽ càng lớn hơn 1 và có vấn đề về nhiều giải pháp. Để giải quyết mâu thuẫn này, trong các ứng dụng thực tế, thường chọn một thước đo xác định độ chính xác khác nhau của dụng cụ và một số nhà cai trị phụ trợ xác định phạm vi, được gọi là thước đo tốt và thước đo thô tương ứng, và kết hợp hai để có được phép đo độ chính xác cao.
Độ chính xác đo của phạm vi laser pha có thể đạt đến mức milimet (phụ) và phạm vi đo là từ thập phân đến km, do đó nó được sử dụng rộng rãi trong phạm vi ngắn và trung bình.
4. Phạm vi laser nhiễu đa bước sóng
Phạm vi giao thoa kế là một trong những phương pháp độ chính xác cổ điển. Theo nguyên tắc nhiễu của ánh sáng, hai hàng ánh sáng với chênh lệch pha cố định và với cùng tần số, cùng một hướng rung hoặc một góc nhỏ giữa các hướng rung chồng lên nhau, sẽ tạo ra hiện tượng giao thoa.
Như được hiển thị trong Hình 6, sơ đồ của giao thoa kế Michelson thường được sử dụng được hiển thị. Laser phát ra từ laser được chia thành ánh sáng S1 phản xạ và ánh sáng truyền S2 qua quang phổ. Hai chùm tia được phản xạ lại bởi gương cố định M1 và gương di động M2 tương ứng và cả hai hội tụ ở quang phổ để tạo thành một chùm kết hợp. Sau đó, cường độ chùm kết hợp i là:
Khi khoảng cách d = m (m là một số nguyên), biên độ chùm kết hợp * *, cường độ ánh sáng * *, hình thành các sọc sáng; Khi d = (2m+1)/ lúc 2 giờ, các pha của hai chùm ánh sáng đối diện, biên độ của hai chùm tia hủy bỏ nhau và cường độ ánh sáng là * * * nhỏ, hình thành các sọc tối. Theo nguyên tắc này, phạm vi laser giao thoa kế là chuyển đổi các rìa nhiễu ánh sáng và tối từ các máy dò quang điện thành tín hiệu điện, được tính bởi các bộ đếm quang điện, để nhận ra phép đo khoảng cách và dịch chuyển.
Do bước sóng của laser, độ phân giải của phạm vi laser giao thoa có thể đạt đến NM và độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, công nghệ dao động giao thoa bằng laser truyền thống được đề cập ở trên chỉ đo lường sự dịch chuyển tương đối và không thể có được thông tin khoảng cách của mục tiêu. Đồng thời, để đảm bảo độ chính xác của phép đo liên tục, mục tiêu phải di chuyển dọc theo đường ray hướng dẫn cố định và đường dẫn quang không thể bị gián đoạn. Ngoài ra, theo nguyên tắc giao thoa, công nghệ đo chỉ có thể thu được giá trị pha trong phạm vi từ 0 đến 2 π và xem xét khoảng cách vòng tròn laser, nó tương đương với chỉ đo λ/ nếu khoảng cách thay đổi trong phạm vi 2, khoảng cách được đo trong phạm vi lớn hơn sẽ không chắc chắn vì không thể xác định được. Điều này λ/ 2 Phạm vi thường được gọi là phạm vi không rõ ràng của phép đo khoảng cách laser * *. Như sau:
Trong đó D là khoảng cách đo được, m và ε là thứ tự số nguyên và thập phân của rìa nhiễu được bao gồm trong khoảng cách đo được. Thứ tự thập phân có thể thu được bằng cách đo, trong khi M là giá trị không xác định.
Để giải quyết mâu thuẫn này, phương pháp nhiễu đa bước sóng thường được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu về độ phân giải cao và mở rộng phạm vi không rõ ràng. Nguyên tắc cơ bản của giao thoa kế đa bước sóng là sử dụng phương pháp đa thập phân và phát triển khái niệm bước sóng tổng hợp trên đó.
Phạm vi giao thoa đa bước sóng (MWI) bắt đầu với thí nghiệm nhiễu bước sóng kép được thực hiện bởi các nhà khoa học Mỹ Wyant và Polhemus vào đầu những năm 1970. Phương pháp này sử dụng hai laser với các bước sóng khác nhau λ 1 、 2 thực hiện phép đo nhiễu cho khoảng cách chưa biết cùng một lúc và đưa nó vào khoảng cách đo được D của công thức trên:
Để giải hai phương trình, có:
Trong đó bước sóng tương đương tổng hợp, MS và ε s tương ứng là số nguyên rìa nhiễu và thứ tự thập phân.
Nếu bước sóng tổng hợp được coi là bước sóng khác nhau, thông tin pha tương ứng với khoảng cách chưa biết là sự khác biệt giữa các pha khác nhau của hai bước sóng ban đầu, do đó khoảng cách chưa biết có thể được giải quyết. Phạm vi không rõ ràng của phép đo khoảng cách được mở rộng đến một nửa bước sóng tổng hợp. Từ công thức, bước sóng tổng hợp phải lớn hơn 1 và 2
Theo cách tương tự, để xem xét phạm vi đo lường và độ chính xác, phương pháp này có thể được phát triển thêm với ý tưởng của nhiều nhà cai trị. Laser đa bước có thể được sử dụng để đo khoảng cách cùng một lúc để tạo ra các bước sóng tổng hợp đa cấp của các thang đo khác nhau. Bước sóng tổng hợp dài của * * * được sử dụng để đạt được phạm vi đo của * * *, và kết quả đo khoảng cách thu được được sử dụng làm giá trị tham chiếu khoảng cách của bước sóng tổng hợp ngắn hơn, để giải quyết kết quả đo phạm vi của bước sóng tổng hợp này, để nhận ra phạm vi *
Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu nhiều bước sóng của laser, có nghĩa là cần có nhiều nguồn laser. Xem xét rằng mỗi nguồn laser cần thiết bị ổn định tần số laser và nhiều laser cần kết hợp chùm quang có độ chính xác cao, cấu trúc của toàn bộ hệ thống đo khoảng cách laser * * tương đối phức tạp và độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định.
5. FM CW laser khác nhau
Phạm vi laser sóng liên tục được điều chế tần số (FMCW) là một phương pháp giao thoa kế khác có thể nhận ra phép đo * * *. Nó kết hợp các lợi thế của giao thoa quang học và công nghệ radar radio. Nguyên tắc cơ bản của phép đo FMCW là nhận ra giao thoa kế bằng cách điều chỉnh tần số của chùm tia laser. Nói chung, laser có tần số chùm tia laser đầu ra thay đổi theo thời gian được sử dụng làm nguồn sáng và giao thoa kế Michelson được sử dụng làm đường quang điện cơ bản. Thông tin chênh lệch tần số được tạo ra theo đường quang khác nhau của ánh sáng tham chiếu và ánh sáng đo. Thông tin khoảng cách của hai chùm tia có thể thu được sau khi trích xuất tín hiệu và xử lý, và việc đo khoảng cách * * có thể được thực hiện.
Lấy điều chế Sawtooth làm ví dụ. Đó là một tín hiệu hình sin có tần số thay đổi tuyến tính theo thời gian trong hình dạng cưa. Tần số tức thời của ánh sáng đo và ánh sáng tham chiếu thay đổi theo thời gian, như trong Hình 7.
Đặt tần số của ánh sáng tham chiếu là FT, tần số của ánh sáng đo là FR, băng thông điều chế là ∆ F, thời gian điều chế là T và khoảng cách là D. Đèn đo sẽ có độ trễ thời gian so với ánh sáng tham chiếu do Sawtooth
Sau đó, tín hiệu nhịp được tạo là năm:
Vì vậy, khoảng cách đo được:
Phạm vi laser sóng liên tục được điều chế tần số lấy laser làm chất mang và tất cả nhiễu môi trường chỉ ảnh hưởng đến cường độ ánh sáng của tín hiệu đo được, nhưng không phải là thông tin tần số. Do đó, nó có thể có được độ chính xác cao và khả năng mạnh mẽ để chống lại sự can thiệp của ánh sáng môi trường và độ chính xác có thể đạt đến mức micron. Nó hiện là một điểm nóng nghiên cứu trong các ứng dụng đo lường có kích thước lớn và độ chính xác cao. Tuy nhiên, phương pháp đo này đòi hỏi tính ổn định và tuyến tính cao của tần số chùm tia laser, điều này làm cho việc hiện thực hóa hệ thống phức tạp hơn và phạm vi đo bị giới hạn bởi thời kỳ T.
6. Laser hình tam giác khác nhau
Phạm vi laser hình tam giác có nghĩa là nguồn ánh sáng, bề mặt vật thể đo được và hệ thống nhận ánh sáng tạo thành một đường quang hình tam giác với nhau. Ánh sáng phát ra từ nguồn laser được tập trung bởi ống kính đối chiếu và sau đó sự cố trên bề mặt đối tượng đo được. Hệ thống nhận ánh sáng nhận được ánh sáng phân tán từ điểm sự cố và hình ảnh nó trên bề mặt nhạy cảm của máy dò quang điện. Đây là một phương pháp đo để đo khoảng cách di chuyển của bề mặt đối tượng đo được thông qua sự dịch chuyển của điểm ánh sáng trên bề mặt hình ảnh.
Theo mối quan hệ góc giữa chùm tia laser sự cố và đường thông thường của bề mặt đối tượng đo được, thường có hai phương pháp khác nhau: xiên và trực tiếp, như trong Hình 8. Nói chung, phương pháp tam giác laser trực tiếp đơn giản hơn trong thuật toán hình học so với phương pháp tổng hợp laser. Trong công nghiệp, phương pháp phạm vi laser trực tiếp thường được sử dụng.
So với phạm vi laser pha và tần số điều chế laser laser liên tục, phạm vi laser tam giác có nhiều lợi thế, chẳng hạn như cấu trúc đơn giản, tốc độ kiểm tra nhanh, sử dụng linh hoạt và thuận tiện, vv Bề mặt mục tiêu được đo, phương pháp khác nhau này thường phù hợp với công việc gần trong nhà, nó không phù hợp để làm việc trong nền ánh sáng mạnh ngoài trời hoặc trong nhà. Do đó, phạm vi ứng dụng của phạm vi laser tam giác chủ yếu là phép đo dịch chuyển nhỏ, được sử dụng rộng rãi trong phép đo đường viền bề mặt đối tượng, chiều rộng, độ dày và các đại lượng khác, như thiết kế bề mặt mô hình cơ thể, cắt laser, cào căm, v.v. trong ngành công nghiệp ô tô.
Với sự phát triển nhanh chóng của tự động hóa công nghiệp và tầm nhìn máy, phạm vi laser đã được chứng minh là một phương pháp phát hiện không tiếp xúc rất quan trọng trong nhiều ứng dụng như phát hiện, đo lường và kiểm soát. Đồng thời, laser khác nhau, là tiền đề của các công nghệ cao cấp như đo tốc độ laser, theo dõi laser, hình ảnh ba chiều và radar laser (LIDAR), nhận được nhiều sự chú ý hơn. Mimes Consulting sẽ tập trung vào việc giới thiệu và thảo luận về một số phương pháp phạm vi laser chính thống hiện tại.
1. Phân loại phương pháp phạm vi laser
Theo nguyên tắc cơ bản, các phương pháp phạm vi laser có thể được chia thành hai loại: phương pháp thời gian bay (TOF) và phương pháp hình học không gian, như trong Hình 1. Trong số đó, phương pháp thời gian bay bao gồm phương pháp TOF trực tiếp (loại xung) và phương pháp TOF gián tiếp (loại pha); Các phương pháp hình học không gian chủ yếu bao gồm tam giác và giao thoa kế.
2. Phạm vi laser xung - Phương pháp TOF trực tiếp
Phạm vi laser xung là một phương pháp khác nhau mà công nghệ laser * * * đã được sử dụng trong lĩnh vực khảo sát và ánh xạ trong một thời gian dài. Nó thu được thông tin về khoảng cách mục tiêu bằng cách đo trực tiếp khoảng thời gian giữa ánh sáng phát ra và xung ánh sáng nhận được, như trong Hình 2. Khoảng cách đo được có thể được biểu thị như:
Trong đó D là khoảng cách đo được, C là tốc độ lan truyền ánh sáng trong không khí và ∆ T là thời gian khứ hồi của chùm tia laser từ phát xạ đến tiếp nhận.
Laser xung có góc phát xạ nhỏ, năng lượng tương đối tập trung trong không gian và công suất tức thời cao. Các đặc điểm này có thể được sử dụng để tạo ra các khoảng cách laser khoảng cách trung bình dài trung bình, radar laser, v.v. Tuy nhiên, phương pháp ve laser xung được tính thời gian giữa các xung nhận và nhận thông qua bộ đếm đồng hồ tần số cao, điều đó làm cho chu kỳ của đồng hồ được xác định.
Hiện tại, phạm vi laser xung được sử dụng rộng rãi trong các cuộc khảo sát đường dài và độ chính xác thấp, như khảo sát địa hình và địa mạo, thăm dò địa chất, khảo sát xây dựng kỹ thuật, khảo sát độ cao máy bay, tương quan vệ tinh, đo khoảng cách giữa các cơ thể celestial, v.
3. Phạm vi laser pha - Phương pháp TOF gián tiếp
Phạm vi laser pha sử dụng tần số của dải vô tuyến để điều chỉnh biên độ của chùm tia laser và đo độ trễ pha được tạo ra bởi ánh sáng điều chế cho một chuyến đi vòng, sau đó chuyển đổi khoảng cách được biểu thị bằng độ trễ pha theo bước sóng của ánh sáng điều chế. Phương pháp này gián tiếp đo thời gian bằng cách đo chênh lệch pha, do đó nó còn được gọi là phương pháp TOF gián tiếp.
Như được hiển thị trong Hình 4, giả sử tần số được điều chế là F, dạng sóng được điều chế λ = c/ f, c là tốc độ của ánh sáng và sự dịch tiết pha đo được của tín hiệu sóng ánh sáng được điều chế là ∆ φ sau đó
Tuy nhiên, khi khoảng cách mục tiêu d tăng, giá trị của độ trễ pha có thể lớn hơn một khoảng thời gian của sóng ánh sáng được điều chế hình sin, cụ thể là ∆ = 2 π (n+n), n và n là các phần tích phân và phân đoạn của chu kỳ, do đó, khoảng cách đo được D là:
Trong đó, l = c/ 2f = λ/ 2 được gọi là độ dài của thước đo đo và độ dài của phạm vi pha có thể được coi là λ/ khoảng cách D được đo bằng thước 2. Khoảng cách có thể thu được bằng cách xác định N và ∆ N. Phần phân đoạn có thể đo được. Để giải quyết vấn đề này, cần phải đo cùng một khoảng cách bằng các tín hiệu sóng ánh sáng được điều chế có nhiều tần số, còn được gọi là tần số thước trong phạm vi pha. Nếu khoảng cách đo nhỏ hơn chiều dài của thước kẻ, n = 0, giá trị giải pháp là * * *. Khi độ chính xác của phép đo pha được cố định, tần số của thước đo đo càng thấp, sai số khác càng lớn, không được phép trong phạm vi độ chính xác cao. Ngược lại, tần số của thước đo được chọn càng cao, độ chính xác của phép đo càng cao, nhưng giá trị N tại thời điểm này sẽ càng lớn hơn 1 và có vấn đề về nhiều giải pháp. Để giải quyết mâu thuẫn này, trong các ứng dụng thực tế, thường chọn một thước đo xác định độ chính xác khác nhau của dụng cụ và một số nhà cai trị phụ trợ xác định phạm vi, được gọi là thước đo tốt và thước đo thô tương ứng, và kết hợp hai để có được phép đo độ chính xác cao.
Độ chính xác đo của phạm vi laser pha có thể đạt đến mức milimet (phụ) và phạm vi đo là từ thập phân đến km, do đó nó được sử dụng rộng rãi trong phạm vi ngắn và trung bình.
4. Phạm vi laser nhiễu đa bước sóng
Phạm vi giao thoa kế là một trong những phương pháp độ chính xác cổ điển. Theo nguyên tắc nhiễu của ánh sáng, hai hàng ánh sáng với chênh lệch pha cố định và với cùng tần số, cùng một hướng rung hoặc một góc nhỏ giữa các hướng rung chồng lên nhau, sẽ tạo ra hiện tượng giao thoa.
Như được hiển thị trong Hình 6, sơ đồ của giao thoa kế Michelson thường được sử dụng được hiển thị. Laser phát ra từ laser được chia thành ánh sáng S1 phản xạ và ánh sáng truyền S2 qua quang phổ. Hai chùm tia được phản xạ lại bởi gương cố định M1 và gương di động M2 tương ứng và cả hai hội tụ ở quang phổ để tạo thành một chùm kết hợp. Sau đó, cường độ chùm kết hợp i là:
Khi khoảng cách d = m (m là một số nguyên), biên độ chùm kết hợp * *, cường độ ánh sáng * *, hình thành các sọc sáng; Khi d = (2m+1)/ lúc 2 giờ, các pha của hai chùm ánh sáng đối diện, biên độ của hai chùm tia hủy bỏ nhau và cường độ ánh sáng là * * * nhỏ, hình thành các sọc tối. Theo nguyên tắc này, phạm vi laser giao thoa kế là chuyển đổi các rìa nhiễu ánh sáng và tối từ các máy dò quang điện thành tín hiệu điện, được tính bởi các bộ đếm quang điện, để nhận ra phép đo khoảng cách và dịch chuyển.
Do bước sóng của laser, độ phân giải của phạm vi laser giao thoa có thể đạt đến NM và độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, công nghệ dao động giao thoa bằng laser truyền thống được đề cập ở trên chỉ đo lường sự dịch chuyển tương đối và không thể có được thông tin khoảng cách của mục tiêu. Đồng thời, để đảm bảo độ chính xác của phép đo liên tục, mục tiêu phải di chuyển dọc theo đường ray hướng dẫn cố định và đường dẫn quang không thể bị gián đoạn. Ngoài ra, theo nguyên tắc giao thoa, công nghệ đo chỉ có thể thu được giá trị pha trong phạm vi từ 0 đến 2 π và xem xét khoảng cách vòng tròn laser, nó tương đương với chỉ đo λ/ nếu khoảng cách thay đổi trong phạm vi 2, khoảng cách được đo trong phạm vi lớn hơn sẽ không chắc chắn vì không thể xác định được. Điều này λ/ 2 Phạm vi thường được gọi là phạm vi không rõ ràng của phép đo khoảng cách laser * *. Như sau:
Trong đó D là khoảng cách đo được, m và ε là thứ tự số nguyên và thập phân của rìa nhiễu được bao gồm trong khoảng cách đo được. Thứ tự thập phân có thể thu được bằng cách đo, trong khi M là giá trị không xác định.
Để giải quyết mâu thuẫn này, phương pháp nhiễu đa bước sóng thường được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu về độ phân giải cao và mở rộng phạm vi không rõ ràng. Nguyên tắc cơ bản của giao thoa kế đa bước sóng là sử dụng phương pháp đa thập phân và phát triển khái niệm bước sóng tổng hợp trên đó.
Phạm vi giao thoa đa bước sóng (MWI) bắt đầu với thí nghiệm nhiễu bước sóng kép được thực hiện bởi các nhà khoa học Mỹ Wyant và Polhemus vào đầu những năm 1970. Phương pháp này sử dụng hai laser với các bước sóng khác nhau λ 1 、 2 thực hiện phép đo nhiễu cho khoảng cách chưa biết cùng một lúc và đưa nó vào khoảng cách đo được D của công thức trên:
Để giải hai phương trình, có:
Trong đó bước sóng tương đương tổng hợp, MS và ε s tương ứng là số nguyên rìa nhiễu và thứ tự thập phân.
Nếu bước sóng tổng hợp được coi là bước sóng khác nhau, thông tin pha tương ứng với khoảng cách chưa biết là sự khác biệt giữa các pha khác nhau của hai bước sóng ban đầu, do đó khoảng cách chưa biết có thể được giải quyết. Phạm vi không rõ ràng của phép đo khoảng cách được mở rộng đến một nửa bước sóng tổng hợp. Từ công thức, bước sóng tổng hợp phải lớn hơn 1 và 2
Theo cách tương tự, để xem xét phạm vi đo lường và độ chính xác, phương pháp này có thể được phát triển thêm với ý tưởng của nhiều nhà cai trị. Laser đa bước có thể được sử dụng để đo khoảng cách cùng một lúc để tạo ra các bước sóng tổng hợp đa cấp của các thang đo khác nhau. Bước sóng tổng hợp dài của * * * được sử dụng để đạt được phạm vi đo của * * *, và kết quả đo khoảng cách thu được được sử dụng làm giá trị tham chiếu khoảng cách của bước sóng tổng hợp ngắn hơn, để giải quyết kết quả đo phạm vi của bước sóng tổng hợp này, để nhận ra phạm vi *
Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu nhiều bước sóng của laser, có nghĩa là cần có nhiều nguồn laser. Xem xét rằng mỗi nguồn laser cần thiết bị ổn định tần số laser và nhiều laser cần kết hợp chùm quang có độ chính xác cao, cấu trúc của toàn bộ hệ thống đo khoảng cách laser * * tương đối phức tạp và độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định.
5. FM CW laser khác nhau
Phạm vi laser sóng liên tục được điều chế tần số (FMCW) là một phương pháp giao thoa kế khác có thể nhận ra phép đo * * *. Nó kết hợp các lợi thế của giao thoa quang học và công nghệ radar radio. Nguyên tắc cơ bản của phép đo FMCW là nhận ra giao thoa kế bằng cách điều chỉnh tần số của chùm tia laser. Nói chung, laser có tần số chùm tia laser đầu ra thay đổi theo thời gian được sử dụng làm nguồn sáng và giao thoa kế Michelson được sử dụng làm đường quang điện cơ bản. Thông tin chênh lệch tần số được tạo ra theo đường quang khác nhau của ánh sáng tham chiếu và ánh sáng đo. Thông tin khoảng cách của hai chùm tia có thể thu được sau khi trích xuất tín hiệu và xử lý, và việc đo khoảng cách * * có thể được thực hiện.
Lấy điều chế Sawtooth làm ví dụ. Đó là một tín hiệu hình sin có tần số thay đổi tuyến tính theo thời gian trong hình dạng cưa. Tần số tức thời của ánh sáng đo và ánh sáng tham chiếu thay đổi theo thời gian, như trong Hình 7.
Đặt tần số của ánh sáng tham chiếu là FT, tần số của ánh sáng đo là FR, băng thông điều chế là ∆ F, thời gian điều chế là T và khoảng cách là D. Đèn đo sẽ có độ trễ thời gian so với ánh sáng tham chiếu do Sawtooth
Sau đó, tín hiệu nhịp được tạo là năm:
Vì vậy, khoảng cách đo được:
Phạm vi laser sóng liên tục được điều chế tần số lấy laser làm chất mang và tất cả nhiễu môi trường chỉ ảnh hưởng đến cường độ ánh sáng của tín hiệu đo được, nhưng không phải là thông tin tần số. Do đó, nó có thể có được độ chính xác cao và khả năng mạnh mẽ để chống lại sự can thiệp của ánh sáng môi trường và độ chính xác có thể đạt đến mức micron. Nó hiện là một điểm nóng nghiên cứu trong các ứng dụng đo lường có kích thước lớn và độ chính xác cao. Tuy nhiên, phương pháp đo này đòi hỏi tính ổn định và tuyến tính cao của tần số chùm tia laser, điều này làm cho việc hiện thực hóa hệ thống phức tạp hơn và phạm vi đo bị giới hạn bởi thời kỳ T.
6. Laser hình tam giác khác nhau
Phạm vi laser hình tam giác có nghĩa là nguồn ánh sáng, bề mặt vật thể đo được và hệ thống nhận ánh sáng tạo thành một đường quang hình tam giác với nhau. Ánh sáng phát ra từ nguồn laser được tập trung bởi ống kính đối chiếu và sau đó sự cố trên bề mặt đối tượng đo được. Hệ thống nhận ánh sáng nhận được ánh sáng phân tán từ điểm sự cố và hình ảnh nó trên bề mặt nhạy cảm của máy dò quang điện. Đây là một phương pháp đo để đo khoảng cách di chuyển của bề mặt đối tượng đo được thông qua sự dịch chuyển của điểm ánh sáng trên bề mặt hình ảnh.
Theo mối quan hệ góc giữa chùm tia laser sự cố và đường thông thường của bề mặt đối tượng đo được, thường có hai phương pháp khác nhau: xiên và trực tiếp, như trong Hình 8. Nói chung, phương pháp tam giác laser trực tiếp đơn giản hơn trong thuật toán hình học so với phương pháp tổng hợp laser. Trong công nghiệp, phương pháp phạm vi laser trực tiếp thường được sử dụng.
So với phạm vi laser pha và tần số điều chế laser laser liên tục, phạm vi laser tam giác có nhiều lợi thế, chẳng hạn như cấu trúc đơn giản, tốc độ kiểm tra nhanh, sử dụng linh hoạt và thuận tiện, vv Bề mặt mục tiêu được đo, phương pháp khác nhau này thường phù hợp với công việc gần trong nhà, nó không phù hợp để làm việc trong nền ánh sáng mạnh ngoài trời hoặc trong nhà. Do đó, phạm vi ứng dụng của phạm vi laser tam giác chủ yếu là phép đo dịch chuyển nhỏ, được sử dụng rộng rãi trong phép đo đường viền bề mặt đối tượng, chiều rộng, độ dày và các đại lượng khác, như thiết kế bề mặt mô hình cơ thể, cắt laser, cào căm, v.v. trong ngành công nghiệp ô tô.
