光电检测总结.doc

2.3.:　激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。 　　D=ct/2 式中： 　　D——测站点A、B两点间距离； 　　c——光在大气中传播的速度； 　　t——光往返A、B一次所需的时间。 　　由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。 　　相位式激光测距仪 　　相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如下图所示。 图为相位式激光测距仪测距原理图 　　相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。 　　若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为： 　　t=φ/ω 　将此关系代入上式距离D可表示为： 　　D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中： 　　φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。 　　ω——调制信号的角频率，ω=2πf。 　　U——单位长度，数值等于1/4调制波长 　　N——测线所包含调制半波长个数。 　　Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。 　　ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。 　　ΔN=φ/ω 　　在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。 为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。 视差 (PARALLAX)指摄影机中观景窗和镜头所取到的景框的差异。 观测者在两个不同位置看同一天体的方向之差。比如，当你伸出一个手指放在眼前，先闭上右眼，用左眼看它；再闭上左眼，用右眼看它，会发现手指相对远方的物体的位置有了变化，这就是从不同角度去看同一点的视差。视差可用观测者的两个不同位置之间的距离（基线）在天体处的张角来表示。 因为人的左、右眼有间距，造成两眼的视角存在细微的差别，而这样的差别会让两只眼睛分别观察的景物有一点点的位移。人类之所以能够产生有空间感的立体视觉效果，恰恰就是这种在医学上被称之为视差的位移，在大脑中的有机合成。大开眼界，其实就是视差的作用结果。 ⑴视差是在光学实验的调整过程中，随着眼睛的晃动（观察位置稍微改变），标尺与被测物体之间产生相对移动，造成难以进行准确的实验测量的一种现象。 视差产生的原因：由于度量标尺（分划板）与被测物体（像）不共面，使得当眼睛晃动（观察位置稍微改变）时，标尺与被测物体之间会有相对移动。 视差就是指你所见到的物体与物体的客观形态有一定差距。 消除的办法就是调整目镜（也就是对焦），一直调整到眼睛在目镜中上下移动，而目镜中的十字丝一直都是重合的，不会出现影像。 视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角，叫做这两个点的视差，两点之间的距离称作基线。只要知道视差角度和基线长度，就可以计算出目标和观测者之间的距离。 消视差的方法：若待测像与标尺（分划板）之间有视差时，说明两者不共面，应稍稍调节像或标尺（分划板）的位置，并同时微微左右或上下晃动头部，做到不管眼睛离瞄准具的远近、左右、上下，瞄准线看来一直会是固定在目标上的同一点，直到待测像与标尺之间无相对移动，即无视差 如图2.1所示，直射式激光三角法测量是利用入射光点与反射光点所满足的几何光路，再运用相似三角形各边之间的比例关系，求得被测物体厚度： 式中，ｌ为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；ｌ′为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；α为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角； β为探测器与接收透镜光轴之间的夹角；Ｌ为像点位移量；ｘ为物面位移量．当被测物表面Ａ位于零参考面之上时取“－”，被测物表面Ｂ位于零参考面之下时取“＋”。 由（1）式可知，激光三角法测量精度与Ｌ、ｌ、ｌ′、α、β有关．在实际应用中，激光器、探测器ＣＣＤ和光学系统（如会聚透镜、接收透镜）固定在一起作为测量探头，ｌ′和β是固定常数．因此，Ｌ、ｌ和α是影响精度的主要因素。 图2.1 激光三角法测量原理图 2.1.2非接触高精