فاصله سنج لیزری
 |
در متن این مقاله از هیچ منبع و مأخذی نام برده نشده‌است. شما می‌توانید با افزودن منابع برطبق اصول اثبات‌پذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به ویکی‌پدیا کمک کنید. مطالب بی‌منبع احتمالاً در آینده حذف خواهند شد. |
فاصله سنج لیزری وسیله ای 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 می روند .
محتویات[نهفتن] |
[ویرایش] پالس
پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. این امر با استفاده از تکنیک‌های اثر داپلر اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت‌های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می شود.
دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می شود. نوعی که از پالس‌های لیزری خیلی سریع استفاده میکند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.
[ویرایش] 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 می کنند که تغییراتی در حدود اندازه‌های میکروسکوپی تا تقریبا نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می شود.
این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه‌های متقاطع بهم می پیوندد 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 می شود.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 می آید.
تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند
[ویرایش] محاسبات
فاصله بین نقطه A وB با رابطه زیر داده شده
D=ct/۲
که c سرعت نور در اتمسفر و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.
t= φ/ω
که تاخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می‌شود ω فرکانس زاویه ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم
D=ct/۲,D=۱/۲ ct=۱/۲ c·φ/ω=c/(۴πf) (Nπ+Δφ)=c/۴f (N+ΔN)=U(N+
در این رابطه U به عنوان واحد طول ، Δφ به عنوان تاخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسیمال ΔN=φ/ω هستند.
[ویرایش] تمییز دادن
بعضی ابزار قادرند که بین چند انعکاس را تشخیص دهند، مانند بالا.این ابزار از آشکارسازهای مشخص کننده شکل موج استفاده میکنند به طوری که می توانند مقدار نور بازگشتی در یک زمان مشخص را تعیین کنند، که معمولاً خیلی کوتاه است.شکل موج یک پالس لیزر که به یک درخت و سپس به زمین برخورد میکند دو پیک خواهد داشت. اولین پیک فاصله تا درخت خواهد بود و دومی فاصله تا زمین.
توانایی ابزارهای سوار شده بر هواپیما برای تشخیص درون سایه‌های غلیظ و سطوح نیمه انعکاسی دیگر مانند اقیانوس کاربردهای زیادی را برای ابزارهای حمل و نقل هوایی تامین می کند، مانند :
ساختن "زمین عریان"، نقشه‌های مکان نگاری شده با حذف درختان
ساختن نقشه‌های دارای تراکم گیاهی
عمق سنجی (اندازه گیری مکان نگاری زیر اقیانوس)
خطر آتش جنگل ها
تهدید شسته شدن موانع جزایر
[ویرایش] فن آوری‌ها
زمان پرواز: زمان صرف شده برای یک پالس نور برای طی کردن فاصله رفت و برگشت تا هدف. با دانستن سرعت نور و اندازه گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می شود.تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می‌شود که معمولاً پاسخ متوسط مورد استفاده قرار می گیرد. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.
انتقال فاز چند فرکانسی:این روش، انتقال فاز فرکانس‌های چندگانه بازگشتی را اندازه گیری میکند وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه گیری نهایی حل میکند .
تداخل:دقیق‌ترین و مفیدترین تکنیک برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق.
تصویر:یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار شده است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می کند.
[ویرایش] کاربردها:
[ویرایش] نظامی
یک تیر انداز ماهر هلندی در حال استفاده از دوربینهای دو چشمی فاصله سنج لیزری و تفنگ مگنام فاصله سنج‌ها یک فاصله دقیق را برای اهدافی که دورتر از فاصلهٔ شلیک مستقیم هستند برای تیراندازها و توپخانه‌ها فراهم می کنند. آنها همچنین می توانند برای تلفیق و مهندسی نظامی هم استفاده شوند.
فاصله سنج‌های نظامی دستی در محدوده‌های ۲ تا ۲۵ کیلومتری عمل می کنند و با دوربینهای دو چشمی و تک چشمی ترکیب می شوند. وقتی فصله سنج با یک قطب نمای مغناطیسی دیجیتال (DMC) و انحراف سنج ترکیب شود می تواند گرای مغناطیسی، شیب، و ارتفاع (طول) اهداف را فرا هم کند. بعضی از فاصله سنج‌ها همچنین می توانند سرعت اهداف را نسبت به مشاهده کننده تعیین کنند. بعضی دیگر از فاصله سنج‌ها کابل یا ارتباط بیسمی دارند که انها را قادر می سازد که داده هایشان را به سایر تجهیزات مثل رایانهٔ کنترل آتش بفرستند.بعضی مدلها همچنین امکان اضافه کردن مدلهای دید در شب را ارائه می کنند.اکثر فاصله سنج‌ها از باتریهای استاندارد یا قابل شارژ استفاده می کنند.
مدلهای قویتر فاصله سنج‌ها فاصله را تا ۲۵ کیلومتر اندازه می گیرند و به طور معمول روی سه پایه یا مستقیما روی یک خودرو یا شاسی توپ جنگی نصب می شوند.در موارد امروزی تر مدلهای فاصله سنج با تجهیزات دمایی مداری و دید در شب و روز ترکیب می شوند.اکثر فاصله سنج‌های پیشرفته نظامی می توانند با رایانه‌ها ترکیب شوند.
برای کم اثر کردن فاصله سنج‌های لیزری و اسلحه‌های ردیاب لیزری در برابر اهداف نظامی، نیروهای نظامی متفاوت رنگ‌های جذب کننده لیزر را برای وسایل نقلیه خود گسترش داده اند. بعضی از اجسام نور لیزر را خیلی خوب بازتاب نمی کنند و استفاده از فاصله سنج لیزری روی آنها دشوار است.
[ویرایش] مدلسازی سه بعدی
این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و ... به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده‌های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.
فاصله سنج‌های لیزری به شدت در شناسایی و مدلسازی اجسام سه بعدی و انواع زیادی از رشته‌های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه ای استفاده می شوند. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می دهند.در مقایسه با ابزارهای نظامی توصیف شده در بالا فاصله سنج‌های لیزری توانایی‌های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالتهای یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه ای ارائه می کنند.
تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده هایی که از زوایای متفاوت از یک جسم دریافت شده اند به منظور تولید مدلهای سه بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته اند.یکی از مزیتهایی که فاصله سنج‌های لیزری نسبت به سایر روشهای تصویر مجازی رایانه ای دارند این است که رایانه نیازی به مرتبط کردن خصوصیات دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی)ندارد.
فاصله سنج‌های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه ای استفاده می شوند معمولاً وضوح عمق با دقت یک دهم میلیمتر یا کمتر را دارند.با استفاده از فنهای(techniques) سه گوشه سازی یا اندازه گیری شکست می توان به این هدف رسید.
[ویرایش] ورزشها
فاصله سنج‌های لیزری می توانند به طور موثر در ورزشهای متفاوتی که به اندازه گیری دقیق فاصله احتیاج دارند استفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی.
[ویرایش] فرآیندهای تولید صنعتی
یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه‌های مدیریت انبار و فرآیندهای تولید در صنعت فولاد است.
[ویرایش] ابزار اندازه گیری لیزری
فاصله سنج‌های لیزری همچنین می توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند.در حالیکه برای اندازه گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه گیری لیزری می توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد.ابزار اندازه گیری لیزری نوعا توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.
[ویرایش] ایمنی
فاصله سنج‌های لیزری برای مشتریان، دستگاههای لیزری کلاس یک هستند و بنابراین برای چشم ایمن شناخته می شوند.بعضی از فاصله سنج‌های لیزری برای استفاده‌های نظامی از سطح انرژی کلاس یک تجاوز می کنند.