红外测距仪的原理及其应用

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1、万方数据<红外)月刊2003年红外测距仪的原理及其应用l_应用按载波的不同，电磁波测距仪分为光电测距仪和微波测距仪；在光电测距仪中，又按光源的不同．分为激光测距仪和红外测距仪。光电测距仪是以光波运载测距信号测量两点间距离的一种测距方法。与传统的用钢尺测量距离的方法相比较，光电测距具有精度高、灵活机动、作业迅速及受地形影响小等特点。光电测距技术自上世纪60年代以来得到了迅速的发展，特别是采用半导体红外光源的红外光电测距仪(以下简称红外测距仪)，已成为城市及各种工程中常用的测量工具。2．构造红外测距仪主要由调制光发射单元、接收单元

2、，测相单元、计数显示单元、逻辑控制单元和电源变换器等部分组成，图1所示为其组成框图。其光源通常为砷化镓(GaAs)半导体发光二极管(见图2)。当有相当大的电流正向通过GaAs二极管的P—N结时，P—N结里就会发射出波长为O72pm～o94，删的近红外光，这是由于在掺杂的GaAs半导体中电子一空穴复合时，过剩的能量以光子形式放出而产生的。而且所射出的光强会随着注入电流的变化而变化。因此将它作为测距仪的光源，便可以通过改变馈电电流的大小对射出的光强直接进行幅度调制，即这种半导体发光器件兼有“辐射”一“调制”双重功能。用于接收调制光

3、的红外光电探测转换器件通常为硅光敏二极管或雪崩式光敏二极管．这些器件具有“光电压效应”。当外来光照射到它的P—N结上时，由于光电能量转换的效应能在P—N两极产生一个电位差，其大小会随入射光的强弱而变化，从而起到“退调制”的作用。3．原理在图1中，由主控振荡器(即主振)产生的调制信号频率f，经放大后加到GaAs发光管，经电流调制出射红外调制光，从发射光学系统出射射向镜站的反光镜；经反射后，回光被接收光学系统所接收，到达硅光敏二极管；经过光电转换，得到高频的测距信号。为了提高相位测量的精度和仪器的稳定性，机内又设置了本机振荡器(本

4、振)，其频率为，’=，士，△(f△为几个千赫的中频)。利用差频原理将高频测距信号与本振信号同时输入到混频I，获得中频f△的测距信号c。但它保留着在测线上往返所形成的相位差△≠。与此同时，在混频II中，本振与主振信号不经测线直接在机内会合，从而可以得到用于比相的中频基准信号(参考信号)e。两者经过选频放大和整形后输入到检相器比相，得到相位差。最后通过运算和显示系统直接给出所测的距离值。由于受到机内光学和电子线路附加相移△≯的影响，事实上对测线上往返的光波所测得的结果，既包含了2s距离上的相位差，又有机内附加相移的部分，即△吩h=

5、△毋：s+△庐。睦活动棱镜图2为了除去附加相移△曲的影响，测距仪中又设置了“内光路”，藉活动棱镜A和光导管，能使调制光直接进(下转封三)INFRARED(MoNTHLY)／MAR2003万方数据f上接幕48万)入接收系统而不向外山射。显然，取“内”、“外”两路的相位差之差，批能获得所需的相位差△审2s及所测的距离。所以，『：一台红外测距仪中，不仪有“精”．“粗”频率的交替(如果仪器设置两个以上的调制频率)，而且当每个频率丁作时，又还包括“内”、“外”两种光路的变替。在自动化的红外测距仪中．就设置有逻辑指令屯路进行程序控制。近些

6、年研制的新颖测距仪更采用了微处理机系统，不仅能完成上述的程序控制，而阿还开发了其他多种自动测试功能，包括进行多种方式测z巨、归算Ll及自我检测等．使川起来十分方便。4．特点测距仪的反光镜为快棱镜。它是立方体玻璃的一个角，其宵二三个相互乖直的反射角，故又称为角反射器。其止I句有加工戚矩形或圆形的不同品种。棱镜式反射器的主要特点是反射光线平行于入射光线，而且使川多块棱镜组台的反光镜，能使回光叠加。所以作业时要按测距的远近选用不同块数的反光棱镜组台。拒安置反光镜时，不要求严格对准主机的方向，川日估准即可。在测距仪的各项技术指标中，仪

7、器的测程和精度是最主要的。测程系指仪器满足设计精度要求所能删得的最远距离，它与大气通视条件和所用反光棱镜块数有关。红外测距仪的测程一般为(15km～5km，最远的达到10kⅢ～15k1，·。精度系指仪器的测距精度，足指一测回的中误差。“一测回”是指瞄准反光镜一次，连续进行儿次读数取平均成。由于仪器作业时有测相和电子尺长等不同陛质误差的t錾响，因此仪器测距中误差一般表示为：m=土∞+BIo川s)，式中：A是测距仪的常误差，它与距离远近无关，主要是反映r测干丌误兰的影响；B是与距离成比例的系数；B10“s则为比例误差。两者相加就是

8、测距的中误差。红外测距仪的常误差～般为(士3～土10)mm，其比例误差则为(1～5)×10一’。有些短程的仪器，其出厂的精度指标并不作两种曝差指标的区分，仅给出一个测距中误差数值，例如1n=士loJⅢn。5．结语红外测FE仪的机型很多，有从瑞舆、瑞十、日本等发达国家进厂『的；