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任务3光电测距

【任务描述】

作为工程测量人员，要掌握光电测距的过程和计算公式的工作。

活动1光电测距的原理

【活动目标】掌握光电测距的原理

【基本知识】

一、光电测距简介

前面介绍的钢尺量距，作业工作十分繁重，而且效率较低，在山区或沼泽地区使用钢尺更为困难。视距测量精度又太低。为了提高测距速度和精度，随着科学技术的进步，在20世纪40年代末人们就研制成了光电测距仪。它具有测量速度快、方便，受地形影响小，测量精度高等优点，现已逐渐代替常规量距，如今，光电测距仪的应用，大大提高了作业的速度和效率，使测边的精度大为提高。

光电测距仪按测程划分有：短程测距仪(≤5km)、中程测距仪(5～15km)、远程测距仪(15km以上)；按测量精度划分为：I级(1mDI一5mm)、Ⅱ级(5mm。ImDl≤lOmm)和Ⅲ级(ImDI≥lOmm)(ImDI为lkm测距的中误差)；按采用载波划分有：微波测距仪、激光测距仪和红外测距仪。

二、光电测距仪测距的原理

如图4—13所示，光电测距的原理是以电磁波(光波等)作为载波，通过测定光波在测线两端点间的往返传播时间￡：D，以及光波在大气中的传播速度c，来测量两点间距离的方法。若电磁波在测线两端往返传播的时间为t：口，光波在大气中的传播速度为c，则可求出两点间的水平距离D。

图4-1

图4-13光电测距原理

D=1/2c*t2D(4—11)

式中：c——光波在大气中的传播速度。(c。为光波在真空中的传播速度，反射棱镜

其值为299792458m／s；n为大气折射率，是大气压力、温度、湿度的函数)；

f：D——光波在被测两端点间往返传播一次所用的时间(s)。

从式(4—11)可知，光电测距仪主要是确定光波在待测距离上所用的时tzD，据此计算出所测距离。因此测距的精度主要取决于测定时间t：D的精度，时间￡zD的测定可采用直接方式，也可采用间接方式，如要达到±1em的测距精度，时间量测精度应达到6．7×10‘11s，这对电子元件的性能要求很高，难以达到。根据测定光波传播时间‰的方法，光电测距仪可分为脉冲式和相位式两种。

【想一想】

1、光电测距的基本原理是什么？

活动2常用光电测距仪

【活动目标】掌握光电测距仪的使用方法

【基本知识】

一、脉冲式光电测距仪

脉冲式光电测距仪是由测距仪发射系统发出脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，直接测定脉冲在待测距离上所用的时间t：。，即测量发射光脉冲与接收光脉冲的时间差，从而求得距离的仪器。

脉冲式光电测距仪具有功率大、测程远等优点，但测距的绝对精度较低，一般只能达到米级，不能满足地籍测量和工程测量所需的精度要求。目前具有高精度测距的是相位式光电测距仪。

二、相位式光电测距仪

相位式光电测距仪是将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差，通过测定相位差来测定距离的仪器。

光源灯的发射光管发出的光会随输入电流的大小发生相应的变化，这种光称为调制光。随输入电流变化的调制光射向测线另一端的反射镜，经反射镜反射后被接收系统接收，然后由相位计将反射信号(又称参考信号)与接收信号(又称测距信号)进行相位比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移西，将调制光在测线上的往程和返程展开后，得到如图4—14所示的波形。

由图4—14可知，调制光往返程的总位移中为：

(4—12)

图

图4-14相位法测距往返波形展开示意图

式中：N—调制光往返程总位移的整周期个数，其值可为0或正整数；

△Φ—不足整周期的相位移尾数，其值21T；则筹为不足整周期的比例数。

对应的距离值为：

D=1(Nλ+△λ)=λ/2(N+△λ/λ)(4—12)

式中：N—调制光往返程总位移的整周期个数，其值可为0或正整数；

λ—调制光的波长；

△λ—不足一个波长的调制光的长度。

此为相位式光电测距仪的基本测距公式。式中的A可看成是一根“光尺”的长度，光电测距仪就是用这根“光尺”去量距。式中的N表示“光尺”的整尺段数，△A为不足一根“光尺”长的余长值。因此竿必然是小于1的数，A所对应的相位移为2叮T，△A所对应的相位移为△函，故：

△λ/λ=△Φ/2

△λ=λ*△Φ/2

因而相位式光电测距仪中的相位计只能测定全程相位移尾数△中，丽无法测定整周期数N。因此，在相位式光电测距仪中，可采取发射两个或两个以上不同频率的调制光波，