激光测距实验报告

1、一、激光测距简介：激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着 重要作用。由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整 方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。激光器与普通光源有显著 的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的 特点：激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。若激光 是脉冲发射的，一般绝对

2、精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精 度。世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首 先研制成功的。美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。1961 年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就 进入了实用联合体。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学 测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克， 飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。 它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、

3、定位;激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、定位;二维激光测距仪(Scanning Laser Range finder) 用于轮廓测量，定位、区域监控等领域； 三维激光测距仪(3D Laser Range finder) 用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。激光测距-方法激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的 过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测 距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被 测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外， 此类测距仪的测量盲区一般是1

4、5米左右。二、实验目的：1、对激光测距仪的构成具有一定认识；2、了解激光测距的发展过程；3、了解激光测距的工作原理；4、由激光测距仪的原理动手测量一段距离，了解换算过程，增强动手能力。三、相位式激光测距仪原理激光测距仪的测距原理是：由激光器对被测目标发射一个光信号，然后接受 目标反射回来的光信号，通过测量光信号往返经过的时间，计算出目标的距离。设目标的距离为L，光信号往返所走过的距离即为2L贝0：=2L /c艮即 L =ct/2 （1）式中c 一光在空气中的传播速度c3X10 m/s；一光信号往返所经过的时间，S；L 一检测目标的距离，rn。测距仪由激光器发出按某一频率变化的正弦调制光波，光波

5、的强度变化规律 与光源的驱动电源的变化完全相同，发出的光波到达被测目标，通常这种测距仪 都配置了被称为合作目标的反射镜，这块反射镜能把入射光束反射回去，而且保 证反射光的方向与入射光方向完全一致。在仪器的接收端获得调制光波的回波， 经鉴相和光电转换后，得到与接受到的光波调制频率相位完全相同的电信号，此 电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测 相位差就可算得所测距离。假设正弦调制光波往返后相位延迟一个中角，又令激光调制频率为，则光 0波在被测距离上往返一次所需时间t为：t 二平 / %把上式代入测距公式（1）中，得到：L = c 甲 /2o0而中二N x 2K+A

6、p，所以被测距离L为：L = c（N x 2兀x甲）/加0 =气（N+甲/2兀）=L0（N+AN）式中一光尺，L0=c/2f0 ；AN = A（p/2k0显然，只要能够测量出发射和接收光波之间的相位差，就可确定出距离L的 数值。但目前任何测量交变信号相位的方法，都不能确定出相位的整周期数n，只能测定不是2兀的尾数中，由于N值不确定，故距离L就成为多值解。既然 相位测量可以确定被测量的尾数，那么，利用两种光尺同时测量同一个量，则可 以解决多值问题。系统中用两把精度都是1%。的光尺，其中一把光尺的Loi=0. 1 m，另一把光尺的L02=10 m，分别测量同一距离，然后把测得的结果，相互组合 起来

7、即可。比如：距离为2. 047 m，用Loi光尺测量得到不足0. 1的尾数0. 047 m， 用乙皿光尺测量得到不足10 m的尾数为2 m，把两个光尺相加起来的读数为 2. 047 m 。四、实验设备及元器件：激光发射器分光镜反光镜接收器2只电子示波器五、实验原理：由激光发射器发射一束激光。经过分光镜后一束射向前方反光镜后，有信号 接收器A接受，另一束直接由信号接收器B接收，两个信号接收器与激光发射 器处于同一平面上。通过示波器观察出两束光波的相位变化，得到两束光接收到 的时间差，通过计算算得激光发射器与反光镜的距离。六、实验装置图:接收器A六、实验装置图:接收器A七、实验内容与步骤：1、连接

8、实验设备，将各实验器材放在实验台的相对位置上，调整分光镜、 反光镜、接收器，使接收器能够准确的接收到两束光。2、确认各个实验器材的位置，使接收器能够准确的接收到两束光，3、通过观察电子示波器中出现的两个波形图，得到两束光接收到相差的时 间差s。4、计算：设激光发射器与反光镜距离为a，接收器B与分光镜距离为b，分光镜与反 光镜距离为c，反光镜与接收器A的距离为d，激光发射器与分光镜距离为e。设Sb与S已知，S = (S + S d - S b )/2 + S，S + Sd = c x s代入解得Sa八、实验数据计算本次试验测得13ns；S = (S + S - S )/2 + S = (3x 108 x 12x 10-9 - 0.1)/2 + 0.2 = 1.95ma c d be九、知识拓展:激光测距仪-品牌及分类手持激光测距仪测量距离一般在200米内，精度在2mm左右。这是目前使用范围最广的激 光测距仪。在功能上除能测量距离外，一般还能计算测量物体的体积。望远镜式激光测距仪测量距离一般在600-3000米左右，这类测距仪测量距离比较远，但精度相对 较低，精度一般在1米左右。主要应用范围为野外长距离测量。工业激光测距仪测量距离在0.5-3000米左右，精