位相レーザー距離計の原理と応用

位相レーザー距離計の原理と応用

位相レーザー距離計は、レーザービームの振幅を変調し、変調光が測定ラインを1往復することで生じる位相遅延を測定し、この位相遅延で表される距離を変調光の波長に応じて変換します。つまり、光が往復測定ラインを通過するのに要する時間を間接的に測定します。

位相レーザー距離計は、一般的に精密測距に使用されます。一般的にはミリメートルレベルの高い精度のため、信号を効果的に反射し、測定対象を機器の精度に見合った特定のポイントに限定するために、この種の距離計には、協調ターゲットと呼ばれるミラーが装備されています。

変調光の角周波数がωで、測定対象距離dの往復で発生する位相遅延がφの場合、対応する時間tは次のように表すことができます。

t=φ/ω

この関係を式(3-6)に代入すると、距離dは次のように表される。

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)

=c/4f (N+ΔN)=U(N+)

どこ：

Φ —— 信号が測定ラインから一度に往復することによって生じる合計位相遅延。

Ω - 変調信号の角周波数、Ω=2π f。

U 単位の長さ、値は 1/4 変調波長に等しくなります。

N——測定ラインに含まれる変調半波長の数。

Δ φ —— 信号が測定ラインを一度に往復するときに位相遅延が π 未満になる部分。

ΔN——測定ラインに含まれる変調波の小数部分は波長の半分未満です。

ΔN=φ/ω

与えられた変調と標準大気条件下では、周波数c/(4πf)は定数であり、このとき、距離測定は、測量線に含まれる半波長の数の測定と半波長未満の分数部分の測定、つまりNまたはφの測定になります。現代の精密加工技術と無線位相測定技術の発達により、φの測定は高精度に達しています。

π 未満の位相角 φ を測定するには、さまざまな方法を使用できます。通常、遅延位相測定とデジタル位相測定が最も広く使用されており、短距離レーザー距離計はすべてデジタル位相測定原理を使用して φ を取得します。

一般的に、位相レーザー距離計は、変調信号によるレーザービームの連続放射を使用し、高い測距精度を得るためには、協力ターゲットを装備する必要があります。ハンドヘルドレーザー距離計は、パルスレーザー距離計のもう1つの新しい距離計であり、サイズが小さく軽量であるだけでなく、デジタル位相測定パルス拡大細分化技術も採用しており、協力ターゲットなしでミリメートルレベルの精度を実現し、測定範囲は100メートルを超え、距離を迅速かつ正確に直接表示できます。これは、短距離精密工学調査および建築建設区域調査における最新の長さ測定標準機器です。現在最も広く使用されているのは、ライカが製造するDISTOシリーズのハンドヘルドレーザー距離計です。