متر لیزری چیست و کاربرد متر لیزری کجاست ؟
فاصله سنج لیزری وسیله ای است که از پرتوهای لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده میکند. رایج ترین نوع متر و 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 دلیل سرعت زیاد 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 .
طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که در رادارهای معمولی استفاده می شود. یک تپ لیزری YAG و یا CO2 به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. سپس تپ ارسالی به هدف مورد نظر خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با اندازه گیری مدت زمانی که زمان می برد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید.
فاصله یاب لیزری
لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. درحال حاضر از لیزرها به عنوان تجهیز ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و ... استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای نجات از پدافندهای مجهز به لیزر باید در ارتفاع کم و با سرعت زیاد حرکت کنند، لذا خلبان ممکن است فقط چند ثانیه برای پیدا کردن هدف ، نشانه گیری و انداختن مهمات خود دقت داشته باشد. با یک لیزر باکیفیت، این کار می‌تواند تقریبا بطور لحظه ای با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین در سرعتهای خیلی زیاد هم هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند 10 تا 20 بار در ثانیه انجام شود. درنتیجه آخرین اطلاعات به صورت کامل در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند
متر لیزری یک ابزار دوری سنج لیزری هست که با استفاده از پرتو لیزر برای یافتن فاصله و دوری پدیده‌ها استفاده می کند. رایج ترین نوع متر لیزری یا فاصله سنج لیزری براساس زمان پرواز نمونه از طریق فرستادن یک پالس لیزر در یک باریکه پرتو به سوی جسم و اندازه‌گیری زمان پرتو تا بازگشت به فرستنده کار میکند. به خاطر سرعت بالای نور از مترهای لیزری برای اندازه گیری‌های با دقت کمتر از میلیمتر استفاده نم شود و اغلب از روش های سه گوشه سازی و ر... استفاده می شود.
اندازه گیری فاصله با لیزر معمولا از طریق روشهای زیر انجام می‌شود:
۱-مشخص کردن زمان رفت و برگشت یک تپ (پالس) قوی لیزری از مبدأ تا هدف.
۲-با استفاده از تداخل سنجی (یعنی یک باریکه لیزر به هدف برخورد کرده و خودش جمع شود و از روی فریزهای تداخلی اندازه‌گیری انجام می‌شود)
لازم به ذکر است که استفاده از این روشها اگر هدف ما خاصیت بازتاب نداشته باشد، بدون فایده خواهد بود.
پالس در مترهای لیزری چیست؟
پالس ممکن است به روشی کدگذاری شود که احتمال آن باشد که در طول مسیر دچار پارازیت شود و اندازه فاصله اندازه گیری شده کم شود. این امر با استفاده از تکنیک‌های اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت‌های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می‌شود.
دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده مشخص می گردد. نوعی از متر لیزری که از پالس‌های لیزری خیلی سریع استفاده میکند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می‌تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.
حوزه تغییر در مترها و فاصله سنج های لیزری
این پدیده به دلیل مجاورت با مولکول های هوا که مانند لنزی که تغییراتی در حدود اندازه‌های میکروسکوپی تا تقریباً نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند عمل می‌کنند ایجاد می‌شود.
گاهی وقت ها در هنگام استفاده از مترهای لیزری و مترهای نوری برای فاصله سنجی، نورهای لیزری ممکن است که از طریق شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء برگشت داده شوند و باعث می شود که مقدار فاصله زودتر و کمتر و با دقت کمتری اندازه گیری شود. همچنین در فاصله های بیشتر از ۳۶۵ متر هم اگر هدف در مجاورت زمین باشد احتمال دارد به راحتی در یک سراب ناپدید شود، سراب ها معمولا به دلیل تغییرات دمای هوا در مجاورت زمین ایجاد می شود و باعث خمیدگی نور لیزر می‌شود.
نحوه محاسبه فاصله از طریق مترهای لیزری
فاصله بین نقطه A وB طبق رابطه زیر ارائه شده است:
D=ct/2
که c سرعت نور در اتمسفر می باشد و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.
t= φ/ω
که تأخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می‌شود ω فرکانس زاویه‌ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم
D=ct/2،D=۱/۲ ct=۱/۲ c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+
در این رابطه U به عنوان واحد طول، Δφ به عنوان تأخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسی‌مال ΔN=φ/ω هستند.
فناوری‌های استفاده شده در متر لیزری
زمان پرواز: زمان مصرف شده برای طی کردن یک پالس نور برای فاصله رفت و برگشت تا هدف. با اطلاع از سرعت نور و اندازه‌گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می‌شود. در زمان اندازه گیری فاصله توسط مترهای لیزری تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می‌شود. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان‌بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.
انتقال فاز چند فرکانسی: این روش اندازه گیری فاصله، انتقال فاز فرکانس‌های چندگانه بازگشتی را اندازه‌گیری میکند وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه‌گیری نهایی حل میکند.
تداخل: مفیدترین و دقیق ترین روش برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق می باشد.
پرونده: یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار می شود. این دستگاه فاصله سنج لیزری حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی میکند.
کاربردها
نظامی
این تصویر یک سرباز است در حال استفاده از دوربینهای دو چشمی هست که دارای یک مترلیزری می باشد که برای اهدافی که دورتر از فاصله شلیک مستقیم هستند برای تیراندازها و توپخانه‌ها فراهم می‌کنند. نظامیان می توانند برای تلفیق و مهندسی نظامی هم از این تجهیزات لیزری استفاده شوند.
فاصله سنج‌های نظامی دستی در محدوده‌های ۲ تا ۲۵ کیلومتری عمل می‌کنند و با دوربینهای دو چشمی و تک چشمی ترکیب می‌شوند. زمانی که فصله سنج از طریق یک قطب نمای مغناطیسی دیجیتال (DMC) و انحراف سنج ترکیب شود می‌تواند گرای مغناطیسی، شیب، و ارتفاع (طول) اهداف را فرا هم کند. برخی از مترهای لیزری همچنین می‌توانند سرعت اهداف را نسبت به مشاهده کننده تعیین کند. برخی دیگر از مترهای نوری یا مترهای لیزری کابل یا ارتباط بی‌سیمی دارند که آنها را قادر می‌سازد که داده هایشان را به سایر تجهیزات مثل رایانه ی کنترل آتش بفرستند. برخی مدلها نیز امکان اضافه کردن انواع دید در شب را ارائه می‌کنند. اکثر متر لیزری از باتریهای استاندارد یا قابل شارژ استفاده می‌کنند.
مدلهای قویتر فاصله سنج‌ها فاصله را تا ۲۵ کیلومتر اندازه می‌گیرند و به طور معمول روی سه‌پایه یا مستقیماً روی یک خودرو یا شاسی توپ جنگی نصب می‌شوند. در موارد امروزی تر مدلهای مترهای لیزری با تجهیزات دمایی مداری و دید در شب و روز ترکیب می‌شوند. اکثر مترهای لیزری پیشرفته نظامی توانایی این را دارند که 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 داده‌اند. برخی از اشیا نمی توانند نور لیزر را به راحتی بازتاب کنند و استفاده از فاصله سنج لیزری روی آنها دشوار است.
تولید مدل سه‌بعدی
این پویشگر (scanner) لیدار می‌تواند برای پویش ساختمان‌ها، بناهای سنگی و… به منظور تولید یک مدل 3D استفاده شود. LIDAR می‌تواند پرتو لیزری خود را در محدوده‌های وسیع هدایت کند: سر آن افقی می‌چرخد، یک آینه عمودی حرکت میکند. پرتو لیزری جهت سنجش فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می‌شود.
این پویشگر scanner) LIDAR) می‌تواند برای پویش ساختمان‌ها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدل سه‌بعدی استفاده شود. لیدار پرتوهای لیزری خود را می‌تواند در محدوده‌های وسیعی هدایت کند: سر آن افقی می‌چرخد، یک آینه عمودی حرکت میکند. پرتو لیزری جهت سنجش فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می‌شود.
فاصله سنج‌های لیزری در شناسایی و ساختن مدل سه‌بعدی از اجسام و نیز در انواع زیادی از رشته‌های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه‌ای به طرز گسترده‌ای استفاده می‌شود. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه‌بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می‌دهند. در مقایسه با ابزارهای نظامی بررسی شده در فروشگاه اینترنتی 31774،متر لیزری توانایی‌های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالت‌های یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه‌ای ارائه می‌کنند.
تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده‌هایی که از زوایای متفاوت از یک جسم دریافت شده‌اند به منظور تولید مدلهای سه‌بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته‌اند. یکی از ویزگی هایی که فاصله سنج‌های لیزری و متر لیزری نسبت به سایر روشهای تولید مدلهای سه بعدی رایانه‌ای دارند، این است که در صورت استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده با لیدار، دیگر نیازی به توجیه کردن دو تصویر نسبت به همدیگر و تناظریابی عوارض موجود در دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی) نیست.
فاصله سنج‌های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه‌ای استفاده می‌شوند معمولاً توانایی اندازه‌گیری فاصله را با دقت یک دهم میلیمتر یا بهتر دارا هستند. با استفاده از فناوری (techniques) سه گوشه سازی یا اندازه‌گیری شکست می‌توان به این هدف رسید.
سایر کاربردهای مترلیزری
از مترهای لیزری می‌توانند به طور مؤثر در ورزشهای متفاوتی که به اندازه‌گیری دقیق فاصله احتیاج دارند استفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی و همچنین یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه‌های مدیریت انبار و فرایندهای تولید در صنعت فولاد است.
ابزار اندازه‌گیری لیزری
فاصله سنج‌های لیزری همچنین می‌توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند. در صورتی که برای اندازه‌گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه‌گیری لیزری می‌توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد. ابزار اندازه‌گیری لیزری عموما توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.