บทความจะแสดงให้คุณเห็นเกี่ยวกับเลเซอร์
2023-02-13
จากข้อมูลของ Maims Consulting ไม่นานหลังจากเลเซอร์ทับทิมแรกของโลกออกมาในปี 1960 เทคโนโลยีเลเซอร์ที่มีความแม่นยำตั้งแต่เป้าหมายหลักเกิดขึ้น การใช้เลเซอร์ * * ถูกนำมาใช้ในกองทัพมาเป็นเวลานานและจากนั้นด้วยความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงที่แข็งแกร่งและความแม่นยำสูงมันมีบทบาทอย่างมากในหลาย ๆ ด้านเช่นการบินและอวกาศการสำรวจและการทำแผนที่อุตสาหกรรมพลังงานลมการขนส่งที่ชาญฉลาดการผลิตอุตสาหกรรมและอื่น ๆ
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและการมองเห็นของเครื่องจักรความหลากหลายของเลเซอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการตรวจจับแบบไม่ติดต่อที่สำคัญมากในแอปพลิเคชันหลายอย่างเช่นการตรวจจับการวัดและการควบคุม ในเวลาเดียวกันเลเซอร์ที่มีอยู่ในฐานะที่ตั้งของเทคโนโลยีระดับสูงเช่นการวัดความเร็วด้วยเลเซอร์การติดตามเลเซอร์การถ่ายภาพเลเซอร์สามมิติและเรดาร์เลเซอร์ (LIDAR) ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ MIMES Consulting จะมุ่งเน้นไปที่การแนะนำและพูดคุยเกี่ยวกับวิธีเลเซอร์กระแสหลักในปัจจุบันหลายวิธี
1. การจำแนกประเภทของวิธีเลเซอร์
ตามหลักการพื้นฐานวิธีการต่าง ๆ ด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: วิธีการบิน (TOF) วิธีและวิธีเรขาคณิตอวกาศดังแสดงในรูปที่ 1 ในหมู่พวกเขาวิธีการบินเวลารวมถึงวิธี TOF โดยตรง (ชนิดพัลส์) และวิธี TOF ทางอ้อม (ประเภทเฟส); วิธีการทางเรขาคณิตเชิงพื้นที่ส่วนใหญ่รวมถึงการวิเคราะห์และอินเตอร์เฟอโรเมตรี
เลเซอร์พัลส์เป็นวิธีการต่าง ๆ ที่เทคโนโลยีเลเซอร์ * * ถูกนำมาใช้ในสาขาการสำรวจและการทำแผนที่เป็นเวลานาน มันได้รับข้อมูลระยะทางเป้าหมายโดยการวัดช่วงเวลาระหว่างแสงที่ปล่อยออกมาโดยตรงและชีพจรแสงที่ได้รับดังแสดงในรูปที่ 2 ระยะทางที่วัดได้สามารถแสดงเป็น::
โดยที่ D คือระยะทางที่วัดได้ C คือความเร็วของการแพร่กระจายแสงในอากาศและ ∆ t คือเวลาการเดินทางไปกลับของลำแสงเลเซอร์จากการปล่อยไปจนถึงการรับ
เลเซอร์พัลส์มีมุมการปล่อยขนาดเล็กพลังงานที่ค่อนข้างเข้มข้นในอวกาศและพลังงานทันทีสูง คุณลักษณะเหล่านี้สามารถใช้ในการสร้างเรนเดอร์เลเซอร์ระยะไกลระยะกลางระยะยาว, เรดาร์เลเซอร์ ฯลฯ อย่างไรก็ตามวิธีเลเซอร์พัลส์นั้นจะนับเวลาระหว่างการรับและรับพัลส์ผ่านเคาน์เตอร์ไดรฟ์นาฬิกาความถี่สูง
ในปัจจุบันเลเซอร์พัลซิ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจทางไกลและความแม่นยำต่ำเช่นการสำรวจภูมิประเทศและภูมิศาสตร์การสำรวจทางธรณีวิทยาการสำรวจการก่อสร้างทางวิศวกรรมการสำรวจระดับความสูงของเครื่องบิน
3. เฟสเลเซอร์ตั้งแต่วิธี TOF ทางอ้อม
เฟสเลเซอร์ที่ใช้ความถี่ของแถบวิทยุเพื่อปรับความกว้างของลำแสงเลเซอร์และวัดความล่าช้าของเฟสที่เกิดจากแสงมอดูเลตสำหรับการเดินทางรอบหนึ่งจากนั้นแปลงระยะทางที่แสดงโดยการหน่วงเวลาเฟสตามความยาวคลื่นของแสงมอดูเลต วิธีนี้จะวัดเวลาทางอ้อมโดยการวัดความแตกต่างของเฟสดังนั้นจึงเรียกว่าวิธี TOF ทางอ้อม
ดังที่แสดงในรูปที่ 4 สมมติว่าความถี่มอดูเลตคือ F, รูปคลื่นที่มอดูเลตλ = C/ F, C คือความเร็วของแสงและการเลื่อนเฟสที่วัดได้ของสัญญาณคลื่นแสงมอดูเลตคือ ∆ φ， จากนั้นเวลาการเดินทางกลับของเลเซอร์ระหว่างจุดวัดและเป้าหมายสามารถคำนวณได้
อย่างไรก็ตามเมื่อระยะทางเป้าหมายเพิ่มขึ้นค่าของการหน่วงเวลาเฟสอาจมากกว่าหนึ่งช่วงเวลาของคลื่นแสงแบบมอดูเลตไซน์คือ ∆ φ = 2 π (n+∆ n), n และ ∆ n เป็นส่วนที่สำคัญและเศษส่วนของวัฏจักรตามลำดับดังนั้นระยะทางที่วัดได้คือ:
โดยที่ l = c/ 2f = λ/ 2 เรียกว่าความยาวของไม้บรรทัดวัดและความยาวของเฟสในการจัดระเบียบสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นλ/ ระยะทาง D ถูกวัดด้วยไม้บรรทัด 2. ระยะทางสามารถรับได้โดยการกำหนด n และ ∆ n เพื่อที่จะแก้ปัญหานี้จำเป็นต้องวัดระยะทางเดียวกันกับสัญญาณคลื่นแสงแบบมอดูเลตของความถี่หลายความถี่ซึ่งเรียกว่าความถี่ไม้บรรทัดในเฟสตั้งแต่ หากระยะทางที่วัดได้น้อยกว่าความยาวของไม้บรรทัด n = 0 ค่าโซลูชันคือ * * * เมื่อความแม่นยำของการวัดเฟสได้รับการแก้ไขความถี่ที่ต่ำกว่าของไม้บรรทัดวัดยิ่งข้อผิดพลาดที่มากขึ้นซึ่งไม่ได้รับอนุญาตในความแม่นยำสูง ในทางตรงกันข้ามความถี่ที่สูงขึ้นของไม้บรรทัดที่เลือกยิ่งมีความแม่นยำในการวัดที่สูงขึ้น แต่ค่า N ในเวลานี้จะมากกว่า 1 และมีปัญหาของการแก้ปัญหาหลายอย่าง เพื่อแก้ปัญหาความขัดแย้งนี้ในการใช้งานจริงมักจะเลือกไม้บรรทัดที่กำหนดความถูกต้องของเครื่องมือและผู้ปกครองเสริมหลายคนที่กำหนดช่วงซึ่งเรียกว่าผู้ปกครองการวัดที่ดีและการวัดคร่าวๆตามลำดับและรวมทั้งสองเพื่อให้ได้การวัดที่มีความแม่นยำสูง
ความแม่นยำในการวัดของเฟสเลเซอร์สามารถเข้าถึง (ย่อย) ระดับมิลลิเมตรและช่วงการวัดมาจาก decimeter ถึงกิโลเมตรดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในช่วงสั้นและปานกลาง
4. เลเซอร์สัญญาณรบกวนหลายความยาวคลื่น
การจัดเรียงแบบอินเตอร์เฟอโรเมทริกเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีความแม่นยำแบบคลาสสิก ตามหลักการรบกวนของแสงสองแถวของแสงที่มีความแตกต่างเฟสคงที่และด้วยความถี่เดียวกันทิศทางการสั่นสะเทือนเดียวกันหรือมุมเล็ก ๆ ระหว่างทิศทางการสั่นสะเทือนซ้อนทับกันซึ่งจะสร้างปรากฏการณ์รบกวน
ดังที่แสดงในรูปที่ 6 แผนผังแผนผังของ Michelson interferometer ที่ใช้กันทั่วไปจะแสดงขึ้น เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาโดยเลเซอร์จะถูกแบ่งออกเป็นแสงสะท้อน S1 และแสงที่ส่งผ่าน S2 ผ่านสเปกโทรสโคป ลำแสงทั้งสองสะท้อนกลับมาโดยกระจกคงที่ M1 และกระจก M2 ที่เคลื่อนย้ายได้ตามลำดับและทั้งสองมาบรรจบกันที่สเปกโทรสโคปเพื่อสร้างลำแสงที่สอดคล้องกัน จากนั้นความเข้มของลำแสงรวมที่ฉันคือ:
เมื่อระยะทาง d = m λ (m เป็นจำนวนเต็ม), แอมพลิจูดของลำแสงรวม * *, ความเข้มแสง * *, สร้างแถบสว่าง; เมื่อ d = (2m+1) λ/ ที่ 2 นาฬิกาเฟสของแสงทั้งสองของแสงอยู่ตรงข้ามแอมพลิจูดของคานทั้งสองจะยกเลิกซึ่งกันและกันและความเข้มของแสงคือ * * เล็ก ๆ ตามหลักการนี้เลเซอร์ interferometric คือการแปลงขอบสัญญาณรบกวนแสงและมืดจากเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งนับโดยเคาน์เตอร์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อตระหนักถึงการวัดระยะทางและการเคลื่อนที่
เนื่องจากความยาวคลื่นของเลเซอร์λความละเอียดของเลเซอร์ interferometric สามารถเข้าถึง NM และความแม่นยำสูงมาก อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีการใช้งานแบบอินเตอร์เฟอโรเมทริกแบบดั้งเดิมที่กล่าวถึงข้างต้นวัดเฉพาะการกระจัดสัมพัทธ์และไม่สามารถรับข้อมูลระยะทางของเป้าหมายได้ ในเวลาเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าความถูกต้องของการวัดอย่างต่อเนื่องเป้าหมายจะต้องเคลื่อนที่ไปตามรางนำทางคงที่และเส้นทางออปติคัลไม่สามารถถูกขัดจังหวะได้ นอกจากนี้ตามหลักการรบกวนเทคโนโลยีการวัดสามารถรับค่าเฟสในช่วง 0 ถึง 2 πและพิจารณาระยะทางการเดินทางไปกลับเลเซอร์มันจะเทียบเท่ากับการวัดλ/ หากระยะทางเปลี่ยนภายใน 2 ระยะทางที่จะวัดในช่วงที่ใหญ่กว่าจะไม่แน่นอน ช่วงนี้ช่วงนี้มักจะเรียกว่าช่วงการวัดระยะทางเลเซอร์ * * ที่ไม่คลุมเครือ ดังนี้:
โดยที่ D คือระยะทางที่วัดได้ M และεคือจำนวนเต็มและลำดับทศนิยมของขอบรบกวนที่รวมอยู่ในระยะทางที่วัดได้ คำสั่งทศนิยมสามารถรับได้โดยการวัดในขณะที่ m เป็นค่าไม่ จำกัด
เพื่อที่จะแก้ปัญหาความขัดแย้งนี้วิธีการรบกวนหลายความยาวคลื่นมักจะถูกนำมาใช้เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของความละเอียดสูงและการขยายตัวของช่วงที่ไม่น่าสงสัย หลักการพื้นฐานของอินเตอร์เฟอโรเมตรีหลายความยาวคลื่นคือการใช้วิธีการทศนิยมหลายวิธีและพัฒนาแนวคิดของความยาวคลื่นสังเคราะห์
Multi-wavelength interferometric ranging (MWI) began with the dual-wavelength interference experiment conducted by American scientists Wyant and Polhemus in the early 1970s. This method uses two lasers with different wavelengths λ 1、 λ 2 Perform interference measurement for the unknown distance at the same time, and bring it into the measured distance D of the above formula:
เพื่อแก้สมการทั้งสองมี:
ความยาวคลื่นที่เทียบเท่ากับสังเคราะห์ MS และε S อยู่ที่ไหนคือลำดับจำนวนเต็มและลำดับทศนิยมλ S ตามลำดับ
หากความยาวคลื่นคอมโพสิตถูกมองว่าเป็นความยาวคลื่นที่หลากหลายข้อมูลเฟสที่สอดคล้องกับระยะทางที่ไม่รู้จักคือความแตกต่างระหว่างเฟสหลากหลายของความยาวคลื่นสองอันดั้งเดิมดังนั้นระยะทางที่ไม่รู้จักสามารถแก้ไขได้ ช่วงการวัดระยะทางที่ไม่น่าสงสัยนั้นขยายไปถึงครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นสังเคราะห์ จากสูตรความยาวคลื่นสังเคราะห์จะต้องมากกว่าλ 1 และλ 2 。
ในทำนองเดียวกันเพื่อที่จะพิจารณาช่วงการวัดและความแม่นยำวิธีการสามารถพัฒนาต่อไปด้วยแนวคิดของผู้ปกครองหลายคน เลเซอร์ความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นสามารถใช้ในการวัดระยะทางในเวลาเดียวกันเพื่อสร้างความยาวคลื่นคอมโพสิตหลายระดับของเครื่องชั่งที่แตกต่างกัน ความยาวคลื่นสังเคราะห์ยาวของ * * * ถูกใช้เพื่อให้ได้ช่วงการวัดของ * * * และผลการวัดระยะทางที่ได้รับใช้เป็นค่าอ้างอิงระยะทางของความยาวคลื่นสังเคราะห์ที่สั้นกว่าเพื่อแก้ปัญหาการวัดระดับ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
อย่างไรก็ตามวิธีนี้ต้องใช้ความยาวคลื่นหลายแห่งของเลเซอร์ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้แหล่งเลเซอร์หลายแหล่ง เมื่อพิจารณาว่าแหล่งกำเนิดเลเซอร์แต่ละตัวต้องการอุปกรณ์รักษาเสถียรภาพความถี่เลเซอร์ของตัวเองและเลเซอร์หลายตัวต้องการการรวมกันของลำแสงความแม่นยำสูงโครงสร้างของระบบวัดระยะทางเลเซอร์ทั้งหมด * * นั้นค่อนข้างซับซ้อนและความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของระบบจะได้รับผลกระทบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
5. เลเซอร์ FM CW ตั้งแต่
เลเซอร์คลื่นความถี่ที่มอดูเลตต่อเนื่อง (FMCW) เป็นวิธีการ interferometric อื่นที่สามารถรับรู้การวัด * * * มันรวมข้อดีของอินเตอร์เฟอโรเมตรีออปติคอลและเทคโนโลยีเรดาร์วิทยุ หลักการพื้นฐานของการวัด FMCW คือการตระหนักถึง interferometry โดยการปรับความถี่ของลำแสงเลเซอร์ โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ที่มีความถี่ของลำแสงเลเซอร์เอาท์พุทเปลี่ยนไปตามเวลาเป็นแหล่งกำเนิดแสงและมิเตอร์ interferometer จะใช้เป็นเส้นทางออพติคอลอินเตอร์เฟอโรเมทริกพื้นฐาน ข้อมูลความแตกต่างความถี่ถูกสร้างขึ้นตามเส้นทางแสงที่แตกต่างกันของแสงอ้างอิงและแสงการวัด ข้อมูลระยะทางของคานทั้งสองสามารถรับได้หลังจากสกัดสัญญาณและการประมวลผลและการวัดระยะทาง * * สามารถรับรู้ได้
ใช้การมอดูเลต Sawtooth เป็นตัวอย่าง มันเป็นสัญญาณไซน์ที่มีความถี่เปลี่ยนแปลงอย่างเป็นเส้นตรงตามเวลาในรูปทรงเลื่อย ความถี่ทันทีของแสงที่วัดได้และไฟอ้างอิงจะเปลี่ยนไปตามเวลาดังแสดงในรูปที่ 7
ตั้งค่าความถี่ของแสงอ้างอิงเป็น FT ความถี่ของแสงการวัดเป็น FR, แบนด์วิดท์การปรับเป็น ∆ F, ระยะเวลาการมอดูเลตเป็น t, และระยะทางเป็น D. แสงการวัดจะมีการหน่วงเวลาเมื่อเทียบกับแสงอ้างอิงเนื่องจากเส้นทางการส่งสัญญาณของ FT
จากนั้นสัญญาณจังหวะที่สร้างขึ้นคือ FIF:
ดังนั้นระยะทางที่วัดได้:
เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่ปรับความถี่นั้นใช้เลเซอร์เป็นตัวพาและสัญญาณรบกวนด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมดจะส่งผลต่อความเข้มแสงของสัญญาณที่วัดได้ แต่ไม่ใช่ข้อมูลความถี่ ดังนั้นจึงสามารถได้รับความแม่นยำสูงและความสามารถที่แข็งแกร่งในการต้านทานการรบกวนแสงสิ่งแวดล้อมและความแม่นยำสามารถไปถึงระดับไมครอน ปัจจุบันเป็นฮอตสปอตการวิจัยในขนาดใหญ่และแอพพลิเคชั่นการวัดที่มีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตามวิธีการวัดนี้ต้องการความเสถียรและความเป็นเส้นตรงของความถี่ลำแสงเลเซอร์สูงซึ่งทำให้การรับรู้ของระบบมีความซับซ้อนมากขึ้นและช่วงการวัดจะถูก จำกัด ด้วยระยะเวลา T
6. เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมตั้งแต่
เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมหลากหลายหมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงพื้นผิววัตถุที่วัดได้และระบบรับแสงจะเป็นเส้นทางแสงสามเหลี่ยมเข้าด้วยกัน แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเลเซอร์นั้นมุ่งเน้นไปที่เลนส์ collimating จากนั้นเหตุการณ์บนพื้นผิววัตถุที่วัดได้ ระบบรับแสงได้รับแสงที่กระจัดกระจายจากจุดเหตุการณ์และภาพบนพื้นผิวที่ละเอียดอ่อนของเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก มันเป็นวิธีการวัดในการวัดระยะการเคลื่อนที่ของพื้นผิววัตถุที่วัดได้ผ่านการกระจัดของจุดแสงบนพื้นผิวการถ่ายภาพ
ตามความสัมพันธ์ของมุมระหว่างลำแสงเลเซอร์เหตุการณ์และเส้นปกติของพื้นผิววัตถุที่วัดได้โดยทั่วไปจะมีสองวิธีในการหลากหลาย: เอียงและโดยตรงดังแสดงในรูปที่ 8 โดยทั่วไปวิธีเลเซอร์เลเซอร์โดยตรงและวิธีการสามเหลี่ยมเลเซอร์ ในอุตสาหกรรมมักใช้วิธีการต่าง ๆ ด้วยเลเซอร์โดยตรง
เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เฟสและเลเซอร์คลื่นความถี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเลเซอร์เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมมีความได้เปรียบมากมายเช่นโครงสร้างที่เรียบง่ายความเร็วในการทดสอบที่รวดเร็วการใช้งานที่ยืดหยุ่นและสะดวก วัดได้วิธีการที่หลากหลายนี้เหมาะสำหรับการทำงานใกล้ชิดในร่มไม่เหมาะสำหรับการทำงานในพื้นหลังแสงกลางแจ้งหรือในร่ม ดังนั้นช่วงแอปพลิเคชันของเลเซอร์สามเหลี่ยมที่มีการวัดการกระจัดขนาดเล็กส่วนใหญ่ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดรูปร่างพื้นผิววัตถุความกว้างความหนาและปริมาณอื่น ๆ เช่นการออกแบบพื้นผิวแบบจำลองร่างกายการตัดเลเซอร์หุ่นยนต์กวาด ฯลฯ ในอุตสาหกรรมรถยนต์
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและการมองเห็นของเครื่องจักรความหลากหลายของเลเซอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการตรวจจับแบบไม่ติดต่อที่สำคัญมากในแอปพลิเคชันหลายอย่างเช่นการตรวจจับการวัดและการควบคุม ในเวลาเดียวกันเลเซอร์ที่มีอยู่ในฐานะที่ตั้งของเทคโนโลยีระดับสูงเช่นการวัดความเร็วด้วยเลเซอร์การติดตามเลเซอร์การถ่ายภาพเลเซอร์สามมิติและเรดาร์เลเซอร์ (LIDAR) ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ MIMES Consulting จะมุ่งเน้นไปที่การแนะนำและพูดคุยเกี่ยวกับวิธีเลเซอร์กระแสหลักในปัจจุบันหลายวิธี
1. การจำแนกประเภทของวิธีเลเซอร์
ตามหลักการพื้นฐานวิธีการต่าง ๆ ด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: วิธีการบิน (TOF) วิธีและวิธีเรขาคณิตอวกาศดังแสดงในรูปที่ 1 ในหมู่พวกเขาวิธีการบินเวลารวมถึงวิธี TOF โดยตรง (ชนิดพัลส์) และวิธี TOF ทางอ้อม (ประเภทเฟส); วิธีการทางเรขาคณิตเชิงพื้นที่ส่วนใหญ่รวมถึงการวิเคราะห์และอินเตอร์เฟอโรเมตรี
2. เลเซอร์พัลส์ - วิธี TOF โดยตรง
เลเซอร์พัลส์เป็นวิธีการต่าง ๆ ที่เทคโนโลยีเลเซอร์ * * ถูกนำมาใช้ในสาขาการสำรวจและการทำแผนที่เป็นเวลานาน มันได้รับข้อมูลระยะทางเป้าหมายโดยการวัดช่วงเวลาระหว่างแสงที่ปล่อยออกมาโดยตรงและชีพจรแสงที่ได้รับดังแสดงในรูปที่ 2 ระยะทางที่วัดได้สามารถแสดงเป็น::
โดยที่ D คือระยะทางที่วัดได้ C คือความเร็วของการแพร่กระจายแสงในอากาศและ ∆ t คือเวลาการเดินทางไปกลับของลำแสงเลเซอร์จากการปล่อยไปจนถึงการรับ
เลเซอร์พัลส์มีมุมการปล่อยขนาดเล็กพลังงานที่ค่อนข้างเข้มข้นในอวกาศและพลังงานทันทีสูง คุณลักษณะเหล่านี้สามารถใช้ในการสร้างเรนเดอร์เลเซอร์ระยะไกลระยะกลางระยะยาว, เรดาร์เลเซอร์ ฯลฯ อย่างไรก็ตามวิธีเลเซอร์พัลส์นั้นจะนับเวลาระหว่างการรับและรับพัลส์ผ่านเคาน์เตอร์ไดรฟ์นาฬิกาความถี่สูง
ในปัจจุบันเลเซอร์พัลซิ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจทางไกลและความแม่นยำต่ำเช่นการสำรวจภูมิประเทศและภูมิศาสตร์การสำรวจทางธรณีวิทยาการสำรวจการก่อสร้างทางวิศวกรรมการสำรวจระดับความสูงของเครื่องบิน
3. เฟสเลเซอร์ตั้งแต่วิธี TOF ทางอ้อม
เฟสเลเซอร์ที่ใช้ความถี่ของแถบวิทยุเพื่อปรับความกว้างของลำแสงเลเซอร์และวัดความล่าช้าของเฟสที่เกิดจากแสงมอดูเลตสำหรับการเดินทางรอบหนึ่งจากนั้นแปลงระยะทางที่แสดงโดยการหน่วงเวลาเฟสตามความยาวคลื่นของแสงมอดูเลต วิธีนี้จะวัดเวลาทางอ้อมโดยการวัดความแตกต่างของเฟสดังนั้นจึงเรียกว่าวิธี TOF ทางอ้อม
ดังที่แสดงในรูปที่ 4 สมมติว่าความถี่มอดูเลตคือ F, รูปคลื่นที่มอดูเลตλ = C/ F, C คือความเร็วของแสงและการเลื่อนเฟสที่วัดได้ของสัญญาณคลื่นแสงมอดูเลตคือ ∆ φ， จากนั้นเวลาการเดินทางกลับของเลเซอร์ระหว่างจุดวัดและเป้าหมายสามารถคำนวณได้
อย่างไรก็ตามเมื่อระยะทางเป้าหมายเพิ่มขึ้นค่าของการหน่วงเวลาเฟสอาจมากกว่าหนึ่งช่วงเวลาของคลื่นแสงแบบมอดูเลตไซน์คือ ∆ φ = 2 π (n+∆ n), n และ ∆ n เป็นส่วนที่สำคัญและเศษส่วนของวัฏจักรตามลำดับดังนั้นระยะทางที่วัดได้คือ:
โดยที่ l = c/ 2f = λ/ 2 เรียกว่าความยาวของไม้บรรทัดวัดและความยาวของเฟสในการจัดระเบียบสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นλ/ ระยะทาง D ถูกวัดด้วยไม้บรรทัด 2. ระยะทางสามารถรับได้โดยการกำหนด n และ ∆ n เพื่อที่จะแก้ปัญหานี้จำเป็นต้องวัดระยะทางเดียวกันกับสัญญาณคลื่นแสงแบบมอดูเลตของความถี่หลายความถี่ซึ่งเรียกว่าความถี่ไม้บรรทัดในเฟสตั้งแต่ หากระยะทางที่วัดได้น้อยกว่าความยาวของไม้บรรทัด n = 0 ค่าโซลูชันคือ * * * เมื่อความแม่นยำของการวัดเฟสได้รับการแก้ไขความถี่ที่ต่ำกว่าของไม้บรรทัดวัดยิ่งข้อผิดพลาดที่มากขึ้นซึ่งไม่ได้รับอนุญาตในความแม่นยำสูง ในทางตรงกันข้ามความถี่ที่สูงขึ้นของไม้บรรทัดที่เลือกยิ่งมีความแม่นยำในการวัดที่สูงขึ้น แต่ค่า N ในเวลานี้จะมากกว่า 1 และมีปัญหาของการแก้ปัญหาหลายอย่าง เพื่อแก้ปัญหาความขัดแย้งนี้ในการใช้งานจริงมักจะเลือกไม้บรรทัดที่กำหนดความถูกต้องของเครื่องมือและผู้ปกครองเสริมหลายคนที่กำหนดช่วงซึ่งเรียกว่าผู้ปกครองการวัดที่ดีและการวัดคร่าวๆตามลำดับและรวมทั้งสองเพื่อให้ได้การวัดที่มีความแม่นยำสูง
ความแม่นยำในการวัดของเฟสเลเซอร์สามารถเข้าถึง (ย่อย) ระดับมิลลิเมตรและช่วงการวัดมาจาก decimeter ถึงกิโลเมตรดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในช่วงสั้นและปานกลาง
4. เลเซอร์สัญญาณรบกวนหลายความยาวคลื่น
การจัดเรียงแบบอินเตอร์เฟอโรเมทริกเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีความแม่นยำแบบคลาสสิก ตามหลักการรบกวนของแสงสองแถวของแสงที่มีความแตกต่างเฟสคงที่และด้วยความถี่เดียวกันทิศทางการสั่นสะเทือนเดียวกันหรือมุมเล็ก ๆ ระหว่างทิศทางการสั่นสะเทือนซ้อนทับกันซึ่งจะสร้างปรากฏการณ์รบกวน
ดังที่แสดงในรูปที่ 6 แผนผังแผนผังของ Michelson interferometer ที่ใช้กันทั่วไปจะแสดงขึ้น เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาโดยเลเซอร์จะถูกแบ่งออกเป็นแสงสะท้อน S1 และแสงที่ส่งผ่าน S2 ผ่านสเปกโทรสโคป ลำแสงทั้งสองสะท้อนกลับมาโดยกระจกคงที่ M1 และกระจก M2 ที่เคลื่อนย้ายได้ตามลำดับและทั้งสองมาบรรจบกันที่สเปกโทรสโคปเพื่อสร้างลำแสงที่สอดคล้องกัน จากนั้นความเข้มของลำแสงรวมที่ฉันคือ:
เมื่อระยะทาง d = m λ (m เป็นจำนวนเต็ม), แอมพลิจูดของลำแสงรวม * *, ความเข้มแสง * *, สร้างแถบสว่าง; เมื่อ d = (2m+1) λ/ ที่ 2 นาฬิกาเฟสของแสงทั้งสองของแสงอยู่ตรงข้ามแอมพลิจูดของคานทั้งสองจะยกเลิกซึ่งกันและกันและความเข้มของแสงคือ * * เล็ก ๆ ตามหลักการนี้เลเซอร์ interferometric คือการแปลงขอบสัญญาณรบกวนแสงและมืดจากเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งนับโดยเคาน์เตอร์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อตระหนักถึงการวัดระยะทางและการเคลื่อนที่
เนื่องจากความยาวคลื่นของเลเซอร์λความละเอียดของเลเซอร์ interferometric สามารถเข้าถึง NM และความแม่นยำสูงมาก อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีการใช้งานแบบอินเตอร์เฟอโรเมทริกแบบดั้งเดิมที่กล่าวถึงข้างต้นวัดเฉพาะการกระจัดสัมพัทธ์และไม่สามารถรับข้อมูลระยะทางของเป้าหมายได้ ในเวลาเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าความถูกต้องของการวัดอย่างต่อเนื่องเป้าหมายจะต้องเคลื่อนที่ไปตามรางนำทางคงที่และเส้นทางออปติคัลไม่สามารถถูกขัดจังหวะได้ นอกจากนี้ตามหลักการรบกวนเทคโนโลยีการวัดสามารถรับค่าเฟสในช่วง 0 ถึง 2 πและพิจารณาระยะทางการเดินทางไปกลับเลเซอร์มันจะเทียบเท่ากับการวัดλ/ หากระยะทางเปลี่ยนภายใน 2 ระยะทางที่จะวัดในช่วงที่ใหญ่กว่าจะไม่แน่นอน ช่วงนี้ช่วงนี้มักจะเรียกว่าช่วงการวัดระยะทางเลเซอร์ * * ที่ไม่คลุมเครือ ดังนี้:
โดยที่ D คือระยะทางที่วัดได้ M และεคือจำนวนเต็มและลำดับทศนิยมของขอบรบกวนที่รวมอยู่ในระยะทางที่วัดได้ คำสั่งทศนิยมสามารถรับได้โดยการวัดในขณะที่ m เป็นค่าไม่ จำกัด
เพื่อที่จะแก้ปัญหาความขัดแย้งนี้วิธีการรบกวนหลายความยาวคลื่นมักจะถูกนำมาใช้เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของความละเอียดสูงและการขยายตัวของช่วงที่ไม่น่าสงสัย หลักการพื้นฐานของอินเตอร์เฟอโรเมตรีหลายความยาวคลื่นคือการใช้วิธีการทศนิยมหลายวิธีและพัฒนาแนวคิดของความยาวคลื่นสังเคราะห์
Multi-wavelength interferometric ranging (MWI) began with the dual-wavelength interference experiment conducted by American scientists Wyant and Polhemus in the early 1970s. This method uses two lasers with different wavelengths λ 1、 λ 2 Perform interference measurement for the unknown distance at the same time, and bring it into the measured distance D of the above formula:
เพื่อแก้สมการทั้งสองมี:
ความยาวคลื่นที่เทียบเท่ากับสังเคราะห์ MS และε S อยู่ที่ไหนคือลำดับจำนวนเต็มและลำดับทศนิยมλ S ตามลำดับ
หากความยาวคลื่นคอมโพสิตถูกมองว่าเป็นความยาวคลื่นที่หลากหลายข้อมูลเฟสที่สอดคล้องกับระยะทางที่ไม่รู้จักคือความแตกต่างระหว่างเฟสหลากหลายของความยาวคลื่นสองอันดั้งเดิมดังนั้นระยะทางที่ไม่รู้จักสามารถแก้ไขได้ ช่วงการวัดระยะทางที่ไม่น่าสงสัยนั้นขยายไปถึงครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นสังเคราะห์ จากสูตรความยาวคลื่นสังเคราะห์จะต้องมากกว่าλ 1 และλ 2 。
ในทำนองเดียวกันเพื่อที่จะพิจารณาช่วงการวัดและความแม่นยำวิธีการสามารถพัฒนาต่อไปด้วยแนวคิดของผู้ปกครองหลายคน เลเซอร์ความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นสามารถใช้ในการวัดระยะทางในเวลาเดียวกันเพื่อสร้างความยาวคลื่นคอมโพสิตหลายระดับของเครื่องชั่งที่แตกต่างกัน ความยาวคลื่นสังเคราะห์ยาวของ * * * ถูกใช้เพื่อให้ได้ช่วงการวัดของ * * * และผลการวัดระยะทางที่ได้รับใช้เป็นค่าอ้างอิงระยะทางของความยาวคลื่นสังเคราะห์ที่สั้นกว่าเพื่อแก้ปัญหาการวัดระดับ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
อย่างไรก็ตามวิธีนี้ต้องใช้ความยาวคลื่นหลายแห่งของเลเซอร์ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้แหล่งเลเซอร์หลายแหล่ง เมื่อพิจารณาว่าแหล่งกำเนิดเลเซอร์แต่ละตัวต้องการอุปกรณ์รักษาเสถียรภาพความถี่เลเซอร์ของตัวเองและเลเซอร์หลายตัวต้องการการรวมกันของลำแสงความแม่นยำสูงโครงสร้างของระบบวัดระยะทางเลเซอร์ทั้งหมด * * นั้นค่อนข้างซับซ้อนและความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของระบบจะได้รับผลกระทบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
5. เลเซอร์ FM CW ตั้งแต่
เลเซอร์คลื่นความถี่ที่มอดูเลตต่อเนื่อง (FMCW) เป็นวิธีการ interferometric อื่นที่สามารถรับรู้การวัด * * * มันรวมข้อดีของอินเตอร์เฟอโรเมตรีออปติคอลและเทคโนโลยีเรดาร์วิทยุ หลักการพื้นฐานของการวัด FMCW คือการตระหนักถึง interferometry โดยการปรับความถี่ของลำแสงเลเซอร์ โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ที่มีความถี่ของลำแสงเลเซอร์เอาท์พุทเปลี่ยนไปตามเวลาเป็นแหล่งกำเนิดแสงและมิเตอร์ interferometer จะใช้เป็นเส้นทางออพติคอลอินเตอร์เฟอโรเมทริกพื้นฐาน ข้อมูลความแตกต่างความถี่ถูกสร้างขึ้นตามเส้นทางแสงที่แตกต่างกันของแสงอ้างอิงและแสงการวัด ข้อมูลระยะทางของคานทั้งสองสามารถรับได้หลังจากสกัดสัญญาณและการประมวลผลและการวัดระยะทาง * * สามารถรับรู้ได้
ใช้การมอดูเลต Sawtooth เป็นตัวอย่าง มันเป็นสัญญาณไซน์ที่มีความถี่เปลี่ยนแปลงอย่างเป็นเส้นตรงตามเวลาในรูปทรงเลื่อย ความถี่ทันทีของแสงที่วัดได้และไฟอ้างอิงจะเปลี่ยนไปตามเวลาดังแสดงในรูปที่ 7
ตั้งค่าความถี่ของแสงอ้างอิงเป็น FT ความถี่ของแสงการวัดเป็น FR, แบนด์วิดท์การปรับเป็น ∆ F, ระยะเวลาการมอดูเลตเป็น t, และระยะทางเป็น D. แสงการวัดจะมีการหน่วงเวลาเมื่อเทียบกับแสงอ้างอิงเนื่องจากเส้นทางการส่งสัญญาณของ FT
จากนั้นสัญญาณจังหวะที่สร้างขึ้นคือ FIF:
ดังนั้นระยะทางที่วัดได้:
เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่ปรับความถี่นั้นใช้เลเซอร์เป็นตัวพาและสัญญาณรบกวนด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมดจะส่งผลต่อความเข้มแสงของสัญญาณที่วัดได้ แต่ไม่ใช่ข้อมูลความถี่ ดังนั้นจึงสามารถได้รับความแม่นยำสูงและความสามารถที่แข็งแกร่งในการต้านทานการรบกวนแสงสิ่งแวดล้อมและความแม่นยำสามารถไปถึงระดับไมครอน ปัจจุบันเป็นฮอตสปอตการวิจัยในขนาดใหญ่และแอพพลิเคชั่นการวัดที่มีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตามวิธีการวัดนี้ต้องการความเสถียรและความเป็นเส้นตรงของความถี่ลำแสงเลเซอร์สูงซึ่งทำให้การรับรู้ของระบบมีความซับซ้อนมากขึ้นและช่วงการวัดจะถูก จำกัด ด้วยระยะเวลา T
6. เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมตั้งแต่
เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมหลากหลายหมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงพื้นผิววัตถุที่วัดได้และระบบรับแสงจะเป็นเส้นทางแสงสามเหลี่ยมเข้าด้วยกัน แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเลเซอร์นั้นมุ่งเน้นไปที่เลนส์ collimating จากนั้นเหตุการณ์บนพื้นผิววัตถุที่วัดได้ ระบบรับแสงได้รับแสงที่กระจัดกระจายจากจุดเหตุการณ์และภาพบนพื้นผิวที่ละเอียดอ่อนของเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก มันเป็นวิธีการวัดในการวัดระยะการเคลื่อนที่ของพื้นผิววัตถุที่วัดได้ผ่านการกระจัดของจุดแสงบนพื้นผิวการถ่ายภาพ
ตามความสัมพันธ์ของมุมระหว่างลำแสงเลเซอร์เหตุการณ์และเส้นปกติของพื้นผิววัตถุที่วัดได้โดยทั่วไปจะมีสองวิธีในการหลากหลาย: เอียงและโดยตรงดังแสดงในรูปที่ 8 โดยทั่วไปวิธีเลเซอร์เลเซอร์โดยตรงและวิธีการสามเหลี่ยมเลเซอร์ ในอุตสาหกรรมมักใช้วิธีการต่าง ๆ ด้วยเลเซอร์โดยตรง
เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เฟสและเลเซอร์คลื่นความถี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเลเซอร์เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมมีความได้เปรียบมากมายเช่นโครงสร้างที่เรียบง่ายความเร็วในการทดสอบที่รวดเร็วการใช้งานที่ยืดหยุ่นและสะดวก วัดได้วิธีการที่หลากหลายนี้เหมาะสำหรับการทำงานใกล้ชิดในร่มไม่เหมาะสำหรับการทำงานในพื้นหลังแสงกลางแจ้งหรือในร่ม ดังนั้นช่วงแอปพลิเคชันของเลเซอร์สามเหลี่ยมที่มีการวัดการกระจัดขนาดเล็กส่วนใหญ่ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดรูปร่างพื้นผิววัตถุความกว้างความหนาและปริมาณอื่น ๆ เช่นการออกแบบพื้นผิวแบบจำลองร่างกายการตัดเลเซอร์หุ่นยนต์กวาด ฯลฯ ในอุตสาหกรรมรถยนต์
