كيف تعمل أجهزة قياس المسافة بالليزر؟

يعمل مقياس مسافة الليزر عن طريق قياس الوقت الذي تستغرقه نبضة ضوء الليزر لتنعكس عن الهدف وتعود إلى المرسل. يُعرف هذا بمبدأ "وقت الرحلة" ، وتُعرف الطريقة إما بقياس "وقت الرحلة" أو "قياس النبض".

يصدر مقياس مسافة الليزر نبضة ليزر على الهدف. ثم ينعكس النبض عن الهدف ويعود إلى جهاز الإرسال (في هذه الحالة ، مقياس مسافة الليزر). يعتمد مبدأ "وقت الرحلة" هذا على حقيقة أن الليزر سفرة خفيفة بسرعة ثابتة إلى حد ما عبر الغلاف الجوي للأرض. داخل العداد ، يقوم جهاز كمبيوتر بسيط بحساب المسافة إلى الهدف بسرعة. طريقة حساب المسافة هذه قادرة على قياس المسافة من الأرض إلى القمر في غضون بضعة سنتيمترات. يمكن أيضًا الإشارة إلى عدادات مسافة الليزر باسم "محددات المدى" أو "محددات نطاق الليزر".

يتم تحديد المسافة بين العداد والهدف بواسطة D = ct / 2 ، حيث c تساوي سرعة الضوء و t تساوي مقدار الوقت لرحلة الذهاب والإياب بين العداد والهدف. نظرًا للسرعة العالية التي ينتقل بها النبض وتركيزه ، فإن هذا الحساب التقريبي دقيق للغاية على مسافات الأقدام أو الأميال ولكنه يفقد الدقة على مسافات أقرب أو أبعد بكثير.

الليزر عبارة عن أشعة ضوئية مركزة ومكثفة ، وعادة ما تكون ذات تردد واحد. إنها مفيدة جدًا لقياس المسافات لأنها تسافر بمعدلات ثابتة إلى حد ما عبر الغلاف الجوي والسفر مسافات أطول بكثير قبل الاختلاف (ضعف وانتشار شعاع من الضوء) يقلل من فعالية متر. من غير المرجح أن يتشتت ضوء الليزر مثل الضوء الأبيض ، مما يعني أن ضوء الليزر يمكن أن ينتقل لمسافة أكبر بكثير دون أن يفقد شدته. بالمقارنة مع الضوء الأبيض العادي ، يحتفظ نبضة الليزر بالكثير من شدتها الأصلية عندما تنعكس عن الهدف ، وهو أمر مهم للغاية عند حساب المسافة إلى الجسم.

تعتمد دقة مقياس مسافة الليزر على عودة النبضة الأصلية إلى جهاز الإرسال. على الرغم من أن أشعة الليزر ضيقة جدًا وذات طاقات عالية ، إلا أنها تخضع لنفس التشوهات الجوية التي تؤثر على الضوء الأبيض العادي. قد تجعل هذه التشوهات الجوية من الصعب الحصول على قراءة دقيقة لمسافة جسم ما بالقرب من المساحات الخضراء أو لمسافات طويلة تزيد عن كيلومتر واحد في التضاريس الصحراوية. أيضًا ، تعكس المواد المختلفة الضوء إلى درجات أكبر أو أقل. تقلل المادة التي تميل إلى امتصاص أو تشتيت الضوء (الانتشار) من احتمالية انعكاس نبضة الليزر الأصلية مرة أخرى للحساب. في الحالات التي يكون فيها الهدف له انعكاس منتشر ، يجب استخدام مقياس مسافة بالليزر باستخدام "طريقة إزاحة الطور".

لضمان الموثوقية ، تستخدم عدادات مسافة الليزر بعض الطرق لتقليل إضاءة الخلفية. يمكن أن يتداخل الكثير من ضوء الخلفية مع القياس عندما يخطئ المستشعر في جزء من ضوء الخلفية لنبضة الليزر المنعكسة ، مما يؤدي إلى قراءة مسافة خاطئة. على سبيل المثال ، يستخدم مقياس مسافة الليزر المصمم للاستخدام في ظروف أنتاركتيكا ، حيث يُتوقع إضاءة خلفية مكثفة ، أ مزيج من مرشحات النطاق الترددي الضيق وترددات الحزمة المنقسمة وقزحية صغيرة جدًا لحجب أكبر قدر من التداخل من ضوء الخلفية بقدر الإمكان.

أجهزة قياس المسافة بالليزر ومكتشفات المدى لها مجموعة متنوعة من الاستخدامات ، من صنع الخرائط إلى الرياضة. يمكن استخدامها لإنشاء خرائط لقاع المحيط أو خرائط طبوغرافية خالية من الغطاء النباتي. يتم استخدامها في الجيش لتوفير مسافة دقيقة لأهداف القناصة أو المدفعية ، للاستطلاع والهندسة. يستخدم المهندسون والمصممين عدادات مسافة الليزر لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للكائنات. يستخدم كل من الرماة والصيادين ولاعبي الغولف أدوات تحديد النطاق لحساب المسافة إلى الهدف.