【传感器介绍】 相位式激光测距仪

【传感器介绍】 相位式激光测距仪

激光测距仪（Laser rangefinder）是一种基于激光技术的测量工具，广泛应用于工程测量、建筑、自动化监测等领域。本文将以相位式激光测距仪为例详细探讨激光测距仪的工作原理、设备选型、应用场景及安装注意事项，以便于在结构物自动化监测领域的有效应用。

一、工作原理

相位式激光测距仪（也称为相位激光测距仪）的工作原理主要包括以下几个步骤：

1. 激光发射

激光测距仪通过激光发射器发射一个具有已知频率和相位的激光脉冲。这个激光脉冲会向目标反射，并返回到测距仪的接收器。

2. 激光信号传播

激光脉冲以光速（约 299,792,458 米/秒）沿直线路径传播。它到达目标后被反射回激光测距仪。

3. 激光信号接收

激光测距仪的接收器接收到从目标反射回来的激光脉冲。这些反射信号会带有一定的时间延迟，因为光在传播过程中经过了一个距离。

4. 相位比较

相位式激光测距仪通过对比发射的激光信号与接收到的反射信号的相位差来计算距离。具体来说，测距仪会对比发射信号和接收信号之间的相位变化。由于光速非常快，测量相位差比测量时间延迟更为精确。

相位测量的步骤：

(1)发射信号：发射的激光信号是一个连续波（或周期性脉冲），其相位在发射时是已知的。

(2)反射回来的信号：目标反射回的激光信号会有一个相位偏移，偏移量与激光到达目标并返回的总距离成正比。

(3)相位差计算：测距仪的电子系统会将发射信号和接收信号的相位进行比较。通过计算相位差，可以得到信号传播的总距离（即目标的距离）。

5. 距离计算

根据相位差和激光信号的波长（即激光频率与光速的比值），测距仪可以计算出目标的实际距离。

二、设备选型

在选择激光测距仪时，需考虑以下几个关键参数：

1.测距范围：根据应用需求选择合适的测距范围。一般来说，测距范围从几米到几百米不等，某些高端型号可以测量更远的距离。

2.测量精度：精度通常以毫米为单位。高精度的测距仪适用于需要高精确度的应用，如结构物变形监测。

3.环境适应性：考虑测距仪的工作环境，如温度范围、湿度、防尘防水等级等。某些应用场景可能需要防风雨或高温的设备。

4.激光类型：常见的激光类型包括红色可见激光和红外激光。红外激光对人眼安全，适合在光线较强的环境中使用。

5.数据输出和存储：一些激光测距仪支持RS485/RS422/RS232/USB等多种串口类型，可以根据自己数据传输需求进行选择。

三、在自动化监测领域的应用场景

1.桥梁监测：激光测距仪可以用于桥梁的实时监测，通过安装在桥梁上的激光测距仪，定期测量桥梁各部分的距离变化，从而监测桥梁的变形情况。例如，在某些大型桥梁的维护中，激光测距仪被安装在桥梁的不同位置，用于监测桥梁的位移、沉降以及变形等参数。

2.隧道监测：在隧道建设和运营过程中，激光测距仪可以用于监测隧道的净空收敛和拱顶沉降（如图3.1），激光测距仪的非接触测量特性使其能够在隧道狭小的空间中进行高效测量，以确保隧道的结构安全和稳定。

3.大坝监测：激光测距仪可以用于大坝的实时监测，通过测量坝体的位移、变形等参数，及时发现潜在的安全隐患。

4.工业设备监测：用于监测生产设备的运转状态和位置精度，确保生产过程中的设备稳定性和生产质量。

四、安装注意事项

1.选择合适的安装位置：激光测距仪应安装在稳定、水平的位置，以减少因仪器位置不稳导致的测量误差。避免光线直射和强烈反射，以提高测量准确度。

2.校准：在安装后，需要进行仪器的校准。确保设备的测量精度符合要求，以保证后续测量数据的准确性。

3.调整测量角度：根据测量需求，调整激光测距仪的测量角度，确保激光束能够准确地指向目标。

4.防护措施：在恶劣环境下使用激光测距仪时，应采取必要的防护措施，如防水罩、防尘罩等，保护设备的正常运作。

5.电源管理：确保设备的电源稳定，避免因电池电量不足导致测量中断或数据丢失。

6.数据记录与传输：安装过程中配置好数据记录和传输功能，确保测量数据能够有效存储和传输至系统平台进行分析和存档。

7.定期维护：定期检查和维护激光测距仪，包括清洁镜头、检查设备状态等，以保证长期稳定运行。

五、数据呈现

采集到的数据通过激光测距仪—采集仪—DTU—监测平台的模式实现数据呈现。监测平台是激光测距仪自动化监测数据展示的重要辅助工具，知物云平台采用物联网技术，通过无线传输方式实时采集各测点激光测距仪的数据，并将数据上传至云平台进行呈现和分析。用户可以通过手机或电脑网页随时查看结构物的位移情况，并根据设定的预警阈值接收预警信息。