激光测距仪

测距仪是一种航迹推算仪器,用于测量目标距离,进行航迹推算。测距仪的形式很多,通常是一个长形圆筒,由物镜、目镜、测距转钮组成,用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的,用于距离测量的仪器。

红外测距仪的分类有激光红外,红外和超声波三种,目前测距仪主要是指的激光红外测距仪,红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限,测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离。

测距仪有测量距离和测量精度,同时又是电子设备,所以品牌的选择非常重要,国际知名品牌的测距仪,在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。

一.测距仪分类

测距仪从测距基本原理,可以分为以下三类:

1. 激光测距仪

激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离。

激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪,激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪(测量距离0-300米),望远镜激光测距仪(测量距离500-20000米)。

目前市面上主流的都是激光测距仪,手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世,右图就是一款主流的手持式激光测距仪。

望远镜激光测距仪,为远距离激光测距仪,目前在户外使用相当广泛,望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点,2011年,美国激光技术杂志公布的数据,2011年全球单品销售冠军是图雅得YP900,这款测距仪测量精准,反应速度快捷。

2. 超声波测距仪

超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T,然后求出距离L。

超声波测距仪,由于超声波受周围环境影响较大,所以一般测量距离比较短,测量精度比较低。目前使用范围不是很广阔,但价格比较低,一般几百元左右。

3. 红外测距仪

用调制的红外光进行精密测距的仪器,测程一般为1-5公里。利用的是红外线传播时的不扩散原理:因为红外线在穿越其它物质时折射率很小,所以长距离的测距仪都会考虑红外线,而红外线的传播是需要时间的,当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离

红外测距的优点是便宜,易制,安全,缺点是精度低,距离近,方向性差。

红外测距仪和超声波测距仪技术相对落后,现在一般概念上红外测距仪,也就是指激光测距仪。

二.激光红外测距仪原理

激光红外测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的:测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收,测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半,就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外,此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。

激光测距是光波测距中的一种测距方式,如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t,则A、B两点间距离D可用下列表示。

D=ct/2

式中:

D——测站点A、B两点间距离;

c——光在大气中传播的速度;

t——光往返A、B一次所需的时间。

由上式可知,要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t,根据测量时间方法的不同,激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。

相位式激光测距仪

相位式激光测距仪是用无线电波段的频率,对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间,如图所示。

相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高,一般为毫米级,为了有效的反射信号,并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上,对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。

若调制光角频率为ω,在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ,则对应时间t 可表示为:

t=φ/ω

将此关系代入(3-6)式距离D可表示为

D=1/2 ct=1/2c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)

=c/4f(N+ΔN)=U(N+)

式中:

φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。

ω——调制信号的角频率,ω=2πf。

U——单位长度,数值等于1/4调制波长

N——测线所包含调制半波长个数。

Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。

ΔN=φ/ω

在给定调制和标准大气条件下,频率c/(4πf)是一个常数,此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ,由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展,已使φ的测量达到很高的精度。

为了测得不足π的相角φ,可以通过不同的方法来进行测量,通常应用最多的是延迟测相和数字测相,目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。

由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束,为了获得测距高精度还需配置合作目标,而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪,它不仅体积小、重量轻,还采用数字测相脉冲展宽细分技术,无需合作目标即可达到毫米级精度,测程已经超过100m,且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。现应用最多的是leica公司生产的DISTO系列手持式激光测距仪和图雅得Trueyard 激光测距望远镜和奥尔法激光望远镜测距仪等。

在购买测距仪时,测距仪的品牌主要有哪些呢?2012年10月美国光学时代周刊通过对全美近10000名用户的调查,通过对测距仪的品牌市场份额调查以及客户的美誉度评选出了全球10大测距仪品牌:

一. LECIA徕卡激光红外测距仪 短距离手持测距仪全球第一品牌

徕卡在测量测绘领域拥有非常高的美誉度,主要以生产高精度短距离的手持测距仪为主,在手持测距仪领域占有非常的市场份额,一直是全球手持测距仪的销量冠军,近2年其在手持测距仪领域的领导地位受到了德国博世BOSCH的强烈冲击,在很多区域市场博世BOSCH已经超越LECIA徕卡成为第一品牌。

二. TRUEYARD图雅得激光红外测距仪 长距离望远镜式测距仪全球第一品牌

图雅得全球知名的户外光学品牌,在长距离望远镜激光红外测距仪领域,具有非常重要的位置。长期占据全球望远镜测距仪销量第一的品牌。2012年美国时代周刊对全美的调查数据显示,在望远镜测距仪的客户中,超过52%的客户使用的是图雅得激光红外测距仪。图雅得望远镜测距仪具有测量精准,操作简便,功能强大、性价比极高的特点。

作为老牌的望远镜测距仪专业生产厂家,图雅得拥有多项望远镜测距仪的专利生产技术。目前在各大品牌,图雅得是为数不多的能够生产测距+测高+测角+测高差的一体机型的品牌,另外三大竞争对手都没有这样的技术,尼康只能生产测距+测高的一体机,而博士能只能生产测高+测角的一体机,奥尔法只能生产测高+测角+测距的一体机,正式由于图雅得在技术上领先的原因,让其一直占据全球销量第一的宝座。

图雅得在技术上领先的还有一个原因是,图雅得是所有激光红外测距仪中测量速度最快的机型,同时所有机型都有连续测距的功能。

图雅得最为知名的机型,是SP1500,1500米超长测距,性价比很高的一款机型。2011年图雅得推出YP系列高品质机型,其售价不到3500元的YP900H在2011年成为当年度最耀眼的机型,她是图雅得测距+测高+测角一体测距仪的精品,在功能上远远超过了其它品牌。

2012年6月,图雅得新一代SP1500H面市,标准着多功能激光红外测距仪跨入一个新世界。SP1500H, 1500米测距,除了可以测高,测距和测角外,增加测高差(绝对高度)的领先功能。同时增加了无需开启红外发射器就能连续测角的功能。该款产品在上市后两月,深受客户青睐,成为新一代多功能激光红外测距仪的销售冠军。

三. BOSCH博世激光红外测距仪 短距离手持测距仪新秀,直逼徕卡,全球第二大手持测距仪品牌

博世在测量仪器领域也具有非常高的知名度,在很多产品上其超过徕卡。在短距离手持测距仪方面,博世起步较徕卡晚,但是近2年增长迅猛,直接威胁到了徕卡在全球手持测距仪的垄断地位。同样精度和距离的手持测距仪,其售价会比徕卡低10%左右,从而具有极高的性价比。

四. ORPHA奥尔法激光红外测距仪 望远镜激光红外测距仪新秀,成长非常迅猛,全球第三大望远镜测距仪

奥尔法是全球知名的夜视仪品牌,作为夜视仪全球销量第一的品牌,奥尔法在望远镜激光红外测距仪领域进入稍晚,但是从2002年开始进入这个领域,奥尔法就成为业界关注的焦点,凭借其在夜视仪领域的客户群和影响力。每年以进30%的增长速度增长,2011年成为全美第二大望远镜测距仪品牌。

奥尔法测距仪具有极高的性价比,是性能和价格的完美统一。奥尔法测距仪特点是操作简单,超快测距速度,超高性价比。非常出名的机型是600A, 和1800米测距的1800A

五. BUSHNELL博士能激光红外测距仪 - 全球第二大望远镜测距仪品牌

博士能在户外光学领域可以说位置极高,因为他是目前户外光学产品线最全的品牌,包括了望远镜测距仪,双筒望远镜,观鸟镜和夜视仪。博士能双筒望远镜一直维持全球第一的位置。在望远镜测距仪方面,则多年来一直保持全美第三的位置。

博士能望远镜测距仪,产品非常多,是目前产品型号最多的品牌。其望远镜测距仪产品非常适合高尔夫运动,以及打猎。功能方面都是偏向这两个方面设计的。但是作为普通领域应用时,操作相对繁琐一点。另外一点产品缺乏测高的功能。但是其测距仪的观测效果非常好。

博士能的测距仪,最为知名的型号是ELITE1500(205100),这是一款非常传奇的测距仪,全球销量累计超过100万台。这是一款1500码的测距仪,相对于博士能另外款式都是中国产的,ELITE 1500是唯一一款在日本生产的测距仪,做工精美。这款测距仪性价比非常高,不到3000元的售价,非常具有吸引力,另外其主要特点是续航时间非常长,操作简单方便,测量精准会计。

博士能更新的产品是201965是博士能2012年最新的产品,相对博士能另外测距仪产品,其精度提高到了0.5码,同时采用更为快速的芯片,让201965测距速度更快。需要高精度的测距仪,这款是一个比较好的选择。201965是一款多功能测距仪,可以测角度,测水平距离。与其外观一样的另外一款机型是博士能201960(Z6),这款是高尔夫专用测距仪。在高尔夫领域非常出名。但是对于普通使用,由于其只提供了旗杆测量一种测量模式,对环境的适应能力会比较差,在有的环境下,测量不准确。相对来说,201965具有更高的性价比。

博士能另外一款非常出名的机型,是短距离的202205,这是一款850码的短距离测距仪,其特点是外观小巧精致,测量快捷,售价不到1700元,可谓超高性价比。

六.NIKON 尼康激光红外测距仪

尼康也是非常出名的光学产品品牌,

在相机及镜头方面位置非常重要。在望远镜测距仪产品上,尼康由于把该产品作为边缘产品,未投入研发资金,其生产技术多为外购,所以其产品在功能上相对会比较落后一些。

其所有的产品没有测高的功能,其2011年推出的新款1000AS也仅仅带测高的功能,而测角功能在五年前就已经广泛应用于图雅得,博士能,奥尔法等一线品牌了。

作为尼康的边缘产品,尼康望远镜测距仪的定价偏高,以利润为导向的产品,这也严重的影响到其性价比。相对于博士能来说,尼康的产品都属于博士能二代的产品,所以尼康的测距仪在性能上会远低于博士能产品。 尼康最为知名的1200S,与博士能ELITE 1500(205100)无论在测量距离,还是在测量速度,操作方便上都有差距。而博士能205100的售价却低于尼康1200S,另外虽然尼康是日本品牌,其1200S却是在中国生产,而博士能虽然是美国品牌,其205100却是在日本生产的。。


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