lastersanj

فاصله سنج لیزری

فاصله سنج لیزری
5 (100%) 1 vote

فاصله سنج لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده میکند.عمومی‌ترین نوع 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 خاطر سرعت بالای 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.

یو پی اس

 البته از متر لیرزی برای آسان تر کردن پروسه ی اندازه گیری استفاده می شود و اغلب در ساختمان  یو پی اس سازی کاربرد دارد و وقتی با متراژ های بالا کار میکنیم نازی به دقت در حد میلیمتر نداریم اگرچه هستند متر های لیزری که با دقت میلیمتر مسافت هایی در حد ۱۰۰ متر را برای شما اندازه گیری می کنند. این متر های لیزری با دقت بالا را می توان در برند CEM یافت. مدل هایی از قبیل%)۹( LDM-35/100/150 ویا LDM-160/180 از  یو پی اسهمین متر های لیزری با دقت بالا هستند.

 طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری YAG و یا CO2 به هدفی که

فاصله سنج لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام  یو پی اساستفاده میکند.عمومی‌ترین نوع 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 خاطر سرعت بالای 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 .

 البته از متر لیرزی برای آسان تر کردن پروسه ی اندازه گیری استفاده می شود و اغلب در ساختمان سازی کاربرد دارد و وقتی با متراژ های بالا کار میکنیم نازی به دقت در حد میلیمتر نداریم اگرچه هستند متر های لیزری که با دقت میلیمتر مسافت هایی در حد ۱۰۰ متر را برای شما اندازه گیری می کنند. این متر های لیزری با دقت بالا را می توان در برند CEM یافت. مدل هایی از قبیل%)۹( LDM-35/100/150 ویا LDM-160/180 از همین یو پی اس متر های لیزری با دقت بالا هستند.

 طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری YAG و یا CO2 به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر یو پی اس با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب Nd: YAG متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای L1 و L2 روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه t0 تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی یو پی اس در لحظه t1 آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت C در مدت زمان t1 – t0 فاصله ۲x (رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله x بدست می‌آید:

(X = (1/2) C(t1 – t0

 مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. سیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زمان t1 – t0 فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود

فاصله سنج لیزری

 یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک یو پی اس سه پایه با پایه سه گوش سوار شده است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می کند.

 متر لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده میکند.عمومی.ترین نوع 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 می.کند . به خاطر سرعت بالای نور این تکنیک برای اندازه گیری.های با دقت کمتر از میلیمتر مناسب نیست به طوری که اغلبیو پی اس  سه گوشه سازی و روش.های دیگر به کار می روند .

فاصله یاب لیزری

 لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و … استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن 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 خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصلهیو پی اس زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند ۱۰ تا ۲۰ بار در ثانیه انجام شود. بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند

پالس

 پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. یو پی اساین امر با استفاده از تکنیک.های اثر داپلر اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت.های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می شود.

 دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می شود. نوعی که از پالس.های لیزری خیلی سریع استفاده می.کند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.

حوزه تغییر

 با وجود اینکه پرتو باریک شده، ولی میتواند در طی فواصل طولانی در نتیجه واگرایی پرتو لیزر گسترش یافته و پخش شود.

 این پدیده به علت مجاورت با حباب.های هوا -که مانند لنزی عمل می کنند که تغییراتی یو پی اس در حدود اندازه.های میکروسکوپی تا تقریبا نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می شود.

 این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه.های متقاطع بهم می پیوندد که سبب می.شود حباب.های گرم به طورجانبی بهم فشرده شوند، که ممکن است به صورتی که سبب مشکل در صحت خواندن فاصله یک شی شوند با هم ترکیب گردند، مثلا زیر برخی درختان یا پشت بوته.ها و شاخ و برگ.ها یا حتی در فواصل طولانی بیشتر از ۱۰ کیلومتر در فضای باز و نواحی خالی تاریک.

بعضی نورهای لیزری ممکن است که از شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء بازگشت داده شوند که باعث بازگشت دادن زود و خواندن کم دقت می شود.در عوض در فواصل بیشتر از ۳۶۵ متر، هدف اگر در مجاورت زمین باشد ممکن است به راحتی در یک سراب ناپدید شود،یو پی اس که این سراب به دلیل تغییرات دما در هوا در مجاورت بیابان داغ که باعث خمیدگی نور لیزر می.شود بوجود می آید.

 تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند.

محاسبات

 فاصله بین نقطه A وB با رابطه زیر داده شده

D=ct/۲

 که c سرعت نور در اتمسفر و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.

t= φ/ω

 که تاخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می.شود ω فرکانس زاویه ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم

D=ct/۲,D=۱/۲ ct=۱/۲ c•φ/ω=c/(۴πf) (Nπ Δφ)=c/۴f (N ΔN)=U(N

در این رابطه U به عنوان واحد طول ، Δφ به عنوان تاخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسیمال ΔN=φ/ω هستند.

تمییز دادن

 بعضی ابزار قادرند که بین چند انعکاس را تشخیص دهند، مانند بالا.این ابزار از آشکارسازهای م:.۸*خص کننده شکل موج استفاده میکنند به طوری که می توانند مقدار نور بازگشتی در یک زمان مشخص را تعیین کنند، که معمولاً خیلی کوتاه است.شکل موج یک پالسیو پی اس لیزر که به یک درخت و سپس به زمین برخورد می.کند دو پیک خواهد داشت. اولین پیک فاصله تا درخت خواهد بود و دومی فاصله تا زمین.

 توانایی ابزارهای سوار شده بر هواپیما برای تشخیص درون سایه.های غلیظ و سطوح نیمه انعکاسی دیگر مانند اقیانوس کاربردهای زیادی را برای ابزارهای حمل و نقل هوایی تامین می کند، مانند :

 ساختن “زمین عریان”، نقشه.های مکان نگاری شده با حذف درختان

 ساختن نقشه.های دارای تراکم گیاهی

 عمق سنجی (اندازه گیری مکان نگاری زیر اقیانوس)

 خطر آتش جنگل ها

 تهدید شسته شدن موانع جزایر

فن آوریها

 زمان پرواز: زمان صرف شده برای یک پالس نور برای طی کردن فاصله رفت و برگشت تا هدف. یو پی اسبا دانستن سرعت نور و اندازه گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می شود.تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می.شود که معمولاً پاسخ متوسط مورد استفاده قرار می گیرد. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.

 انتقال فاز چند فرکانسی:این روش، انتقال فاز فرکانس.های چندگانه بازگشتی را اندازه گیری می.کند وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه گیری نهایی حل می.کند .

 تداخل:دقیق.ترین و مفیدترین تکنیک برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق.

کاربردها:

 کاربرد لیزر در مصارف نظامی

 کاربردهای نظامی لیزر همیشه عمده ترین کاربردهای آن بوده است . فعلا مهمتریم کاربردهای نظامی لیزر عبارت اند از:

:الف) فاصله یا بهای لیزری

:ب) علامت گذارهای لیزری

:ج) سلاح های هدایت انرژی

 فاصله یاب لیزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی از آن ها استفاده می شود.یو پی اس یک تپ کوتاه لیزری ( معمولا با زمان ۱۰ تا ۲۰ نانوثانیه) به سمت هدف نشانه گیری می شود و تپ پراکنده برگشتی بوسیله یک دریافت کننده مناسب نوری که شامل آشکارساز نوری است ثبت می شود. فاصله مورد نظر با اندازه گیری زمان پرواز این تپ لیزری به دست می اید. مزایای اصلی فاصله یاب لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

:الف) وزن – قیمت و پیچیدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است.

:ب) توانایی اندازه گیری فاصله حتی برای هنگامی که هدف در حال پرواز در ارتفاع بسیار کمی از سطح زمین و یا دریا باشد.

اشکال عمده این نوع رادار در این است که باریکه لیزر در شرایط نامناسب رویت به شدت در جو تضعیف می شود. فعلا چند نوع از فاصله یابهای لیزری با بردهای تا حدود ۱۵ کیلومتر مورد استفاده اند :

:الف) فاصله یاب های دستی برای استفاده سرباز پیاده ( یک%:۸.۹!از آخرین مدل های یو پی اسآن در آمریکا ساخته شده که در جیب جا می گیرد و وزن آن با باتری حدود ۵۰۰ گرم است.

:ب) سیستم های فاصله یاب برای استفاده در تانکها

:ج) سیستم های فاصله یاب مناسب برای دفاع ضد هوایی

 اولین لیزرهای که در فاصله یابی از آن ها استفاده شد لیزرهای یاقوتی با سوئیچ Q بودند. امروزه فاصله یابهای لیزری اغلب بر اساس لیزرهای نئودمیم با سوئیچ Q طراحی شده اند. گرچه لیزرهای CO2 نوع TEA در بعضی موارد ( مثل فاصله یاب تانک ها ) جایگزین جالبی برای لیزرهای نئودمیم است.

دومین کاربرد نظامی لیزر در علامت گذاری است. اساس کار علامت گذاری لیزری خیلی ساده است : لیزری که در یک مکان سوق الجیشی قرار گرفته است هدف را روشن می سازد به خاطر روشنایی شدید نور هنگامی که هدف به وسیله یک یو پی اسصافی نوری با نوار باریک مشاهده شود به صورت یک نقطه روشن به نظر خواهد رسید. سلاح که ممکن است بمب – موشک – و یا اسلحه منفجر شونده دیگری باشد بوسیله یک سیستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترین شکل این احساسگر می تواند یک عدسی باشد که تصویر هدف را به یک آشکارساز نوری ربع دایره ای که سیستم فرمان حرکت سلاح را کنترل می کند انتقال می دهد و بنابراین می تواند آن را به سمت هدف هدایت کند. به این ترتیب هدف گیری با دقت بسیار زیاد امکان پذیر است. ( دقت هدف گیری حدود ۱ متر از یک فاصله ۱۰ کیلومتری ممکن به نظر می رسد.) معمولا لیزر از نوع Nd: YAG است. در حالی که لیزرهای CO2 به خاطر پیچیدگی آشکارسازهای نوری ( که مستلزم یو پی اساستفاده در دماهای سرمازایی است) نامناسب اند. علامت گذاری ممکن است از هواپیما – هلیکوپتر و یا از زمین انجام شود. ( مثلا با استفاده از یک علامت گذار دستی ).

 اکنون کوشش قابل ملاحظه ای هم در آمریکا و هم در روسیه برای ساخت لیزرهایی که به عنوان سلاحههای هدایت انرژی به کار می روند اختصاص یافته است. در مورد سیستم های قوی لیزری مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل برای چند ده ثانیه ) یک سیستم نوری باریکه لیزر را به هدف ( هواپیما – ماهواره یا موشک ) هدایت می کند تا خسارت غیر قابل جبرانی به وسایل احساسگر آن وارد کند و یا اینکه چنان آسیبی به سطح آن وارد کند که نهایتا در اثر تنش های پروازی دچار صدمه شود سیستم های لیزر مستقر در زمین به خاطر اثر معروف به شکوفایی گرمایی که در جو اتفاق یو پی اسمی افتد فعلا چندان عملی به نظر نمی رسند. جو زمین توسط باریکه لیزر گرم می شود و این باعث می شود که جو مانند یک عدسی منفی باریکه را واگرا سازد با قرار دادن لیزر در هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع بالا و یا در یک سفینه فضایی می توان از این مساله اجتناب ورزید. اطلاعات موجود در این زمینه ها به علت سری بودن آن ها اغلب ناقص و پراکنده اند. اما به نظر می رسد که این سیستم ها کلا شامل باریکه هایی پیوسته با توان ۵ تا ۱۰ مگا وات (برای چند ثانیه ) با یک وسیله هدایت اپتیکی به قطر ۵ تا ۱۰ متر باشند مناسب ترین لیزرها یو پی اسبرای اینگونه کاربرد ها احتمالا لیزرهای شیمیایی اند ( DF یا HF) . لیزرهای شیمیایی به ویژه برای سیستم های مستقر در فضا جالب اند زیرا توسط آن ها می توان انرژی لازم را به صورت انرژی ذخیره فشرده به شکل انرژی شیمیایی ترکیب های مناسب تامین کرد.

مدلسازی سه بعدی

 این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای یو پی اسسنگی و … به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدلیو پی اس سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

 فاصله سنج.های لیزری به شدت در شناسایی و مدلسازی اجسام سه بعدی و انواع زیادی از رشته.های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه ای استفاده می شوند. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می دهند.در مقایسه با ابزارهای نظامی توصیف شده در بالا فاصله سنج.های لیزری توانایی.های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالتهای یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه ای ارائه می کنند.

تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده هایی که از زوایای متفاوت از یک یو پی اسجسم دریافت شده اند به منظور تولید مدلهای سه بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته اند.یکی از مزیتهایی که فاصله سنج.های لیزری نسبت به سایر روشهای تصویر مجازی رایانه ای دارند این است که رایانه نیازی به مرتبط کردن خصوصیات دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی)ندارد.

 فاصله سنج.های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه ای استفاده می شوند معمولاً وضوح عمق با دقت یک دهم میلیمتر یا کمتر را دارند.با استفاده از فنهای(techniques) سه گوشه سازی یا اندازه گیری شکست می توان به این هدف رسید.

ورزشها

 فاصله سنج.های لیزری می توانند به طور موثر در ورزشهای یو پی اسمتفاوتی که به اندازه گیری دقیق فاصله احتیاج دارند استفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی.

فرآیندهای تولید صنعتی

 یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه.های مدیریت انبار و فرآیندهای تولید در صنعت فولاد است.

ابزار اندازه گیری لیزری

 فاصله سنج.های لیزری همچنین می توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند.در حالیکه برای اندازه گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه گیری لیزرییو پی اس می توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد.ابزار اندازه گیری لیزری نوعا توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.

ایمنی

 فاصله سنج.های لیزری برای مشتریان، دستگاههای لیزری کلاس یک هستند و بنابراین برای چشم ایمن شناخته می شوند.بعضی از فاصله سنج.های لیزری برای استفاده.های نظامی از سطح انرژی کلاس یک تجاوز می کنند.

مزایا

وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت به رادارهای عادی

قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالاییو پی اس سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

 معایب

اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید مستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا ۱۵km بکار برده می‌شوند عبارتند از

 یک – فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم۱۰Kmو دقت کمتر از ۱۰m

 دو -فاصله یابهایی که روی تانک سوارند

 سه – فاصله یابهای ضد هوایی

یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری)

Laser Ranger Marked Target Seeker است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط یو پی اسشرکت فرانتی (Ferranti Limited) تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.

با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای از خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. حال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب – گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد. یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست

فاصله سنج لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده میکند.عمومی‌ترین نوع 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 خاطر سرعت بالای 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 .

 البته از متر لیرزی برای آسان تر کردن پروسه ی اندازه گیری استفاده می شود و اغلبیو پی اس در ساختمان سازی کاربرد دارد و وقتی با متراژ های بالا کار میکنیم نازی به دقت در حد میلیمتر نداریم اگرچه هستند متر های لیزری که با دقت میلیمتر مسافت هایی در حد ۱۰۰ متر را برای شما اندازه گیری می کنند. این متر های لیزری با دقت بالا را می توان در برند CEM یافت. مدل هایی از قبیل%)۹( LDM-35/100/150 ویا LDM-160/180 از همین متر های لیزری با دقت بالا هستند.

 طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری YAG و یا CO2 به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب Nd: YAG متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای L1 و L2 روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه t0 تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی در لحظه t1 آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت C در مدت زمان t1 – t0 فاصله ۲x (رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله x بدست می‌آید:

(X = (1/2) C(t1 – t0

 مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. سیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زمان t1 – t0 فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود

فاصله سنج لیزری

 یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار شده است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می کند.

 متر لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسامیو پی اس استفاده میکند.عمومی.ترین نوع 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 می.کند . به خاطر سرعت بالای نور این تکنیک برای اندازه گیری.های با دقت کمتر از میلیمتر مناسب نیست به طوری که اغلب سه گوشه سازی و روش.های دیگر به کار می روند .

فاصله یاب لیزری

 لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و … استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن 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 خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند ۱۰ تا ۲۰ بار در ثانیه انجام شود. بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند

پالس

 پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. این امر با استفاده از تکنیک.های اثر داپلر اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت.های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می شود.

 دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می شود. نوعی که از پالس.های لیزری خیلی سریع استفاده می.کند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.

حوزه تغییر

 با وجود اینکه پرتو باریک شده، ولی میتواند در طی فواصل طولانی در نتیجه واگرایی پرتو لیزر گسترش یافته و پخش شود.

 این پدیده به علت مجاورت با حباب.های هوا -که مانند لنزی عمل می کنند که تغییراتی در حدود اندازه.های میکروسکوپی تا تقریبا نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می شود.

 این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه.های متقاطع بهم می پیوندد که سبب می.شود حباب.های گرم به طورجانبی بهم فشرده شوند، که ممکن است به صورتی که سبب مشکل در صحت خواندن فاصله یک شی شوند با هم ترکیب گردند، مثلا زیر برخی درختان یا پشت بوته.ها و شاخ و برگ.ها یا حتی در فواصل طولانی بیشتر از ۱۰ کیلومتر در فضای باز و نواحی خالی تاریک.

بعضی نورهای لیزری ممکن است که از شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء بازگشت داده شوند که باعث بازگشت دادن زود و خواندن کم دقت می شود.در عوض در فواصل بیشتر از ۳۶۵ متر، هدف اگر در مجاورت زمین باشد ممکن است به راحتی در یک سراب ناپدید شود، که این سراب یو پی اسبه دلیل تغییرات دما در هوا در مجاورت بیابان داغ که باعث خمیدگی نور لیزر می.شود بوجود می آید.

 تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند.

محاسبات

 فاصله بین نقطه A وB با رابطه زیر داده شده

D=ct/۲

 که c سرعت نور در اتمسفر و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.

t= φ/ω

 که تاخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می.شود ω فرکانس زاویه ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم

D=ct/۲,D=۱/۲ ct=۱/۲ c•φ/ω=c/(۴πf) (Nπ Δφ)=c/۴f (N ΔN)=U(N

در این رابطه U به عنوان واحد طول ، Δφ به عنوان تاخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسیمال ΔN=φ/ω هستند.

تمییز دادن

 بعضی ابزار قادرند که بین چند انعکاس را تشخیص دهند، مانند بالا.این ابزار از آشکارسازهای م:.۸*خص کننده شکل موج استفاده میکنند به طوری که می توانند مقدار نور بازگشتی در یک زمان مشخص را تعیین کنند، که معمولاً خیلی کوتاه است.شکل موج یک پالس لیزر که به یک درخت و سپس به زمین برخورد می.کند دو پیک خواهد داشت. اولین پیک فاصله تا درخت خواهد بود و دومی فاصله تا زمین.

 توانایی ابزارهای سوار شده بر هواپیما برای تشخیص درون سایه.های غلیظ و سطوح نیمه انعکاسی دیگر مانند اقیانوس کاربردهای زیادی را برای ابزارهای حمل و نقل هوایی تامین می کند، مانند :

 ساختن “زمین عریان”، نقشه.های مکان نگاری شده با حذف درختان

 ساختن نقشه.های دارای تراکم گیاهی

 عمق سنجی (اندازه گیری مکان نگاری زیر اقیانوس)

 خطر آتش جنگل ها

 تهدید شسته شدن موانع جزایر

فن آوریها

 زمان پرواز: زمان صرف شده برای یک پالس نور برای طی کردن فاصله رفت و برگشت تا هدف. با دانستن سرعت نور و اندازه گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می شود.تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می.شود که معمولاً پاسخ متوسط مورد استفاده قرار می گیرد. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.

 انتقال فاز چند فرکانسی:این روش، انتقال فاز فرکانس.های چندگانه بازگشتییو پی اس را اندازه گیری می.کند وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه گیری نهایی حل می.کند .

 تداخل:دقیق.ترین و مفیدترین تکنیک برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق.

کاربردها:

 کاربرد لیزر در مصارف نظامی

 کاربردهای نظامی لیزر همیشه عمده ترین کاربردهای آن بوده است . فعلا مهمتریم کاربردهای نظامی لیزر عبارت اند از:

:الف) فاصله یا بهای لیزری

:ب) علامت گذارهای لیزری

:ج) سلاح های هدایت انرژی

 فاصله یاب لیزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی از آن ها استفاده می شود. یک تپ کوتاه لیزری ( معمولا با زمان ۱۰ تا ۲۰ نانوثانیه) به سمت هدف نشانه گیری می شود و تپ پراکنده برگشتی بوسیله یک دریافت کننده مناسب نوری که شامل آشکارساز نوری است ثبت می شود. فاصله مورد نظر با اندازه گیری زمان پرواز این تپ لیزری به دست می اید. مزایای اصلی فاصله یاب لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

:الف) وزن – قیمت و پیچیدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است.

:ب) توانایی اندازه گیری فاصله حتی برای هنگامی که هدف در حال پرواز در ارتفاع بسیار کمی از سطح زمین و یا دریا باشد.

اشکال عمده این نوع رادار در این است که باریکه لیزر در شرایط نامناسب رویت به شدت در جو تضعیف می شود. فعلا چند نوع از فاصله یابهای لیزری با بردهای تا حدود ۱۵ کیلومتر مورد استفاده اند :

:الف) فاصله یاب های دستی برای استفاده سرباز پیاده ( یک%:۸.۹!از آخرین مدل های آن در آمریکا ساخته شده که در جیب جا می گیرد و وزن آن با باتری حدود ۵۰۰ گرم است.

:ب) سیستم های فاصله یاب برای استفاده در تانکها

:ج) سیستم های فاصله یاب مناسب برای دفاع ضد هوایی

 اولین لیزرهای که در فاصله یابی از آن ها استفاده شد لیزرهای یاقوتی با سوئیچ Q بودند. امروزه فاصله یابهای لیزری اغلب بر اساس لیزرهای نئودمیم با سوئیچ Q طراحی شده اند. گرچه لیزرهای CO2 نوع TEA در بعضی موارد ( مثل فاصله یاب تانک ها ) جایگزین جالبی برای لیزرهای نئودمیم است.

دومین کاربرد نظامی لیزر در علامت گذاری است. اساس کار علامت گذاری لیزری خیلی ساده است : لیزری که در یک مکان سوق یو پی اسالجیشی قرار گرفته است هدف را روشن می سازد به خاطر روشنایی شدید نور هنگامی که هدف به وسیله یک صافی نوری با نوار باریک مشاهده شود به صورت یک نقطه روشن به نظر خواهد رسید. سلاح که ممکن است بمب – موشک – و یا اسلحه منفجر شونده دیگری باشد بوسیله یک سیستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترین شکل این احساسگر می تواند یک عدسی باشد که تصویر هدف را به یک آشکارساز نوری ربع دایره ای که سیستم فرمان حرکت سلاح را کنترل می کند انتقال می دهد و بنابراین می تواند آن را به سمت هدف هدایت کند. به این ترتیب هدف گیری با دقت بسیار زیاد امکان پذیر است. ( دقت هدف گیری حدود ۱ متر از یک فاصله ۱۰ کیلومتری ممکن به نظر می رسد.) معمولا لیزر از نوع Nd: YAG است. در حالی که لیزرهای CO2 به خاطر پیچیدگی آشکارسازهای نوری ( که مستلزم استفاده در دماهای سرمازایی است) نامناسب اند. علامت گذاری ممکن است از هواپیما – هلیکوپتر و یا از زمین انجام شود. ( مثلا با استفاده از یک علامت گذار دستی ).

 اکنون کوشش قابل ملاحظه ای هم در آمریکا و هم در روسیه برای ساخت لیزرهایی که به عنوان سلاحههای هدایت انرژی به کار می روند اختصاص یافته است. در مورد سیستم های قوی لیزری مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل برای چند ده ثانیه ) یک سیستم نوری باریکه لیزر را به هدف ( هواپیما – ماهواره یا موشک ) هدایت می کند تا خسارت غیر قابل جبرانی به وسایل احساسگر آن وارد کند و یا اینکه چنان آسیبی به سطح آن وارد کند که نهایتا در اثر تنش های پروازی دچار صدمه شود سیستم های لیزر مستقر در زمین به خاطر اثر معروف به شکوفایی گرمایی که در جو اتفاق می افتد فعلا چندان عملی به نظر نمی رسند. جو زمین توسط باریکه لیزر گرم می شود و این باعث می شود که جو مانند یک عدسی منفی باریکه را واگرا سازد با قرار دادن لیزر در هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع بالا و یا در یک سفینه فضایی می توان از این مساله اجتناب ورزید. اطلاعات موجود در این زمینه ها به علت سری بودن آن ها اغلب ناقص و پراکنده اند. اما به نظر می رسد که این سیستم ها کلا شامل باریکه هایی پیوسته با توان ۵ تا ۱۰ مگا وات (برای چند ثانیه ) با یک وسیله هدایت اپتیکی به قطر ۵ تا ۱۰ متر باشند مناسب ترین لیزرها برای اینگونه کاربرد ها احتمالا لیزرهای شیمیایی اند ( DF یا HF) . لیزرهای شیمیایی به ویژه برای سیستم های مستقر در فضا جالب اند یو پی اسزیرا توسط آن ها می توان انرژی لازم را به صورت انرژی ذخیره فشرده به شکل انرژی شیمیایی ترکیب های مناسب تامین کرد.

مدلسازی سه بعدی

 این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

 فاصله سنج.های لیزری به شدت در شناسایی و مدلسازی اجسام سه بعدی و انواع زیادی از رشته.های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه ای استفاده می شوند. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می دهند.در مقایسه با ابزارهای نظامی توصیف شده در بالا فاصله سنج.های لیزری توانایی.های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالتهای یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه ای ارائه می کنند.

تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده هایی که از زوایای متفاوت از یک جسم دریافت شده اند به منظور تولید مدلهای سه بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته اند.یکی از مزیتهایی که فاصله سنج.های لیزری نسبت به سایر روشهای تصویر مجازی رایانه ای دارند این است که رایانه نیازی به مرتبط کردن خصوصیات دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی)ندارد.

 فاصله سنج.های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه ای استفاده می شوند معمولاً وضوح عمق با دقت یک دهم میلیمتر یا کمتر را دارند.با استفاده از فنهای(techniques) سه گوشه سازی یا اندازه گیری شکست می توان به این هدف رسید.

ورزشها

 فاصله سنج.های لیزری می توانند به طور موثر در ورزشهای متفاوتی که به اندازه گیری دقیق فاصله احتیاج دارند یو پی اساستفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی.

فرآیندهای تولید صنعتی

 یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه.های مدیریت انبار و فرآیندهای تولید در صنعت فولاد است.

ابزار اندازه گیری لیزری

 فاصله سنج.های لیزری همچنین می توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند.در حالیکه برای اندازه گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه گیری لیزری می توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد.ابزار اندازه گیری لیزری نوعا توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.

ایمنی

 فاصله سنج.های لیزری برای مشتریان، دستگاههای لیزری کلاس یک هستند و بنابراین برای چشم ایمن شناخته می شوند.بعضی از فاصله سنج.های لیزری برای استفاده.های نظامی از سطح انرژی کلاس یک تجاوز می کنند.

مزایا

وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت به رادارهای عادی

قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالای سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

 معایب

اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید یو پی اسمستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا ۱۵km بکار برده می‌شوند عبارتند از

 یک – فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم۱۰Kmو دقت کمتر از ۱۰m

 دو -فاصله یابهایی که روی تانک سوارند

 سه – فاصله یابهای ضد هوایی

یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری)

Laser Ranger Marked Target Seeker است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط شرکت فرانتی (Ferranti Limited) تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.

با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای از خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. یو پی اسحال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب – گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد. یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست

نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب Nd: YAG متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای L1 و L2 روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه t0 تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی در لحظه t1 آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت C در مدت زمان t1 – t0 فاصله ۲x (رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله x بدست می‌آید:

(X = (1/2) C(t1 – t0

 مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. یو پی اسسیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زمان t1 – t0 فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود

فاصله سنج لیزری

 یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار شده است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می کند.

 متر لیزری وسیله ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده میکند.عمومی.ترین نوع 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 می.کند . به خاطر سرعت بالای نور این تکنیک برای اندازه گیری.های با دقت کمتر از میلیمتر مناسب نیست به طوری که اغلب سه گوشه سازی و روش.های دیگر به کار می روند .

فاصله یاب لیزری

 لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و … استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن 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 خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند ۱۰ تا ۲۰ بار در ثانیه انجام شود. بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند

پالس

 پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. این امر با استفاده از تکنیک.های اثر داپلر اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت.های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می شود.

 دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می شود. نوعی که از پالس.های لیزری خیلی سریع استفاده می.کند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.

حوزه تغییر

 با وجود اینکه پرتو باریک شده، ولی میتواند در طی فواصل طولانی در نتیجه واگرایی پرتو لیزر گسترش یافته و پخش شود.

 این پدیده به علت مجاورت با حباب.های هوا -که مانند لنزی عمل می کنند که تغییراتی در حدود اندازه.های میکروسکوپی تا تقریبا نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می شود.

 این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه.های متقاطع بهم می پیوندد که سبب می.شود حباب.های گرم به طورجانبی بهم فشرده شوند، که ممکن است به صورتی که سبب مشکل در صحت خواندن فاصله یک شی شوند با هم ترکیب گردند، مثلا زیر برخی درختان یا پشت بوته.ها و شاخ و برگ.ها یا حتی در فواصل طولانی بیشتر از ۱۰ کیلومتر در فضای باز و نواحی خالی تاریک.

بعضی نورهای لیزری ممکن است که از شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء بازگشت داده شوندیو پی اس که باعث بازگشت دادن زود و خواندن کم دقت می شود.در عوض در فواصل بیشتر از ۳۶۵ متر، هدف اگر در مجاورت زمین باشد ممکن است به راحتی در یک سراب ناپدید شود، که این سراب به دلیل تغییرات دما در هوا در مجاورت بیابان داغ که باعث خمیدگی نور لیزر می.شود بوجود می آید.

 تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند.

محاسبات

 فاصله بین نقطه A وB با رابطه زیر داده شده

D=ct/۲

 که c سرعت نور در اتمسفر و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.

t= φ/ω

 که تاخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می.شود ω فرکانس زاویه ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم

D=ct/۲,D=۱/۲ ct=۱/۲ c•φ/ω=c/(۴πf) (Nπ Δφ)=c/۴f (N ΔN)=U(N

در این رابطه U به عنوان واحد طول ، Δφ به عنوان تاخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسیمال ΔN=φ/ω هستند.

تمییز دادن

 بعضی ابزار قادرند که بین چند انعکاس را تشخیص دهند، مانند بالا.این ابزار از آشکارسازهای م:.۸*خص کننده شکل موج استفاده میکنند به طوری که می توانند مقدار نور بازگشتی در یک زمان مشخص را تعیین کنند، که معمولاً خیلی کوتاه است.شکل موج یک پالس لیزر که به یک درخت و سپس به زمین برخورد می.کند دو پیک خواهد داشت. اولین پیک فاصله تا درخت خواهد بود و دومی فاصله تا زمین.

 توانایی ابزارهای سوار شده بر هواپیما برای تشخیص درون سایه.های غلیظ و سطوح نیمه انعکاسی دیگر مانند اقیانوس کاربردهای زیادی را برای ابزارهای حمل و نقل هوایی تامین می کند، مانند :

 ساختن “زمین عریان”، نقشه.های مکان نگاری شده با حذف درختان

 ساختن نقشه.های دارای تراکم گیاهی

 عمق سنجی (اندازه گیری مکان نگاری زیر اقیانوس)

 خطر آتش جنگل ها

 تهدید شسته شدن موانع جزایر

فن آوریها

 زمان پرواز: زمان صرف شده برای یک پالس نور برای طی کردن فاصله رفت و برگشت تا هدف. با دانستن سرعت نور و اندازه گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می شود.تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می.شود که معمولاً پاسخ متوسط مورد استفاده قرار می گیرد. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.

 انتقال فاز چند فرکانسی:این روش، انتقال فاز فرکانس.های چندگانه بازگشتی را اندازه گیری می.کندیو پی اس وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه گیری نهایی حل می.کند .

 تداخل:دقیق.ترین و مفیدترین تکنیک برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق.

کاربردها:

 کاربرد لیزر در مصارف نظامی

 کاربردهای نظامی لیزر همیشه عمده ترین کاربردهای آن بوده است . فعلا مهمتریم کاربردهای نظامی لیزر عبارت اند از:

:الف) فاصله یا بهای لیزری

:ب) علامت گذارهای لیزری

:ج) سلاح های هدایت انرژی

 فاصله یاب لیزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی یو پی اساز آن ها استفاده می شود. یک تپ کوتاه لیزری ( معمولا با زمان ۱۰ تا ۲۰ نانوثانیه) به سمت هدف نشانه گیری می شود و تپ پراکنده برگشتی بوسیله یک دریافت کننده مناسب نوری که شامل آشکارساز نوری است ثبت می شود. فاصله مورد نظر با اندازه گیری زمان پرواز این تپ لیزری به دست می اید. مزایای اصلی فاصله یاب لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

:الف) وزن – قیمت و پیچیدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است.

:ب) توانایی اندازه گیری فاصله حتی برای هنگامی که هدف در حال پرواز در ارتفاع بسیار کمی از سطح زمین و یا دریا باشد.

اشکال عمده این نوع رادار در این است که باریکه لیزر در شرایط نامناسب رویت به شدت در جو تضعیف می شود. فعلا چند نوع از فاصله یابهای لیزری با بردهای تا حدود ۱۵ کیلومتر مورد استفاده اند :

:الف) فاصله یاب های دستی برای استفاده سرباز پیاده ( یک%:۸.۹!از آخرین مدل های آن در آمریکا ساخته شده که در جیب جا می گیرد و وزن آن با باتری حدود ۵۰۰ گرم است.

:ب) سیستم های فاصله یاب برای استفاده در تانکها

:ج) سیستم های فاصله یاب مناسب برای دفاع ضد هوایی

 اولین لیزرهای که در فاصله یابی از آن ها استفاده شد لیزرهای یاقوتی با سوئیچ Q بودند. امروزه فاصله یابهای لیزری اغلب بر اساس لیزرهای نئودمیم با سوئیچ Q طراحی شده اند. گرچه لیزرهای CO2 نوع TEA در بعضی موارد ( مثل فاصله یاب تانک ها ) جایگزین جالبی برای لیزرهای نئودمیم است.

دومین کاربرد نظامی لیزر در علامت گذاری است. اساس کار علامت گذاری لیزری خیلی ساده است یو پی اس: لیزری که در یک مکان سوق الجیشی قرار گرفته است هدف را روشن می سازد به خاطر روشنایی شدید نور هنگامی که هدف به وسیله یک صافی نوری با نوار باریک مشاهده شود به صورت یک نقطه روشن به نظر خواهد رسید. سلاح که ممکن است بمب – موشک – و یا اسلحه منفجر شونده دیگری باشد بوسیله یک سیستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترین شکل این احساسگر می تواند یک عدسی باشد که تصویر هدف را به یک آشکارساز نوری ربع دایره ای که سیستم فرمان حرکت سلاح را کنترل می کند انتقال می دهد و بنابراین می تواند آن را به سمت هدف هدایت کند. به این ترتیب هدف گیری با دقت بسیار زیاد امکان پذیر است. ( دقت هدف گیری حدود ۱ متر از یک فاصله ۱۰ کیلومتری ممکن به نظر می رسد.) معمولا لیزر از نوع Nd: YAG است. در حالی که لیزرهای CO2 به خاطر پیچیدگی آشکارسازهای نوری ( که مستلزم استفاده در دماهای سرمازایی است) نامناسب اند. علامت گذاری ممکن است از هواپیما – هلیکوپتر و یا از زمین انجام شود. ( مثلا با استفاده از یک علامت گذار دستی ).

 اکنون کوشش قابل ملاحظه ای هم در آمریکا و هم در روسیه برای ساخت لیزرهایی که به عنوان سلاحههای هدایت انرژی به کار می روند اختصاص یافته است. در مورد سیستم های قوی لیزری مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل برای چند ده ثانیه ) یک سیستم نوری باریکه لیزر را به هدف ( هواپیما – ماهواره یا موشک ) هدایت می کند تا خسارت غیر قابل جبرانی به وسایل احساسگر آن وارد کند و یا اینکه چنان آسیبی به سطح آن وارد کند که نهایتا در اثر تنش های پروازی دچار صدمه شود سیستم های لیزر مستقر در زمین به خاطر اثر معروف به شکوفایی گرمایی که در جو اتفاق می افتد فعلا چندان عملی به نظر نمی رسند. جو زمین توسط باریکه لیزر گرم می شود و این باعث می شود که جو مانند یک عدسی منفی باریکه را واگرا سازد با قرار دادن لیزر در هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع بالا و یا در یک سفینه فضایی می توان از این مساله اجتناب ورزید. اطلاعات موجود در این زمینه ها به علت سری بودن آن ها اغلب ناقص و پراکنده اند. اما به نظر می رسد که این سیستم ها کلا شامل باریکه هایی پیوسته با توان ۵ تا ۱۰ مگا وات (برای چند ثانیه ) با یک وسیله هدایت اپتیکی به قطر ۵ تا ۱۰ متر باشند مناسب ترین لیزرها برای اینگونه کاربرد ها احتمالا لیزرهای شیمیایی اند ( DF یا HF) . لیزرهای شیمیایی به ویژه برای سیستم های مستقر در فضا جالب اند زیرا توسط آن هایو پی اس می توان انرژی لازم را به صورت انرژی ذخیره فشرده به شکل انرژی شیمیایی ترکیب های مناسب تامین کرد.

مدلسازی سه بعدی

 این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

این پویشگرscanner ) LIDAR )می تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و … به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی تواند پرتو لیزری خود را در محدوده.های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می چرخد، یک آینه عمودی حرکت می کند.پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می شود.

 فاصله سنج.های لیزری به شدت در شناسایی و مدلسازی اجسام سه بعدی و انواع زیادی از رشته.های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه ای استفاده می شوند. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می دهند.در مقایسه با ابزارهای نظامی توصیف شده در بالا فاصله سنج.های لیزری توانایی.های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالتهای یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه ای ارائه می کنند.

تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده هایی که از زوایای متفاوت از یک جسم دریافت شده اند به منظور تولید مدلهای سه بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته اند.یکی از مزیتهایی که فاصله سنج.های لیزری نسبت به سایر روشهای تصویر مجازی رایانه ای دارند این است که رایانه نیازی به مرتبط کردن خصوصیات دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی)ندارد.

 فاصله سنج.های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه ای استفاده می شوند معمولاً وضوح عمقیو پی اس با دقت یک دهم میلیمتر یا کمتر را دارند.با استفاده از فنهای(techniques) سه گوشه سازی یا اندازه گیری شکست می توان به این هدف رسید.

ورزشها

 فاصله سنج.های لیزری می توانند به طور موثر در ورزشهای متفاوتی که به اندازه گیری دقیق فاصله احتیاج دارند استفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی.

فرآیندهای تولید صنعتی

 یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه.های مدیریت انبار و فرآیندهای تولید در صنعت فولاد است.

ابزار اندازه گیری لیزری

 فاصله سنج.های لیزری همچنین می توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند.در حالیکه برای اندازه گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه گیری لیزری می توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد.ابزار اندازه گیری لیزری نوعا توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.

ایمنی

 فاصله سنج.های لیزری برای مشتریان، دستگاههای لیزری کلاس یک هستند و بنابراین برای چشم ایمن شناخته می شوند.بعضی از فاصله سنج.های لیزری برای استفاده.های نظامی از سطح انرژی کلاس یک تجاوز می کنند.

مزایا

وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت یو پی اسبه رادارهای عادی

قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالای سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

 معایب

اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید مستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا ۱۵km بکار برده می‌شوند عبارتند از

 یک – فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم۱۰Kmو دقت کمتر از ۱۰m

 دو -فاصله یابهایی که روی تانک سوارند

 سه – فاصله یابهای ضد هوایی

یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری)

Laser Ranger Marked Target Seeker است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط شرکت فرانتی (Ferranti Limited) تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.

با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای یو پی اساز خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. حال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب – گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد.یو پی اس یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست

مدیر سایت ۱۰ شهریور ۱۳۹۵ بلاگ بدون دیدگاه
برچسب ها:

دیدگاه‌ها بسته شده‌اند.

تماس با تکا یو پی اس