Come funziona il misuratore di distanza laser?

Un misuratore di distanza laser funziona misurando il tempo necessario a un impulso di luce laser per essere riflessa da un bersaglio e restituita al mittente. Questo è noto come principio del "tempo di volo", e il metodo è noto come misurazione "tempo di volo" o "impulso".

Principio di funzionamento

Un misuratore di distanza laser emette un impulso di laser su un bersaglio. L'impulso si riflette quindi sul bersaglio e di nuovo sul dispositivo di invio (in questo caso, un misuratore di distanza laser). Questo principio del "tempo di volo" si basa sul fatto che la luce laser viaggia ad una velocità abbastanza costante attraverso l'atmosfera terrestre. All'interno del misuratore, un semplice computer calcola rapidamente la distanza dal bersaglio. Questo metodo di calcolo della distanza è in grado di misurare la distanza dalla Terra alla luna in pochi centimetri. I misuratori di distanza laser possono anche essere indicati come "telemetri" o "telemetri laser".

Calcolo della distanza

La distanza tra il misuratore e il bersaglio è data da D=ct/2, dove c è uguale alla velocità della luce e t è uguale alla quantità di tempo per il viaggio di andata e ritorno tra metro e bersaglio. Data l'alta velocità con cui l'impulso viaggia e la sua messa a fuoco, questo calcolo approssimativo è molto accurato su distanze di piedi o miglia ma perde precisione su distanze molto più vicine o più lontane.

Perché i laser?

I laser sono focalizzati, intensi fasci di luce, di solito di una singola frequenza. Sono molto utili per misurare le distanze perché viaggiano a velocità abbastanza costanti attraverso l'atmosfera e percorrono distanze molto più lunghe prima che la divergenza (l'indebolimento e la diffusione da un fascio di luce) riduca l'efficacia del misuratore. La luce laser ha anche meno probabilità di disperdersi come la luce bianca, il che significa che la luce laser può percorrere una distanza molto maggiore senza perdere intensità. Rispetto alla normale luce bianca, un impulso laser mantiene gran parte della sua intensità originale quando viene riflessa dal bersaglio, che è molto importante quando si calcola la distanza da un oggetto.

Considerazioni

L'accuratezza di un misuratore di distanza laser dipende dal polso originale che ritorna al dispositivo di invio. Anche se i raggi laser sono molto stretti e hanno alte energie, sono soggetti alle stesse distorsioni atmosferiche che influenzano la normale luce bianca. Queste distorsioni atmosferiche possono rendere difficile ottenere una lettura accurata della distanza di un oggetto vicino al verde o su lunghe distanze di oltre 1 chilometro nel terreno desertico. Inoltre, materiali diversi riflettono la luce in misura maggiore o minore. Un materiale che tende ad assorbire o disperdere la luce (diffusione) riduce la probabilità che l'impulso laser originale possa essere riflesso per il calcolo. Nei casi in cui il bersaglio ha una riflessione diffusa, deve essere utilizzato un misuratore di distanza laser che utilizza un "metodo di spostamento di fase".

Ricezione ottica

Per garantire l'affidabilità, i misuratori di distanza laser utilizzano un metodo per ridurre al minimo la luce di fondo. Troppa luce di fondo può interferire con la misurazione quando il sensore scambia una parte della luce di fondo per l'impulso laser riflesso, con conseguente lettura a distanza falsa. Ad esempio, un misuratore di distanza laser progettato per l'uso in condizioni antartiche, dove è prevista un'intensa luce di fondo, utilizza una combinazione di filtri a larghezza di banda stretta, frequenze del fascio diviso e un diaframma molto piccolo per bloccare quanta più interferenza possibile dalla luce di fondo.

applicazioni

I misuratori di distanza laser e i telemetri hanno un'ampia varietà di usi, dalla creazione di mappe allo sport. Possono essere utilizzati per creare mappe del fondo oceanico o mappe topografiche liberate dalla vegetazione. Sono usati nell'esercito per fornire una distanza esatta dai bersagli per cecchini o artiglieria, per la ricognizione e per l'ingegneria. Ingegneri e progettisti utilizzano misuratori di distanza laser per costruire modelli 3D di oggetti. Arcieri, cacciatori e golfisti impiegano tutti range finder per calcolare la distanza dal bersaglio.