एक लेख आपको लेजर के बारे में दिखाएगा
Maims Consulting के अनुसार, 1960 में दुनिया के पहले रूबी लेजर के बाहर आने के कुछ समय बाद, मुख्य लक्ष्य के रूप में सटीकता के साथ प्रौद्योगिकी की लेजर की तकनीक का जन्म हुआ। लेजर * * का उपयोग लंबे समय से सेना में किया गया है, और फिर, अपनी मजबूत विरोधी हस्तक्षेप क्षमता और उच्च सटीकता के साथ, इसने कई क्षेत्रों में एक बड़ी भूमिका निभाई है, जैसे कि एयरोस्पेस, बिल्डिंग सर्वेक्षण और मानचित्रण, पवन ऊर्जा उद्योग, बुद्धिमान परिवहन, औद्योगिक विनिर्माण और इतने पर।
औद्योगिक स्वचालन और मशीन विजन के तेजी से विकास के साथ, लेजर रेंजिंग को कई अनुप्रयोगों जैसे कि पता लगाने, माप और नियंत्रण जैसे कई अनुप्रयोगों में एक बहुत महत्वपूर्ण गैर-संपर्क पहचान विधि साबित हुई है। इसी समय, लेजर की गति, लेजर स्पीड मापन, लेजर ट्रैकिंग, लेजर थ्री-डायमेंशनल इमेजिंग और लेजर रडार (LIDAR) जैसी उच्च-अंत प्रौद्योगिकियों के आधार के रूप में, अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित कर रहा है। Mimes परामर्श कई वर्तमान मुख्यधारा के लेजर के तरीकों को शुरू करने और चर्चा करने पर ध्यान केंद्रित करेगा।
1। लेजर की विधि का वर्गीकरण
मूल सिद्धांत के अनुसार, लेजर रेंजिंग तरीकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: फ्लाइट (टीओएफ) विधि और स्पेस ज्यामिति विधि का समय, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। उनमें से, समय-उड़ान विधि में प्रत्यक्ष टीओएफ विधि (पल्स प्रकार) और अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि (चरण प्रकार) शामिल हैं; स्थानिक ज्यामितीय विधियों में मुख्य रूप से त्रिकोणीय और इंटरफेरोमेट्री शामिल हैं।
पल्स लेजर रेंजिंग एक ऐसी विधि है जिसे लेजर तकनीक * * * का उपयोग लंबे समय से सर्वेक्षण और मैपिंग के क्षेत्र में किया गया है। यह उत्सर्जित प्रकाश और प्राप्त प्रकाश पल्स के बीच समय अंतराल को सीधे मापकर लक्ष्य दूरी की जानकारी प्राप्त करता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। मापा दूरी के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:
जहां डी मापा दूरी है, सी हवा में प्रकाश प्रसार की गति है, और of टी उत्सर्जन से रिसेप्शन तक लेजर बीम का गोल-यात्रा समय है।
पल्स लेजर में छोटे उत्सर्जन कोण, अंतरिक्ष में अपेक्षाकृत केंद्रित ऊर्जा और उच्च तात्कालिक शक्ति होती है। इन विशेषताओं का उपयोग विभिन्न मध्यम-लंबी दूरी लेजर रेंजफाइंडर, लेजर रडार, आदि बनाने के लिए किया जा सकता है, हालांकि, पल्स लेजर रेंजिंग विधि एक उच्च आवृत्ति घड़ी ड्राइव काउंटर के माध्यम से प्राप्त करने और प्राप्त करने वाले दालों के बीच के समय को गिनती है, जो कि गिनती की पल्स के लिए शॉर्टिंग पल्स के लिए बहुत कम हो जाती है, जो कि पल्स को कम करने के लिए बहुत कम हो जाती है। माप।
वर्तमान में, स्पंदित लेजर का उपयोग व्यापक रूप से लंबी दूरी और कम-सटीकता सर्वेक्षणों में किया जाता है, जैसे कि स्थलाकृतिक और भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण, भूवैज्ञानिक अन्वेषण, इंजीनियरिंग निर्माण सर्वेक्षण, इंजीनियरिंग निर्माण सर्वेक्षण, विमान की ऊंचाई सर्वेक्षण, उपग्रह सहसंबंध, सेलेस्टियल बॉडीज, आदि के बीच दूरी माप, जैसा कि चित्रा 3 में दिखाया गया है।
3। चरण लेजर रेंजिंग - अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि
फेज लेजर रेंजिंग लेजर बीम के आयाम को संशोधित करने के लिए रेडियो बैंड की आवृत्ति का उपयोग करता है और एक राउंड ट्रिप के लिए मॉड्यूलेशन लाइट द्वारा उत्पन्न चरण देरी को मापता है, और फिर मॉड्यूलेशन लाइट के तरंग दैर्ध्य के अनुसार चरण देरी द्वारा प्रतिनिधित्व की गई दूरी को परिवर्तित करता है। यह विधि अप्रत्यक्ष रूप से चरण अंतर को मापकर समय को मापती है, इसलिए इसे अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि भी कहा जाता है।
जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, यह मानते हुए कि संशोधित आवृत्ति एफ है, मॉड्यूलेटेड तरंग λ = सी/ एफ, सी प्रकाश की गति है, और मॉड्यूलेटेड लाइट वेव सिग्नल की मापा चरण शिफ्ट ∆ φ φ ， है तो मापने के बिंदु के बीच लेजर का गोल-यात्रा समय और लक्ष्य की गणना की जा सकती है।
हालाँकि, जब लक्ष्य दूरी d बढ़ती है, तो चरण देरी का मान साइनसोइडल मॉड्यूलेटेड लाइट वेव की एक अवधि से अधिक हो सकता है, अर्थात् π π = 2 π (n+) n), n और val n क्रमशः चक्र के अभिन्न और आंशिक भाग होते हैं, इसलिए मापा दूरी d है:
जहां, l = c/ 2f = λ/ 2 को मापने वाले शासक की लंबाई कहा जाता है, और चरण की लंबाई को λ/ के रूप में माना जा सकता है। दूरी d को 2 के एक शासक के साथ मापा जाता है। दूरी n और ± N. का निर्धारण करके प्राप्त की जा सकती है। अंशिक भाग val n को मापा जा सकता है, लेकिन n कई समाधानों का कारण नहीं है, जो कई समाधानों का कारण बनता है। इस समस्या को हल करने के लिए, कई आवृत्तियों के संशोधित प्रकाश तरंग संकेतों के साथ समान दूरी को मापना आवश्यक है, जिसे चरण में शासक आवृत्ति भी कहा जाता है। यदि मापा दूरी शासक की लंबाई से कम है, तो n = 0, समाधान मान * * * है। जब चरण माप की सटीकता तय हो जाती है, तो मापने वाले शासक की आवृत्ति कम होती है, अधिक से अधिक त्रुटि होती है, जिसे उच्च-सटीकता में अनुमति नहीं होती है। इसके विपरीत, चयनित शासक की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, माप सटीकता उतनी ही अधिक होगी, लेकिन इस समय एन मान 1 से अधिक होगा, और कई समाधानों की समस्या है। इस विरोधाभास को हल करने के लिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, आमतौर पर एक शासक का चयन करें जो साधन की सटीकता और कई सहायक शासकों को निर्धारित करता है जो सीमा को निर्धारित करते हैं, जिन्हें क्रमशः ठीक मापने वाले शासक और खुरदरे मापने वाले शासक कहा जाता है, और उच्च गुणवत्ता के माप को प्राप्त करने के लिए दोनों को संयोजित किया जाता है।
चरण लेजर की माप सटीकता (उप) मिलीमीटर स्तर तक पहुंच सकती है, और माप सीमा डेसीमीटर से किलोमीटर तक है, इसलिए इसका व्यापक रूप से लघु और मध्यम सीमा में उपयोग किया जाता है।
4। बहु-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप लेजर
इंटरफेरोमेट्रिक रेंज शास्त्रीय परिशुद्धता में से एक है। प्रकाश के हस्तक्षेप सिद्धांत के अनुसार, निश्चित चरण अंतर के साथ प्रकाश की दो पंक्तियाँ, और एक ही आवृत्ति के साथ, एक ही कंपन दिशा या कंपन दिशाओं के बीच एक छोटा कोण एक दूसरे को ओवरलैप करता है, जो हस्तक्षेप की घटना का उत्पादन करेगा।
जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले माइकलसन इंटरफेरोमीटर के योजनाबद्ध आरेख को दिखाया गया है। लेजर द्वारा उत्सर्जित लेजर को स्पेक्ट्रोस्कोप के माध्यम से परावर्तित प्रकाश S1 और प्रेषित प्रकाश S2 में विभाजित किया गया है। दो बीम क्रमशः फिक्स्ड मिरर M1 और जंगम मिरर M2 द्वारा क्रमशः परिलक्षित होते हैं, और दोनों स्पेक्ट्रोस्कोप में एक सुसंगत बीम बनाने के लिए अभिसरण करते हैं। तब संयुक्त बीम की तीव्रता मैं है:
जब दूरी d = m λ (m एक पूर्णांक है), संयुक्त बीम आयाम * *, प्रकाश तीव्रता * *, उज्ज्वल धारियों का गठन; जब d = (2m+1) λ/ 2 बजे, प्रकाश के दो बीम के चरण विपरीत होते हैं, तो दो बीमों के आयाम एक दूसरे को रद्द करते हैं, और प्रकाश की तीव्रता * * * छोटी होती है, जो अंधेरे धारियों का निर्माण करती है। इस सिद्धांत के अनुसार, इंटरफेरोमेट्रिक लेजर को प्रकाश और अंधेरे हस्तक्षेप के फ्रिंज को फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टरों से विद्युत संकेतों में परिवर्तित करना है, जो कि फोटोइलेक्ट्रिक काउंटरों द्वारा गिना जाता है, ताकि दूरी और विस्थापन के माप का एहसास हो सके।
लेजर λ की तरंग दैर्ध्य के कारण इंटरफेरोमेट्रिक लेजर का संकल्प एनएम तक पहुंच सकता है और सटीकता बहुत अधिक है। हालांकि, ऊपर उल्लिखित पारंपरिक लेजर इंटरफेरोमेट्रिक तकनीक केवल सापेक्ष विस्थापन को मापती है और लक्ष्य की दूरी की जानकारी प्राप्त नहीं कर सकती है। उसी समय, निरंतर माप की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, लक्ष्य को एक निश्चित गाइड रेल के साथ स्थानांतरित करना होगा और ऑप्टिकल पथ को बाधित नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, हस्तक्षेप सिद्धांत के अनुसार, माप तकनीक केवल 0 से 2 π की सीमा में चरण मान प्राप्त कर सकती है, और लेजर राउंड-ट्रिप दूरी को देखते हुए, यह केवल λ को मापने के बराबर है/ यदि 2 की सीमा के भीतर दूरी में परिवर्तन, एक बड़ी सीमा में मापा जाने वाला दूरी अनिश्चित हो जाएगी क्योंकि चरण के 2 π कई को निर्धारित नहीं किया जा सकता है। यह λ/ 2 सीमा आमतौर पर लेजर * * दूरी माप की अस्पष्ट सीमा के रूप में संदर्भित की जाती है। निम्नलिखित नुसार:
जहां डी मापा दूरी है, एम और ε मापा दूरी में शामिल हस्तक्षेप फ्रिंज का पूर्णांक और दशमलव क्रम है। दशमलव आदेश माप द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जबकि एम एक अनिश्चित मूल्य है।
इस विरोधाभास को हल करने के लिए, बहु-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप की विधि को आमतौर पर उच्च संकल्प और गैर-अस्पष्टता सीमा के विस्तार की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अपनाया जाता है। मल्टी-वेवलेंथ इंटरफेरोमेट्री का मूल सिद्धांत दशमलव मल्टीपल विधि का उपयोग करना और उस पर सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य की अवधारणा को विकसित करना है।
मल्टी-वेवलेंथ इंटरफेरोमेट्रिक रेंजिंग (MWI) 1970 के दशक की शुरुआत में अमेरिकी वैज्ञानिकों वायंट और पोलहेमस द्वारा किए गए दोहरे-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप प्रयोग के साथ शुरू हुई। यह विधि अलग -अलग तरंग दैर्ध्य λ 1 λ 2 के साथ दो लेज़रों का उपयोग करती है, एक ही समय में अज्ञात दूरी के लिए हस्तक्षेप माप करें, और इसे उपरोक्त सूत्र की मापा दूरी D में लाती है:
दो समीकरणों को हल करने के लिए, वहाँ हैं:
जहां सिंथेटिक समतुल्य तरंग दैर्ध्य है, एमएस और, एस क्रमशः λ के हस्तक्षेप फ्रिंज पूर्णांक और दशमलव आदेश हैं।
यदि समग्र तरंग दैर्ध्य को तरंग दैर्ध्य के रूप में माना जाता है, तो अज्ञात दूरी के अनुरूप चरण की जानकारी मूल दो तरंग दैर्ध्य के उन चरणों के बीच का अंतर है, इसलिए अज्ञात दूरी को हल किया जा सकता है। दूरी माप की गैर-एम्बीगिटी रेंज को सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य के आधे तक बढ़ाया जाता है। सूत्र से, सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य λ 1 और λ 2 से अधिक होना चाहिए
उसी तरह, माप सीमा और सटीकता पर विचार करने के लिए, विधि को कई शासकों के विचार के साथ विकसित किया जा सकता है। मल्टी-वेवलेंथ लेजर का उपयोग एक ही समय में दूरी को मापने के लिए किया जा सकता है ताकि विभिन्न पैमानों के बहु-स्तरीय समग्र तरंग दैर्ध्य उत्पन्न हो सके। * * * के लंबे सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य का उपयोग * * * की माप सीमा को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और प्राप्त दूरी माप परिणाम का उपयोग छोटे सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य के दूरी संदर्भ मूल्य के रूप में किया जाता है, ताकि सिंथेटिक तरंगदैर्ध्य के इस स्तर के रेंज माप परिणाम को हल करने के लिए, इसलिए बड़ी सीमा और उच्च परिशुद्धता के साथ सीमा माप का एहसास करने के लिए।
हालांकि, इस विधि के लिए लेजर के कई तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि कई लेजर स्रोतों की आवश्यकता होती है। यह देखते हुए कि प्रत्येक लेजर स्रोत को अपने स्वयं के लेजर आवृत्ति स्थिरीकरण उपकरण की आवश्यकता होती है, और कई लेजर को उच्च-सटीक ऑप्टिकल बीम संयोजन की आवश्यकता होती है, पूरे लेजर की संरचना * * दूरी माप प्रणाली अपेक्षाकृत जटिल होती है, और सिस्टम की विश्वसनीयता और सटीकता अनिवार्य रूप से एक निश्चित सीमा तक प्रभावित होगी।
5। एफएम सीडब्ल्यू लेजर रेंज
फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेटेड कंटीन्यूअस वेव (FMCW) लेजर रेंजिंग एक और इंटरफेरोमेट्रिक विधि है जो * * * माप का एहसास कर सकती है। यह ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री और रेडियो रडार तकनीक के फायदों को जोड़ती है। FMCW माप का मूल सिद्धांत लेजर बीम की आवृत्ति को संशोधित करके इंटरफेरोमेट्री को महसूस करना है। आम तौर पर, लेजर जिनकी आउटपुट लेजर बीम की आवृत्ति समय के साथ बदल जाती है, का उपयोग प्रकाश स्रोत के रूप में किया जाता है, और माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग बुनियादी इंटरफेरोमेट्रिक ऑप्टिकल पथ के रूप में किया जाता है। आवृत्ति अंतर की जानकारी संदर्भ प्रकाश के विभिन्न ऑप्टिकल पथ और माप प्रकाश के अनुसार उत्पन्न होती है। सिग्नल और प्रोसेसिंग को निकालने के बाद दो बीमों की दूरी की जानकारी प्राप्त की जा सकती है, और * * दूरी के माप को महसूस किया जा सकता है।
एक उदाहरण के रूप में Sawtooth मॉड्यूलेशन लें। यह एक साइन सिग्नल है जिसकी आवृत्ति एक आरी आकार में समय के साथ रैखिक रूप से बदल जाती है। मापा प्रकाश की तात्कालिक आवृत्ति और समय के साथ संदर्भ प्रकाश बदलता है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है।
संदर्भ प्रकाश की आवृत्ति को एफटी के रूप में सेट करें, माप प्रकाश की आवृत्ति एफआर के रूप में, मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ के रूप में, एफ के रूप में, टी के रूप में मॉड्यूलेशन अवधि, और डी के रूप में दूरी। माप प्रकाश में अलग -अलग ट्रांसमिशन पथों के कारण संदर्भ प्रकाश के सापेक्ष एक समय देरी होगी, जहां एफटी के अनुसार एफटी के अनुसार एफटी समय -समय पर बदल जाता है।
तब उत्पन्न बीट सिग्नल पांच है:
तो मापा दूरी:
आवृत्ति संशोधित निरंतर तरंग लेजर लेजर को वाहक के रूप में ले जाता है, और सभी पर्यावरणीय हस्तक्षेप केवल मापा सिग्नल की प्रकाश तीव्रता को प्रभावित करता है, लेकिन आवृत्ति जानकारी नहीं। इसलिए, यह उच्च सटीकता और पर्यावरण प्रकाश हस्तक्षेप का विरोध करने की मजबूत क्षमता प्राप्त कर सकता है, और सटीकता माइक्रोन स्तर तक पहुंच सकती है। यह वर्तमान में बड़े आकार और उच्च-सटीक माप अनुप्रयोगों में एक शोध हॉटस्पॉट है। हालांकि, इस माप विधि के लिए लेजर बीम आवृत्ति की उच्च स्थिरता और रैखिकता की आवश्यकता होती है, जो सिस्टम की प्राप्ति को अधिक जटिल बनाती है, और माप सीमा अवधि टी द्वारा सीमित है।
6। त्रिकोणीय लेजर
त्रिकोणीय लेजर लेजर का मतलब है कि प्रकाश स्रोत, मापा वस्तु सतह और प्रकाश प्राप्त करने वाली प्रणाली एक साथ एक त्रिकोणीय ऑप्टिकल पथ बनाती है। लेजर स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को कोलिमेटिंग लेंस द्वारा केंद्रित किया जाता है और फिर मापा वस्तु सतह पर घटना होती है। प्रकाश प्राप्त करने वाली प्रणाली घटना बिंदु से बिखरी हुई रोशनी को प्राप्त करती है और इसे फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर की संवेदनशील सतह पर छवाती है। यह इमेजिंग सतह पर प्रकाश बिंदु के विस्थापन के माध्यम से मापा वस्तु सतह की चलती दूरी को मापने के लिए एक माप विधि है।
घटना लेजर बीम और मापा वस्तु सतह की सामान्य रेखा के बीच के कोण संबंध के अनुसार, आम तौर पर दो रेंजिंग तरीके होते हैं: तिरछी और प्रत्यक्ष, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। सामान्य तौर पर, प्रत्यक्ष लेजर त्रिकोणीय विधि ज्यामितीय एल्गोरिथ्म में तिरछी लेजर त्रिकोणीयन की तुलना में सरल होती है, और त्रुटि को कम किया जा सकता है, और वॉल्यूम को और अधिक डिजाइन किया जा सकता है। उद्योग में, प्रत्यक्ष लेजर रेंजिंग विधि का उपयोग अक्सर किया जाता है।
चरण लेजर की तुलना में और आवृत्ति की तुलना में निरंतर तरंग लेजर की तुलना में, त्रिभुज लेजर लेजर के कई फायदे हैं, जैसे कि सरल संरचना, तेजी से परीक्षण की गति, लचीला और सुविधाजनक उपयोग, कम लागत, आदि। लक्षित सतह को मापा जाने वाला, यह रेंजिंग विधि आम तौर पर इनडोर करीबी काम के लिए उपयुक्त है, यह आउटडोर या इनडोर मजबूत प्रकाश पृष्ठभूमि में काम करने के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, त्रिभुज लेजर की अनुप्रयोग सीमा मुख्य रूप से छोटे विस्थापन माप है, जो कि ऑटोमोबाइल उद्योग में ऑब्जेक्ट सरफेस कंटूर, चौड़ाई, मोटाई और अन्य मात्राओं जैसे कि बॉडी मॉडल सरफेस डिज़ाइन, लेजर कटिंग, स्वीपिंग रोबोट आदि के माप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
औद्योगिक स्वचालन और मशीन विजन के तेजी से विकास के साथ, लेजर रेंजिंग को कई अनुप्रयोगों जैसे कि पता लगाने, माप और नियंत्रण जैसे कई अनुप्रयोगों में एक बहुत महत्वपूर्ण गैर-संपर्क पहचान विधि साबित हुई है। इसी समय, लेजर की गति, लेजर स्पीड मापन, लेजर ट्रैकिंग, लेजर थ्री-डायमेंशनल इमेजिंग और लेजर रडार (LIDAR) जैसी उच्च-अंत प्रौद्योगिकियों के आधार के रूप में, अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित कर रहा है। Mimes परामर्श कई वर्तमान मुख्यधारा के लेजर के तरीकों को शुरू करने और चर्चा करने पर ध्यान केंद्रित करेगा।
1। लेजर की विधि का वर्गीकरण
मूल सिद्धांत के अनुसार, लेजर रेंजिंग तरीकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: फ्लाइट (टीओएफ) विधि और स्पेस ज्यामिति विधि का समय, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। उनमें से, समय-उड़ान विधि में प्रत्यक्ष टीओएफ विधि (पल्स प्रकार) और अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि (चरण प्रकार) शामिल हैं; स्थानिक ज्यामितीय विधियों में मुख्य रूप से त्रिकोणीय और इंटरफेरोमेट्री शामिल हैं।
2। पल्स लेजर रेंजिंग - डायरेक्ट टीओएफ विधि
पल्स लेजर रेंजिंग एक ऐसी विधि है जिसे लेजर तकनीक * * * का उपयोग लंबे समय से सर्वेक्षण और मैपिंग के क्षेत्र में किया गया है। यह उत्सर्जित प्रकाश और प्राप्त प्रकाश पल्स के बीच समय अंतराल को सीधे मापकर लक्ष्य दूरी की जानकारी प्राप्त करता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। मापा दूरी के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:
जहां डी मापा दूरी है, सी हवा में प्रकाश प्रसार की गति है, और of टी उत्सर्जन से रिसेप्शन तक लेजर बीम का गोल-यात्रा समय है।
पल्स लेजर में छोटे उत्सर्जन कोण, अंतरिक्ष में अपेक्षाकृत केंद्रित ऊर्जा और उच्च तात्कालिक शक्ति होती है। इन विशेषताओं का उपयोग विभिन्न मध्यम-लंबी दूरी लेजर रेंजफाइंडर, लेजर रडार, आदि बनाने के लिए किया जा सकता है, हालांकि, पल्स लेजर रेंजिंग विधि एक उच्च आवृत्ति घड़ी ड्राइव काउंटर के माध्यम से प्राप्त करने और प्राप्त करने वाले दालों के बीच के समय को गिनती है, जो कि गिनती की पल्स के लिए शॉर्टिंग पल्स के लिए बहुत कम हो जाती है, जो कि पल्स को कम करने के लिए बहुत कम हो जाती है। माप।
वर्तमान में, स्पंदित लेजर का उपयोग व्यापक रूप से लंबी दूरी और कम-सटीकता सर्वेक्षणों में किया जाता है, जैसे कि स्थलाकृतिक और भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण, भूवैज्ञानिक अन्वेषण, इंजीनियरिंग निर्माण सर्वेक्षण, इंजीनियरिंग निर्माण सर्वेक्षण, विमान की ऊंचाई सर्वेक्षण, उपग्रह सहसंबंध, सेलेस्टियल बॉडीज, आदि के बीच दूरी माप, जैसा कि चित्रा 3 में दिखाया गया है।
3। चरण लेजर रेंजिंग - अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि
फेज लेजर रेंजिंग लेजर बीम के आयाम को संशोधित करने के लिए रेडियो बैंड की आवृत्ति का उपयोग करता है और एक राउंड ट्रिप के लिए मॉड्यूलेशन लाइट द्वारा उत्पन्न चरण देरी को मापता है, और फिर मॉड्यूलेशन लाइट के तरंग दैर्ध्य के अनुसार चरण देरी द्वारा प्रतिनिधित्व की गई दूरी को परिवर्तित करता है। यह विधि अप्रत्यक्ष रूप से चरण अंतर को मापकर समय को मापती है, इसलिए इसे अप्रत्यक्ष टीओएफ विधि भी कहा जाता है।
जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, यह मानते हुए कि संशोधित आवृत्ति एफ है, मॉड्यूलेटेड तरंग λ = सी/ एफ, सी प्रकाश की गति है, और मॉड्यूलेटेड लाइट वेव सिग्नल की मापा चरण शिफ्ट ∆ φ φ ， है तो मापने के बिंदु के बीच लेजर का गोल-यात्रा समय और लक्ष्य की गणना की जा सकती है।
हालाँकि, जब लक्ष्य दूरी d बढ़ती है, तो चरण देरी का मान साइनसोइडल मॉड्यूलेटेड लाइट वेव की एक अवधि से अधिक हो सकता है, अर्थात् π π = 2 π (n+) n), n और val n क्रमशः चक्र के अभिन्न और आंशिक भाग होते हैं, इसलिए मापा दूरी d है:
जहां, l = c/ 2f = λ/ 2 को मापने वाले शासक की लंबाई कहा जाता है, और चरण की लंबाई को λ/ के रूप में माना जा सकता है। दूरी d को 2 के एक शासक के साथ मापा जाता है। दूरी n और ± N. का निर्धारण करके प्राप्त की जा सकती है। अंशिक भाग val n को मापा जा सकता है, लेकिन n कई समाधानों का कारण नहीं है, जो कई समाधानों का कारण बनता है। इस समस्या को हल करने के लिए, कई आवृत्तियों के संशोधित प्रकाश तरंग संकेतों के साथ समान दूरी को मापना आवश्यक है, जिसे चरण में शासक आवृत्ति भी कहा जाता है। यदि मापा दूरी शासक की लंबाई से कम है, तो n = 0, समाधान मान * * * है। जब चरण माप की सटीकता तय हो जाती है, तो मापने वाले शासक की आवृत्ति कम होती है, अधिक से अधिक त्रुटि होती है, जिसे उच्च-सटीकता में अनुमति नहीं होती है। इसके विपरीत, चयनित शासक की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, माप सटीकता उतनी ही अधिक होगी, लेकिन इस समय एन मान 1 से अधिक होगा, और कई समाधानों की समस्या है। इस विरोधाभास को हल करने के लिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, आमतौर पर एक शासक का चयन करें जो साधन की सटीकता और कई सहायक शासकों को निर्धारित करता है जो सीमा को निर्धारित करते हैं, जिन्हें क्रमशः ठीक मापने वाले शासक और खुरदरे मापने वाले शासक कहा जाता है, और उच्च गुणवत्ता के माप को प्राप्त करने के लिए दोनों को संयोजित किया जाता है।
चरण लेजर की माप सटीकता (उप) मिलीमीटर स्तर तक पहुंच सकती है, और माप सीमा डेसीमीटर से किलोमीटर तक है, इसलिए इसका व्यापक रूप से लघु और मध्यम सीमा में उपयोग किया जाता है।
4। बहु-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप लेजर
इंटरफेरोमेट्रिक रेंज शास्त्रीय परिशुद्धता में से एक है। प्रकाश के हस्तक्षेप सिद्धांत के अनुसार, निश्चित चरण अंतर के साथ प्रकाश की दो पंक्तियाँ, और एक ही आवृत्ति के साथ, एक ही कंपन दिशा या कंपन दिशाओं के बीच एक छोटा कोण एक दूसरे को ओवरलैप करता है, जो हस्तक्षेप की घटना का उत्पादन करेगा।
जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले माइकलसन इंटरफेरोमीटर के योजनाबद्ध आरेख को दिखाया गया है। लेजर द्वारा उत्सर्जित लेजर को स्पेक्ट्रोस्कोप के माध्यम से परावर्तित प्रकाश S1 और प्रेषित प्रकाश S2 में विभाजित किया गया है। दो बीम क्रमशः फिक्स्ड मिरर M1 और जंगम मिरर M2 द्वारा क्रमशः परिलक्षित होते हैं, और दोनों स्पेक्ट्रोस्कोप में एक सुसंगत बीम बनाने के लिए अभिसरण करते हैं। तब संयुक्त बीम की तीव्रता मैं है:
जब दूरी d = m λ (m एक पूर्णांक है), संयुक्त बीम आयाम * *, प्रकाश तीव्रता * *, उज्ज्वल धारियों का गठन; जब d = (2m+1) λ/ 2 बजे, प्रकाश के दो बीम के चरण विपरीत होते हैं, तो दो बीमों के आयाम एक दूसरे को रद्द करते हैं, और प्रकाश की तीव्रता * * * छोटी होती है, जो अंधेरे धारियों का निर्माण करती है। इस सिद्धांत के अनुसार, इंटरफेरोमेट्रिक लेजर को प्रकाश और अंधेरे हस्तक्षेप के फ्रिंज को फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टरों से विद्युत संकेतों में परिवर्तित करना है, जो कि फोटोइलेक्ट्रिक काउंटरों द्वारा गिना जाता है, ताकि दूरी और विस्थापन के माप का एहसास हो सके।
लेजर λ की तरंग दैर्ध्य के कारण इंटरफेरोमेट्रिक लेजर का संकल्प एनएम तक पहुंच सकता है और सटीकता बहुत अधिक है। हालांकि, ऊपर उल्लिखित पारंपरिक लेजर इंटरफेरोमेट्रिक तकनीक केवल सापेक्ष विस्थापन को मापती है और लक्ष्य की दूरी की जानकारी प्राप्त नहीं कर सकती है। उसी समय, निरंतर माप की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, लक्ष्य को एक निश्चित गाइड रेल के साथ स्थानांतरित करना होगा और ऑप्टिकल पथ को बाधित नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, हस्तक्षेप सिद्धांत के अनुसार, माप तकनीक केवल 0 से 2 π की सीमा में चरण मान प्राप्त कर सकती है, और लेजर राउंड-ट्रिप दूरी को देखते हुए, यह केवल λ को मापने के बराबर है/ यदि 2 की सीमा के भीतर दूरी में परिवर्तन, एक बड़ी सीमा में मापा जाने वाला दूरी अनिश्चित हो जाएगी क्योंकि चरण के 2 π कई को निर्धारित नहीं किया जा सकता है। यह λ/ 2 सीमा आमतौर पर लेजर * * दूरी माप की अस्पष्ट सीमा के रूप में संदर्भित की जाती है। निम्नलिखित नुसार:
जहां डी मापा दूरी है, एम और ε मापा दूरी में शामिल हस्तक्षेप फ्रिंज का पूर्णांक और दशमलव क्रम है। दशमलव आदेश माप द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जबकि एम एक अनिश्चित मूल्य है।
इस विरोधाभास को हल करने के लिए, बहु-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप की विधि को आमतौर पर उच्च संकल्प और गैर-अस्पष्टता सीमा के विस्तार की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अपनाया जाता है। मल्टी-वेवलेंथ इंटरफेरोमेट्री का मूल सिद्धांत दशमलव मल्टीपल विधि का उपयोग करना और उस पर सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य की अवधारणा को विकसित करना है।
मल्टी-वेवलेंथ इंटरफेरोमेट्रिक रेंजिंग (MWI) 1970 के दशक की शुरुआत में अमेरिकी वैज्ञानिकों वायंट और पोलहेमस द्वारा किए गए दोहरे-तरंग दैर्ध्य हस्तक्षेप प्रयोग के साथ शुरू हुई। यह विधि अलग -अलग तरंग दैर्ध्य λ 1 λ 2 के साथ दो लेज़रों का उपयोग करती है, एक ही समय में अज्ञात दूरी के लिए हस्तक्षेप माप करें, और इसे उपरोक्त सूत्र की मापा दूरी D में लाती है:
दो समीकरणों को हल करने के लिए, वहाँ हैं:
जहां सिंथेटिक समतुल्य तरंग दैर्ध्य है, एमएस और, एस क्रमशः λ के हस्तक्षेप फ्रिंज पूर्णांक और दशमलव आदेश हैं।
यदि समग्र तरंग दैर्ध्य को तरंग दैर्ध्य के रूप में माना जाता है, तो अज्ञात दूरी के अनुरूप चरण की जानकारी मूल दो तरंग दैर्ध्य के उन चरणों के बीच का अंतर है, इसलिए अज्ञात दूरी को हल किया जा सकता है। दूरी माप की गैर-एम्बीगिटी रेंज को सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य के आधे तक बढ़ाया जाता है। सूत्र से, सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य λ 1 और λ 2 से अधिक होना चाहिए
उसी तरह, माप सीमा और सटीकता पर विचार करने के लिए, विधि को कई शासकों के विचार के साथ विकसित किया जा सकता है। मल्टी-वेवलेंथ लेजर का उपयोग एक ही समय में दूरी को मापने के लिए किया जा सकता है ताकि विभिन्न पैमानों के बहु-स्तरीय समग्र तरंग दैर्ध्य उत्पन्न हो सके। * * * के लंबे सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य का उपयोग * * * की माप सीमा को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और प्राप्त दूरी माप परिणाम का उपयोग छोटे सिंथेटिक तरंग दैर्ध्य के दूरी संदर्भ मूल्य के रूप में किया जाता है, ताकि सिंथेटिक तरंगदैर्ध्य के इस स्तर के रेंज माप परिणाम को हल करने के लिए, इसलिए बड़ी सीमा और उच्च परिशुद्धता के साथ सीमा माप का एहसास करने के लिए।
हालांकि, इस विधि के लिए लेजर के कई तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि कई लेजर स्रोतों की आवश्यकता होती है। यह देखते हुए कि प्रत्येक लेजर स्रोत को अपने स्वयं के लेजर आवृत्ति स्थिरीकरण उपकरण की आवश्यकता होती है, और कई लेजर को उच्च-सटीक ऑप्टिकल बीम संयोजन की आवश्यकता होती है, पूरे लेजर की संरचना * * दूरी माप प्रणाली अपेक्षाकृत जटिल होती है, और सिस्टम की विश्वसनीयता और सटीकता अनिवार्य रूप से एक निश्चित सीमा तक प्रभावित होगी।
5। एफएम सीडब्ल्यू लेजर रेंज
फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेटेड कंटीन्यूअस वेव (FMCW) लेजर रेंजिंग एक और इंटरफेरोमेट्रिक विधि है जो * * * माप का एहसास कर सकती है। यह ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री और रेडियो रडार तकनीक के फायदों को जोड़ती है। FMCW माप का मूल सिद्धांत लेजर बीम की आवृत्ति को संशोधित करके इंटरफेरोमेट्री को महसूस करना है। आम तौर पर, लेजर जिनकी आउटपुट लेजर बीम की आवृत्ति समय के साथ बदल जाती है, का उपयोग प्रकाश स्रोत के रूप में किया जाता है, और माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग बुनियादी इंटरफेरोमेट्रिक ऑप्टिकल पथ के रूप में किया जाता है। आवृत्ति अंतर की जानकारी संदर्भ प्रकाश के विभिन्न ऑप्टिकल पथ और माप प्रकाश के अनुसार उत्पन्न होती है। सिग्नल और प्रोसेसिंग को निकालने के बाद दो बीमों की दूरी की जानकारी प्राप्त की जा सकती है, और * * दूरी के माप को महसूस किया जा सकता है।
एक उदाहरण के रूप में Sawtooth मॉड्यूलेशन लें। यह एक साइन सिग्नल है जिसकी आवृत्ति एक आरी आकार में समय के साथ रैखिक रूप से बदल जाती है। मापा प्रकाश की तात्कालिक आवृत्ति और समय के साथ संदर्भ प्रकाश बदलता है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है।
संदर्भ प्रकाश की आवृत्ति को एफटी के रूप में सेट करें, माप प्रकाश की आवृत्ति एफआर के रूप में, मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ के रूप में, एफ के रूप में, टी के रूप में मॉड्यूलेशन अवधि, और डी के रूप में दूरी। माप प्रकाश में अलग -अलग ट्रांसमिशन पथों के कारण संदर्भ प्रकाश के सापेक्ष एक समय देरी होगी, जहां एफटी के अनुसार एफटी के अनुसार एफटी समय -समय पर बदल जाता है।
तब उत्पन्न बीट सिग्नल पांच है:
तो मापा दूरी:
आवृत्ति संशोधित निरंतर तरंग लेजर लेजर को वाहक के रूप में ले जाता है, और सभी पर्यावरणीय हस्तक्षेप केवल मापा सिग्नल की प्रकाश तीव्रता को प्रभावित करता है, लेकिन आवृत्ति जानकारी नहीं। इसलिए, यह उच्च सटीकता और पर्यावरण प्रकाश हस्तक्षेप का विरोध करने की मजबूत क्षमता प्राप्त कर सकता है, और सटीकता माइक्रोन स्तर तक पहुंच सकती है। यह वर्तमान में बड़े आकार और उच्च-सटीक माप अनुप्रयोगों में एक शोध हॉटस्पॉट है। हालांकि, इस माप विधि के लिए लेजर बीम आवृत्ति की उच्च स्थिरता और रैखिकता की आवश्यकता होती है, जो सिस्टम की प्राप्ति को अधिक जटिल बनाती है, और माप सीमा अवधि टी द्वारा सीमित है।
6। त्रिकोणीय लेजर
त्रिकोणीय लेजर लेजर का मतलब है कि प्रकाश स्रोत, मापा वस्तु सतह और प्रकाश प्राप्त करने वाली प्रणाली एक साथ एक त्रिकोणीय ऑप्टिकल पथ बनाती है। लेजर स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को कोलिमेटिंग लेंस द्वारा केंद्रित किया जाता है और फिर मापा वस्तु सतह पर घटना होती है। प्रकाश प्राप्त करने वाली प्रणाली घटना बिंदु से बिखरी हुई रोशनी को प्राप्त करती है और इसे फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर की संवेदनशील सतह पर छवाती है। यह इमेजिंग सतह पर प्रकाश बिंदु के विस्थापन के माध्यम से मापा वस्तु सतह की चलती दूरी को मापने के लिए एक माप विधि है।
घटना लेजर बीम और मापा वस्तु सतह की सामान्य रेखा के बीच के कोण संबंध के अनुसार, आम तौर पर दो रेंजिंग तरीके होते हैं: तिरछी और प्रत्यक्ष, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। सामान्य तौर पर, प्रत्यक्ष लेजर त्रिकोणीय विधि ज्यामितीय एल्गोरिथ्म में तिरछी लेजर त्रिकोणीयन की तुलना में सरल होती है, और त्रुटि को कम किया जा सकता है, और वॉल्यूम को और अधिक डिजाइन किया जा सकता है। उद्योग में, प्रत्यक्ष लेजर रेंजिंग विधि का उपयोग अक्सर किया जाता है।
चरण लेजर की तुलना में और आवृत्ति की तुलना में निरंतर तरंग लेजर की तुलना में, त्रिभुज लेजर लेजर के कई फायदे हैं, जैसे कि सरल संरचना, तेजी से परीक्षण की गति, लचीला और सुविधाजनक उपयोग, कम लागत, आदि। लक्षित सतह को मापा जाने वाला, यह रेंजिंग विधि आम तौर पर इनडोर करीबी काम के लिए उपयुक्त है, यह आउटडोर या इनडोर मजबूत प्रकाश पृष्ठभूमि में काम करने के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, त्रिभुज लेजर की अनुप्रयोग सीमा मुख्य रूप से छोटे विस्थापन माप है, जो कि ऑटोमोबाइल उद्योग में ऑब्जेक्ट सरफेस कंटूर, चौड़ाई, मोटाई और अन्य मात्राओं जैसे कि बॉडी मॉडल सरफेस डिज़ाइन, लेजर कटिंग, स्वीपिंग रोबोट आदि के माप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
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