روش‌های فاصله سنجی بوسیله لیزر
مقدمه
برای اندازه گیری فاصله و مسافت روش‌های متعددی موجود می‌باشد. در قرن حاضر بـا توجـه بـه پیشـرفتهای شـگرف علمی پدید آمده به خصوص در زمینه الکترونیک و کامپیوتر و راه حل‌های نوین محاسباتی، روش اندازه گیری فواصـل ومسافت یابی به سمت سویی دیگر سوق یافته است. اندازه گیری دقیق فاصله از جسم و یا فاصله دو جسم از یکـدیگر درصنایع مختلف از جمله: ابزار دقیق، قطعه سازی، هوانوردی، دریا نـوردی، رباتیـک و بخصـوص در صـنایع نظـامی ازاهمیت ویژه ای برخوردار است. به تازگی با رشد صنعت الکترونیک و روش‌های انـدازه گیـری بوسـیله لیـزر، سـنجشفاصله، سرعت، زاویه، میزان صیقلی بودن سطوح و … با سخت افزار و روش‌های مشابه نرم افـزاری میسـر شـده اسـت. درادامه به بیان روش‌های مختلف اندازه گیری فاصله توسط لیزر خواهیم پرداخت.
روش‌های فاصله سنجی با لیزر
1-2 – تداخل سنجی:
یکی از روش‌های اندازهگیری فاصله و یا جابجایی‌های کوچک اسـتفاده از تـداخل سـنجی می‌باشد. در روش‌های تداخل سنجی، فاصله برحسب طول موج به کار گرفته شده، محاسبه میشود و دقت‌های یـک دهـم طول موج به راحتی به دست می‌آید و نیز با استفاده از روش‌های الکترونیکی و کامپیوتری جدیـد حـد تفکیـک حـدود λ /100 را در بررسی وآزمایش سطوح می‌توان به دست آورد [1].
در روش تداخل سنجی، از شمارش تعداد نوارهای تداخلی استفاده میشود [2]. می‌توان از تداخل سنجهای مایکلسون استفاده نمود. به طور کلی این روش معمولاً برای محدوده اندازه گیری در حدود چندده سـانتی 7 و فبری پرو 6 ماخ زندر متر با دقت‌های بسیار بالا (در حدود 20 تا 50 میکرومتر) استفاده میشود. مهم‌ترین مزیت این روش خود تنظیمی ذاتی آن است. عدم وجود تاثیرات سایه و استفاده از قطعات کم در پیاده سازی، از دیگرمزایای تداخل سنجی می‌باشد.
2-2- روش جابجایی فاز:
در این روش بر اساس جابجایی فازی ایجاد شـده بـر روی سـیگنال دریـافتی از هـدف بـهتخمین فاصله می‌پردازیم. در واقع در این روش از تبدیل تأخیر زمانی ایجاد شده در رفت و برگشت پالس لیـزر (مدولـه شده با مدولاسیون دامنه در فرکانس f 0) به جابجایی فاز استفاده میشود.
این روش از لحاظ ویژگیهای سخت افزاری بسیار شبیه روش ضربان فرکانسی می‌باشد، در نتیجه می‌توان از این ویژگی بهره برد و سیستمی طراحی نمود تا از هر دو روش جابجایی فاز و فرکانس عمل نماید، تا به بالاترین کارایی دست یابیم [3]. فاصله d مسافتی استτ طی می‌کند. اگر توان نوری دیود لیزری بوسیله یک موج سینوسی در d که یک موج نور بازتابیده شده از هدف در زمان f مدوله شود، می‌توان گفت که زمان انتشار به جابجایی فاز بین سیگنال‌های رفـت و برگشـت (φ∆) تبـدیل 0 فرکانس میشود.
روش FMCW:
در این روش، جابجایی فرکانسی ایجاد شده بر روی سیگنال دریافتی از هدف، مرجع تصـمیم گیری در رابطه با فاصله تا هدف می‌باشد و از مقایسه پارامترهای دو موج مدوله شده FM فرستاده و گرفته شده بدست می‌آید [3]. اگر پرتوی لیزر ارسالی مدوله شده توسط یک پالس باشد در اینصورت می‌توان زمان رفت و برگشت آنرا مبنای محاسبه f باشد، پس زمان انتشار به شیفت 0 فاصله قرار داد. اما اگر پرتوی لیزر مدوله شده توسط یک موج سینوسی با فرکانس فرکانسی میان فرکانس موج منتشر شده و فرکانس سیگنال برگشتی تبدیل میشود.
روش مثلث سازی
در این روش با استفاده از قوانین هندسه و زاویه پرتوی لیزر ارسالی و دریافتی میزان فاصله تا هدف تخمن زده میشود که این روش با دقت نسبتاً خوبی برای فواصل کم مناسب می‌باشد. محدوده اندازه گیری این روش از 1mm تا 50cm ودقت آن نیز در حدود یک میکرو متر می‌باشد. با زیادتر شدن فاصله اندازه گیری، دقت این روش بـه میـزان شـدیدی افت می‌کند. در صنعت نیز از میان تمامی روش‌های موجود به دلیل تکنولوژی ساده تر، مقاومـت و دقـت بـالا و قیمـت ارزان، این روش مورد توجه سازندگان قرار گرفته است
اساس کار روش مثلث سازی
لیزر فرستنده، ابتدا پرتویی را بسوی شیئ هدف پرتاب می‌کند، سـپس فاصـله را نسـبت بـه یـک نقطـه مرجع، بوسـیله تشخیص مختصات مکانی از گیرنده که نور بازتابیده از هدف به آن برخورد کرده، محاسبه می‌نماید. بصـورتیکه چنانچـه فاصله شیئ تا نقطه مرجع دورتر یا نزدیک‌تر شود، موقعیت نقطه برخورد اشعه بازتابش با گیرنده تغییر می‌کند (شکل 1).
روش زمان پرواز
زمان پرواز یکی از مرسوم‌ترین روش‌های فاصله سنجی لیزری می‌باشد. که بوسیله آن می‌توان محـدوده انـدازه گیـری وسیعی (از چند سانتی متر تا ده‌ها کیلومتر) را پوشش داد. در این روش مدت زمان رسیدن سیگنال لیزر به هدف مبنایمحاسبه فاصله می‌باشد. که با محاسبه زمان رفت و برگشت پرتوی لیزر، تخمین مسافت صورت می‌پذیرد.
نیاز به مدارات با فرکانس بالا و یا طراحی‌های پیچیده الکترونیکی، مناسب برای فواصل طولانی از چند ده سانتی مترتا چند ده کیلومتر (برد 20 کیلومتری آن در یک نمونه نظامی طراحی و پیاده سازی شده است) و امکان طراحـی فاصـله سنج با دقت 1 mm، از خصوصیات برجسته این روش می‌باشد. از کاربردهای عمده این روش نیز می‌توان به دوربین‌های نقشه برداری، تحقیقات فضایی، صنایع هوانوردی و لِوِل سنجی در سیلوها و کانتینرها اشاره نمود.
نتیجه گیری:
با جمع بندی همه مباحث مطرح شده و مقایسه روش‌های مورد بحث، می‌توان نتیجه گرفت یکی از مهم‌ترین عوامل درانتخاب روش فاصله سنجی از طریق لیزر، فاصله مورد نظر می‌باشد، چنانچه فواصل کوچک با دقت بالا مد نظر باشد، باید از روش مثلث سازی و یا روش تداخل سنجی استفاده شود. برای فواصل میانی می‌توان از روش‌های جابجایی فاز ویا FMCW استفاده کرد و چنانچه فواصل طولانی (چندصد متر تا چند ده کیلومتر) مد نظر باشـد، ازروش زمـان پـرواز استفاده می‌نماییم.
مقاله متلب,مطلب,متلب,مقاله برق,مقاله قدرت,مقاله مطلب,مقاله سیمولینک,دانلود متلب,دانلود مقاله متلب,مقالهmatlab ,آموزش متلب,مطلب,متلب,آموزش برق,آموزش قدرت,آموزش مطلب,آموزش سیمولینک,دانلود متلب,دانلود آموزش متلب,آموزشmatlab ,پروژه متلب,مطلب,متلب,پروژه برق,پروژه قدرت,پروژه مطلب,پروژه سیمولینک,دانلود متلب,دانلود پروژه متلب,پروژهmatlab ,
