Разработка системы дистанционного контроля малых перемещений объекта с помощью фазового дальномера

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4
1.1 Лазерные дальномеры 4
1.2 Импульсные лазерные дальномеры 5
1.3 Фазовые лазерные дальномеры 5
1.4 Принцип работы фазового дальномера 7
1.5 Принцип получения сигналов гетеродинированием 9
1.6 Схемы фазового дальномера 10
2 АНАЛИЗ АНАЛОГОВ НА РЫНКЕ 15
2.1 Сферы применения технологии 20
3 РАСЧЁТ И ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ 22
3.1 Выбор компонентов 22
3.2 Расчёт дальности 26
3.3 Расчёт расстояния между объективом и матричным фотоприёмником 37
3.4 Энергетический расчёт 37
4 РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ 40
4.1 Разработка креплений 42
4.2 Разработка корпуса 44
4.3 Сборка сканера 46
4.4 Визуализация процесса 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
ПРИЛОЖЕНИЕ А 52
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 59

Весь текст будет доступен после покупки

Лазерное сканирование в трёхмерном пространстве - относительно недавняя тенденция в области высокоточных измерений. Одной из предпосылок его появления и развития стало появление в арсенале геодезистов неотражающих лазерных дальномеров (тахометров), позволяющих проводить измерения без использования специальных отражателей, а также технологий GNSS (Global Navigation Satellite System), позволяющих быстро и точно определять координаты на местности с использованием спутниковой информации. [1]
Современные лазерные сканеры предоставляют возможность генерировать измерительные импульсы с частотой до нескольких сотен тысяч в секунду, и с помощью системы движущихся зеркал или корпуса самого сканера эти импульсы распределяются по всей поверхности тела. В результате этих измерений или «сканирований» мы за короткое время получаем облако трехмерных точек, описывающих исследуемый объект с большой точностью и полнотой.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Лазерные дальномеры
Лазерный дальномер — это устройство для измерения расстояния, которое использует лазерный луч.
Его применение широко распространено в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в навигации, в военном деле, в фотографии, в астрономических исследованиях. В наши дни, современные лазерные дальномеры чаще всего компактны. Они позволяют в минимальные сроки и с большой точностью определить расстояния до необходимых нам объектов.
Лазерные дальномеры по принципу действия различаются на импульсные и фазовые.
Импульсный лазерный дальномер — это устройство, состоящее из детектора излучения и импульсного лазера. Мы можем рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом измерив время, которое необходимо потратить лучу на путь до отражателя и обратно, и зная скорость света. Импульсные лазерные дальномеры имеют большую дальность работы, так как импульс можно выдать с большой мощностью и повышенной скрытностью, включаясь только на время импульса. Из-за этого импульсные лазерные дальномеры в основном применяются в военных прицелах.
Короткофазный лазерный дальномер включает освещение объекта с различными частотами модуляции и рассчитывает расстояние до цели на основе фазового сдвига. Он дешев, поскольку не имеет таймера для измерения отраженного сигнала, но имеет небольшое расстояние (до 1 км) и обычно используется в качестве прицельного приспособления для домашнего или стрелкового оружия.
Лазерный дальномер - самая простая версия лидара.

1.2 Импульсные лазерные дальномеры

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью позволяет определить расстояние до объекта. Следовательно, в методе дальних импульсов применяется соотношение

L=ct/2n (1.2.1

где L — расстояние до объекта, c — скорость света в вакууме, n — показатель преломления среды, в которой распространяется излучение, t — время прохождения импульса до цели и обратно.
Рассматривая это соотношение, мы можем видеть, что потенциальная точность измерения расстояния определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии к объекту и обратно. Очевидно, что чем короче фронт импульса, тем лучше. Данный принцип мы можем наблюдать на рисунке 1.2.1

Весь текст будет доступен после покупки

1. Лазерное 3D сканирование (2021), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://gisw.ru (дата обращения 04.03.2021)
2. ООО ВОЛГОГРАДНИИГИПРОЗЕМ (2021), [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://giprozem-v.ru/services/vysokotochnoe-podvodnoe-akusticheskoe-3d-skanirovanie.php (дата обращения 04.03.2021)
3. Динамический лидар Подводная метрология и картирование полей (2021), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://3datdepth.com/?page_id=2333 (дата обращения 04.03.2021)
4. hubner-photonics (2021), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://hubner-photonics.com/products/lasers/single-frequency-lasers/04-01-series/ (дата обращения 04.03.2021)
5. Амплитудная модуляция Торлабс (2021), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=EO-AM-NR-C4 (дата обращения 04.03.2021)
6. Гальваносканер Торлабс (2021), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=LSKGG4/M (дата обращения 04.03.2021)

Весь текст будет доступен после покупки