最新精密距离测量教学讲义PPT.ppt

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1、精密距离测量③米定义的第二次变更——自然基准为了把最高长度基准长期保存下来，1907年国际计量大会决议，暂定镉红谱线在15℃，760mmHg时的波长的1553164.13倍为一米。这是第一代的“自然基准”。也称“光原尺”。1960年国际计量大会正式决定废除以实物基准来定义“米”的规定，而采用性能更为优越的氪86的橙黄谱线，将米定义为：“米的长度等于氪86（Kr86）原子在2P10到5D5能级间跃迁，真空辐射波长的1650763.73倍”（米定义的第二次变更）。其精度为1×10-8，经过改进可达4×10-9。④米定义的

2、第三次变更随着科学的进步，1967年秒的定义由地球自转一周所用时间的1/86400改为“秒是铯133原子基态的两个超精密能级间跃迁辐射的9192631770个周期的持续时间”。实现这个定义的装置为原子钟，其精度为百万亿分之一，即五百万年不差一秒。同时，激光诞生。通过特殊方法对激光输出频率进行稳频，使其稳定性和复现性优于百亿分之一，1969年成功测量了甲烷稳频3.39mm氦氖激光器输出频率及波长的绝对值，得到真空光速值为299792458m/s。又经过10年的研究与验证，终于在1983年10月20日法国巴黎举行的第17

3、届国际计量大会上，再次通过了米的新定义：“米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内所经过的距离”(米定义的第三次变更)。米的新定义的特点：把真空中光速作为一个固定不变的基本物理常数，长度可以通过时间或频率测量间接导出，从而使长度单位和时间单位结合了起来。总的说，国际米原器，氪86谱线波长，根据稳频激光器建立的新长度，都是最高长度基准。凡是按它们复制，逐级传递得到的长度，都属于国际长度统一系统。2.相位式测距仪调制波发射波（调制波）反光镜反射波发射系统接收系统比相计数据处理光强光源发出的光波时间t调制器调

4、制波相位式测距仪的优点是精度高，对其精度，可概略讨论如下：已知：式中w——调制讯号的角频率f——调制波的频率c——光速（3×108m/s）练习及作业：阅读4.3.2；4.4.1思考1.电磁波测距的基本原理2.电磁波测距的基本方法3.脉冲式、相位式测距的原理4.脉冲式、相位式测距的优缺点若调制频率f＝15MHz＝15×106Hz，要求测距精度dD≤1cm则dj2D＝(2×15×106×0.01)/(3×108)×360°＝0.36°欲使测相精度达到0.36°是不困难的，故高精度测距仪多采用相位法测距。§3相位式测距仪一

5、、相位式测距的基本公式将调制波往、返路程摊平如下：往程返程N2p⊿jj＝N2p+⊿j往程返程N2p⊿jj＝N2p+⊿j发射的调制波信号：U＝Umsinwt接收的反射波信号：U′＝Um′sin(wt－wt2D)发射波和反射波之间的相位差：j＝wt2D由上图知j＝N2p＋⊿j＝2p(N＋⊿N)将j代入D式，得相位测距的基本公式D＝u(N+⊿N)式中u＝λ/2——电子尺（波长尺），也称测尺长度λ——调制波的波长N——调制波往返的整周期数⊿N——调制波往返不足整周期数的尾数相位测距的基本公式D＝u(N+⊿N)根据上式可知，欲

6、测定D，需测定N及⊿N，而相位计只能测定⊿j（即只能测定⊿N），无法测定N。此即N的多值性。N的多值性使上式产生多值解。①分散的直接测尺频率方式②集中的间接测尺频率方式N值的确定：但仪器的测相（测⊿j）误差一般可达10-3，由测相误差引起的测距误差很大（例：u=1km测距误差1.0m）。二、测尺频率的选择例：选用两把测尺量测结果精测尺u1＝10mu13.68粗测尺u2＝1000mu2574②为解决长测尺与高精度这一矛盾，定频式测距仪通常选用一组测尺：短（精）测尺保证精度，长（粗）测尺保证测程。①若使u＞D，则N＝0，

7、D＝u⊿N＝u(⊿j/2p)，从而解决了N的多值性（D的多值解）。573.681.分散的直接测尺频率方式即测尺频率fi直接和测尺长度ui对应，如：f1＝c/λ1＝15MHzu1＝λ1/2＝10mf2＝c/λ2＝150KHzu2＝λ2/2＝1000m由上可知，直接测尺频率方式，频率f1和f2分散程度很大，而且测程越长，分散越悬殊（如测程若由10m～100km时，高低频相差达104倍）。这样放大器、调制器都难以做到对高低如此悬殊的频率，有相同的增益及相移稳定性。故，一般此种方式为短程测距仪所采用。短程光电测距仪目前广泛采

8、用砷化镓（GaAs）半导体发光管及GaAs半导体激光管做光源，这类光源能通过注入电流的大小直接调制且频带较宽；同时，数字测相有较高的测相精度，这些对于测程较短，高低频相差还不算悬殊的测尺来说，采用分散的直接测尺频率方式是很合适的。2.集中的间接测尺频率方式即利用一组相接近的频率间接地获得长度相差悬殊的一组测尺。若有两把尺子量同一距离f1→u1D