激光测距与光栅位移技术详解：精密大范围测量

激光测距系统是现代科技中的重要应用，特别是在大范围远距离测距中发挥着关键作用，例如脉冲测距法和相位差测距法。脉冲测距法依赖于精确的时间间隔测量，由于激光脉冲窄且响应速度快，能够提供较高的测量精度。这种技术适用于远距离测距，如固体或二氧化碳激光器用于地球与月球之间的测距，具有分辨率高达1米的能力。 相位差测距法则是通过调整激光束并监测其与被测目标之间的相位差来计算距离。这种方法依赖于对时间的精确测量，从而间接得到距离信息。在近距离测距中，半导体激光器常被采用，它们更为经济且适合近距离应用。 光栅和激光位移测量技术是激光测距系统中的关键技术之一。光栅式传感器，如物理光栅和计量光栅，利用光的衍射和莫尔条纹现象进行精密位移测量。物理光栅用于光谱分析和波长测定，而计量光栅则通过莫尔条纹的明暗交替实现位移的高精度测量，包括直线位移和角位移的检测。 光栅传感器根据运动形式分为直线型和旋转型，直线型光栅用于直线移动，旋转型光栅则适用于旋转运动。按照光学形式，有透射式和反射式之分，前者光源和光电元件位于两侧，后者两者位于同一侧，各有其适用场景。 圆光栅传感器如径向光栅、切向光栅和环形光栅，分别产生不同类型的莫尔条纹，如径向光栅的圆弧形条纹，切向光栅的环形条纹，以及环形光栅的辐射形条纹。这些条纹的宽度和形状会随着光栅的位置和偏心情况变化，从而提供了高精度的角度测量和分度功能。光栅传感器的优点在于其高精度、可调性以及能够利用莫尔条纹的放大性和同步性，极大地提高了测量的稳定性和准确度。 激光测距系统结合光栅技术，实现了远近距离、多种运动形式和精确度要求的测量，广泛应用于工业自动化、精密仪器、航空航天等领域，是现代科技发展中不可或缺的一部分。