Leica DISTO™ 측정 원리

간단한 용어로 설명합니다

2종류의 길이측정 방식

번개가 번쩍이는 것을 보고 초를 세기 시작하세요. 만약 여러분이 15에 도달하면, 3으로 나누세요 – 그러면 여러분은 폭풍이 아직 5킬로미터나 떨어져 있다는 것을 알 수 있습니다. 레이저 장치에 의해서도 사용되는 이 측정 원리는 "달리는 시간 절차"라고 알려져 있습니다.

거리가 제한된 곳에서는 빛의 속도가 소리의 속도보다 훨씬 빠르며, 관련된 시간도 매우 짧습니다. 따라서 러닝타임 방식으로는 불과 몇 미터의 짧은 거리를 아주 정확하게 측정할 수 없습니다.

따라서 Leica DISTO™ 장치는 위상 이동 원리로 작동하며, "레이저 규칙"으로 널리 알려진 장치에서 실제로 예상할 수 있듯이 짧은 거리에서 특히 정확합니다. 예를 들어, 호수의 파도는 산꼭대기에서 산꼭대기까지 측정됩니다. 만약 바람이 그러한 파도를 작은 파도에 밀면, 우리는 어떻게 새로운 파도가 물 속으로 다시 흘러 들어가는지 알 수 있습니다. 들어오는 파도와 나가는 파도의 산꼭대기를 비교하면 위상 이동 원리를 알 수 있습니다.

빛의 물결

우리는 파도로 시작해야 합니다. 하지만 어떻게 빛으로 파도를 만들 수 있을까요?

전구를 밝히기 위해 교류 전원을 사용하기 때문에, 그 빛은 실제로 초당 50번씩 켜졌다 꺼졌다 합니다. 라이카 DISTO™에는 전구가 아니라 유도 레이저 광선을 방출하는 반도체 다이오드가 장착되어 있습니다. 이 빛은 "교류"로 초당 2억 번씩 켜졌다 꺼졌다 합니다. 우리는 관련된 거리를 측정하기 위해 이 수백만 개의 파동을 사용합니다.

주어진 공간에 몇 개의 파곡이 들어갈 수 있습니까?

이 원리는 간단한 예로 가장 잘 설명됩니다. 우리는 집 벽과 같은 물체에 밧줄을 걸고 벽으로부터 약 15미터 거리에서 다른 쪽 끝을 잡고 서 있습니다. (즉 우리가 측정하고 싶어하는 거리)

그런 다음 우리는 규칙적인 위아래 팔 움직임으로 밧줄을 들었다 놨다 합니다. 밧줄은 진동하기 시작하고 (물처럼) 파도를 형성합니다:

팔 움직임이 느려지면 사용 가능한 15미터가 단일 파동으로 채워질 때까지 파동의 크기가 증가합니다. 위아래 팔 움직임의 속도가 빨라지면 파동의 크기가 줄어듭니다(예: 각각 3미터). 이제 집 벽까지 같은 거리를 다양한 파동이 차지합니다.

이것이 바로 라이카 DISTO™의 작동 원리입니다. 레이저 빔은 다양한 파동을 동시에 방출하는 데 사용됩니다. 2억 개의 파동(위 예에서 팔 움직임과 동일한 속도로 조절됨)의 진동수를 사용하면 밀리미터에 정확한 반면, 더 낮은 진동수는 1미터의 더 높은 분수를 결정하고 가장 낮은 진동수는 미터 수를 측정합니다. 레이저 파동의 마루와 골은 육안으로 볼 수 없는 진동하는 밧줄의 길이와 달리 우리는 몇 가지 기술적인 속임수에 의존해야 합니다. 이는 우리를 제트에 부딪히는 파동의 예로 되돌아가게 합니다. 빛의 들어오는 파동과 나가는 파동 사이의 차이(즉, 위상 변화)는 정교한 전자 장치를 통해 측정할 수 있고, 이를 통해 거리를 가장 가까운 밀리미터로 측정할 수 있습니다.

보다시피 거리 측정과 관련된 곳에서는, 

정말 많은 일들이 뒤에서 진행되고 있습니다.

Leica DISTO™ 측정 원리

전문 용어로 설명합니다

Leica DISTO™을 사용한 거리 측정은 위상 측정 원리에 기초합니다. 레이저 다이오드는 정의된 파장과 펄스 반복 주파수를 가진 광 펄스를 방출합니다. 내부 기준 경로와 외부 측정 경로의 런타임 차이로 인해 Leica DISTO™에서 수신된 광 펄스는 내부 기준 경로를 통해 수신된 광 펄스와 관련하여 위상 이동을 경험했습니다. 이 두 신호의 위상 차이는 계측기와 타겟 사이의 거리에 비례합니다.

수신기는 광 신호를 전자 신호로 변환하고 마이크로 컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 디지털 신호로 변환합니다. 내장된 마이크로 컨트롤러는 기준 신호와 측정 신호 사이의 위상 차이를 계산합니다. 위상 차이가 360°, 예를 들어 410°보다 높으면 마이크로 컨트롤러는 50°에 해당하는 거리를 계산합니다. 이러한 오류를 방지하려면 레이저 광 펄스의 펄스 반복 주파수를 줄이고 두 번째 측정, 이른바 거친 주파수 측정을 수행해야 합니다. 기기의 지정된 측정 범위에 따라 다양한 거친 주파수를 사용하여 정확한 거리를 계산해야 합니다.

기기의 정확도

위상 측정 원리에 기초한 레이저 거리 측정 기기의 정확도는 수정 발진기 포함 온도 보상의 정밀도, 주파수 합성기의 지터 보상, 서로 다른 신호 경로 간의 크로스토크, 수신광의 신호 대 잡음비 및 신호가 마이크로 컨트롤러로 샘플링되는 시간에 따라 결정됩니다.

마지막으로 언급할 점은 미세 측정(최고 주파수 사용)의 경우 샘플링 시간이 짧아지면 동일한 대상의 다양한 측정 사이에 수 밀리미터의 높은 측정 지터가 발생한다는 것입니다. 거친 측정(하위 주파수 중 하나 사용)의 경우 샘플링 시간이 짧아지면 다양한 수백 밀리미터의 거친 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

따라서 샘플링 시간과 정확도의 균형을 맞추는 방법을 매우 신중하게 평가해야 합니다. 표적까지의 거리, 표적의 표면 특성 및 배경 조명과 관련된 모든 가능한 측정 조건에 대해, 샘플링 시간은 한편으로는 측정 시간이 가능한 한 짧고 다른 한편으로는 거친 측정 오류가 완전히 방지되도록 결정되어야 합니다. 이는 어려운 측정 조건에서 더 짧은 측정 시간이 측정 오류에 대한 더 높은 위험으로 이어진다는 것을 의미합니다.