طراحي و ساخت فاصله سنج ليزري برد باال

وحيد وحيدنيا ، دانشگاه آزاد اسالمي واحد اهر، اهرمكاترونيك گروه فني و مهندسي

Vahidniya٢٠٠٠@yahoo.com

چكيده

همانطور كه مي دانيد امروزه ليزرها در دنياي مهندسي و پزشكي كاربرد اساسي دارند بطوريكه با ليزرها كارهايي مي توان

ابزاري بينهايت مفيد است كه به شما اجازه ميدهد اندازه متر ليزري. انجام داد كه در گذشته تحقق آنها يك رويا بوده است

اين مقاله از هدف .انجام دهيد كليدمتر را تنها با فشار يك چندين كيلوه هايي به اندازه گيري دقيقي در حد ميليمتر تا فاصل

معرفي ليزر و انواع كاربرد آن و همچنين بررسي انواع روش هاي پياده سازي متر ليزري و ارائه مفهوم و كاربردهاي آن ابتدا

در صنعت مي باشد كه در اين راستا نخست روشهاي تداخل سنجي و دي مدوالسيون همزمان را كه شامل تكنيكهاي

و سپس به بررسي تكنيكهاي مثلث سازي و زمان پرواز مي پردازيم و جابجايي فاز و فركانسي مي باشد، مورد بحث قرار داده

.زمان پرواز را توضيح خواهيم دادليزري به روش سنجطراحي و ساخت يك فاصله در پايان

متر ليزري، تداخل، دمدوالسيون، فركانس، فاز، زمان پرواز :كلمات كليدي

٢

مقدمه. ١شود كه نور را به صورت پرتوهاي موازي اي گفته مي ليزر به وسيله. است » تقويت نور به روش گسيل القايي تابش « واژه ليزر به معني

كننده يا فعـال كنـده نـور تشـكيل شـده كـه درون اي جمع اين دستگاه از ماده .كند بسيار باريكي كه طول موج مشخصي دارند ساطع مي

بـه وجـود آمـده، تقويـت ) از نوع الكتريسيته يا نور(پرتو نور را كه به وسيله يك منبع انرزي بيروني اين ماده. محفظه تشديد نور قرار دارد

ولي شايد خود او هم نمي توانست در ذهن كاربردي به اين وسعت براي ليزر در . شروع اختراع ليزر به زمان انيشتين بر مي گردد .كند مي

در ايـن زمـان بـود كـه نظـرات . دانشمند آمريكايي به نام ميمن موفق به ساخت اولين ليزر گرديدتا اينكه بعد از سالها ، يك . نظر بگيرد

فراواني در مورد استفاده هاي مختلف از ليزر در ذهن دانشمندان و نويسندگان داستان هاي عملي تخيلي شكل مـي گرفـت و هـر يـك بـا

به دليل هزينه هاي خيلي سنگين در راه توليد ليزرهـاي . آينده توصيف مي كردندابداع وسيله اي تخيلي نحوه ي استفاده از نور ليزر را در

ولي . پرتوان ، ليزر در سال هاي اوليه كاربرد زيادي نداشت و استفاده از نور ليزر محدود به مراكز دانشگاهي و آزمايشگاه هاي تحقيقاتي بود

توليد صنعتي آن ، از هزينه ها كاسته شده و با گذشـت كمتـر از نـيم قـرن از به تدريج با پيدا كردن كاربردهاي جديدو سرمايه گذاري در

امروزه ليزر با زندگي بشر متمدن آميختـه شـده . ساخت اولين ليزر ، اين تكنولوژي به كارآمدترين ابزار مورد استفاده ي بشر در آمده است

به عنـوان مثـال مـي تـوان از دسـتگاه . ي وابسته به ليزر شده استبه ترتيبي كه در كليه ي مراحل زندگي ، بشر به صورت غير قابل انكار

سالح هـاي ،فيبر هاي نوري در مخابرات ،در فروشگاه هاي زنجيره اي باركد خوان دستگاه هاي ،در مصارف خانگي صوتي و تصويري هاي

وسيله ي توليد نـور ليـزر ، ديـود هـاي ليـزر جديدترين . نام برد و فاصله سنجهاي ليزري براي مسافتهاي مختلف ليزري در صنايع نظامي

و پزشـكي پيـدا مهندسي وات بيشترين كاربرد را در صنعت چند صدميلي وات تا نيمهستند كه با طول موج هاي متفاوت و توان هاي از

ن كشف بزرگ در جاي جاي به علت سهولت كار با اين ديود ها ، قيمت نسبتا مناسب و حجم كوچك آنها ،امكان بهره گيري از اي. كرده اند

.زندگي بشر فراهم شده است

فاصله سنج ليزري . ٢

با توجه به پيشرفتهاي شگرف علمي پديد آمده به خصوص در زمينه الكتريك و كامپيوتر و راه حل هاي نوين محاسباتي در قرن حاضر

اندازه گيري دقيق فاصله از جسم و يا فاصله دو جسم از . ،روش اندازه گيري فواصل و مسافت يابي به سمت سويي ديگر سوق يافته است

و بخصوص در صنايع نظامي از كنترل ترافيكزار دقيق، قطعه سازي، هوانوردي، دريانوردي، رباتيك، اب: يكديگر در صنايع مختلف از جمله

به تازگي با رشد صنعت الكترونيك و روش هاي اندازه گيري بوسيله ليزر، سنجش فاصله، سرعت، زاويه، . اهميت ويژه اي برخوردار است

در ادامه به بيان روشهاي مختلف اندازه گيري . ي مشابه نرم افزاري ميسر شده استبا سخت افزار و روشها... ميزان صيقلي بودن سطوح و

]١٩[. فاصله توسط ليزر خواهيم پرداخت

روش تداخل سنجي -١-٢

در روش هاي تداخل سنجي، فاصله . يكي از روشهاي اندازه گيري فاصله و يا جابجايي هاي كوچك استفاده از تداخل سنجي مي باشد

برحسب طول موج بكار گرفته شده، محاسبه مي شود و دقت هاي يك دهم طول موج به راحتي بدست مي آيد و نيز با استفاده از روش

در روش تداخل . را در بررسي و آزمايش سطوح مي توان به دست آورد١٠٠/ λ ديد حد تفكيك حدود هاي الكترونيكي و كامپيوتري ج

به . مي توان تداخل سنج هاي مايكلسون، ماخ زندر و فابري پرو استفاده نمود. سنجي از شمارش تعداد نوارهاي تداخلي استفاده مي شود

) ميكرومتر ٥٠تا ٢٠در حدود (حدود چند ده سانتي متر با دقتهاي بسيار باال طور كلي اين روش معموال براي محدوده اندازه گيري در

سازي پياده كم در قطعات از واستفاده تاثيرات سايهعدم وجود . مهمترين مزيت اين روش خود تنظيمي ذاتي آن است. استفاده مي شود

كاربردهاي تداخل سنجي اندازه گيري ضخامت، جابجايي هاي كوچك، ضريب شكست مواد از .باشد مي تداخل سنجي ديگرمزاياي ،از

٣

سنجي است كه توسط مايكلسون ابداع تداخل سنج مايكلسون مشهورترين دستگاه تداخل .مي باشد همانند گازها، و زاويه هاي كوچك

ده باشد كه المپ تخليه اي مثالً المپ سديم آن را كه مي تواند يك شيشه مات پخش كنن(يك چشمه گسترده )١-٢(مطابق شكل . شد

، موجي را ميگسيلد كه به سمت راست حركت ميكند اين باريكه توسط يك عدد باريكه شكن تخت كه به طور مايل با )روشن كرده است

درجه به سمت آينه ٩٠ اندازه ف بهدرجه نسبت به امتداد انتشار باريكه قرار دارد، به دو قسمت تقسيم ميشود كه قسمتي با انحرا ٤٥زاويه

اين دو موج به وسيله دو آينه كه در مقابل اين دو باريكه قرار گرفته است .متحرك و قسمت ديگر در همان امتداد به راه خود ادامه ميدهد

ه و بخشي از موج گسيلي از شكن عبور كرد بخشي از موجي كه از آينه متحرك ميآيد، از باريكه. شكن بر ميگردند بازتابيده و به باريكه

بدين ترتيب دو موج يكي . آينه سمت راست به وسيله باريكه شكن به سمتي كه آشكار ساز يا پرده مشاهده قرار دارد منحرف ميشود

نقاط از ديد ناظري كه در موضع آشكارساز باشد، چنين به نظر ميرسد كه دو پرتو بازتابيده از. ميشوند و ميتوان انتظار تداخل داشت

]٢[ .اند تصويري از پشت آينه متحرك آمده

روش تداخل سنج مايكسون)١ -٢(شكل

فاز جابجايي روش -٢-٢

در واقع در) ٢-٢(نمودار. پردازيم مي فاصله به تخمين هدف از دريافتي سيگنال روي بر شده ايجاد فازي جابجايي اساس بر روش اين در

جابجايي به) fo فركانس در دامنه مدوالسيون با شدهمدوله ( ليزر پالس برگشت و رفت در شده ايجاد زماني تاخير تبديل از روش اين

)١.(شود مي استفاده فاز

جابجايي فاز) ٢-٢(نمودار

٤

ΔΦفاز جابجايي ، fo مدوالسيون، فركانسτd فركانس به روش وابسته اين گيري اندازه محدوده .باشد مي پالس برگشت و رفت زمان

اندازه بزرگتر باشد محدوده foهر چه . (باشد مي مناسب متر ده چند تا سانتيمتر چند از استفاده براي باشد و مي (fo) مدوالسيون

ضربان روش شبيه بسيار افزاري ويژگيهاي سخت لحاظ از روش اين) .شد خواهد موجب را باالتر حساسيت و دقت و بيشتر گيري

عمل فركانس و فاز جابجايي روش دو هر از تا طراحي نمود سيستمي و برد بهره ويژگي اين از توان مي نتيجه ، در باشد مي فركانسي

توان اگر. ميكند طي τdزمان در هدف از شده بازتابيده نور موج يك كهمسافتي است dفاصله . يابيم دست كارايي باالترين به نمايد، تا

هاي سيگنال بين فاز جابجايي به انتشار زمان كه گفت توان مي ، شود مدوله foدر فركانس سينوسي موج يك بوسيله ليزري ديود نوري

)٢.(تبديل مي شود (Δφ)برگشت و رفت

متر را خواهيم پانزده نامبهم محدوده هرتز مگا ده فركانس با مثال طور به .دارد بستگي كاربرد نوع به fo انتخاب فركانس مدوالسيون

ميان پارازيتي كوپلينگ از كهتداخل خطاي . باشد مي سيستم خطاهاي به آن باالي حساسيت ، شيوه اين بزرگ معايب از يكي. داشت

جابجايي روش در كه هستند خطايي منابع ، پيوندهاي ترانزيستوري ظرفيت بودن غيرخطي آيد، مي بوجود ليزر و فوتوالكتريك كانالهاي

باال حساسيت ، رياضي پيچيده محاسبات بر بودن مبتني. نيست پذير سادگي امكان به هم آنها رفع نمود و صرفنظر آنها از نميتوان فاز

سازي پياده ضمنا. باشد مي روش اين مشخصات از متر ده چند تا سانتيمتر چند از گيري اندازه،محدوده شده ايجاد خطاهاي به نسبت

محاسبات انجام براي كامپيوتر يك از بررسي مورد هاي نمونه اكثر در.(باشد مي قدرتمند پردازشي توان با سخت افزاري نيازمند روش اين

كه ، دارد وجود متعددي تكنيكهاي فوق تئوري سازي پياده براي ). است شده استفاده ، امواج روي بر نياز مورد پردازشهاي رياضي و

اين از نمونه دو ، مدوالسيون همزمان دي و هتروداين تكنيكهاي . است بحث اين حوصله از خارج تكنيكها اين تك تك تفضيلي بررسي

)٣-٢(شكل .باشند مي تكنيكها

فاصله سنج به روش جابجايي فاز)٣-٢(شكل

و باشد مي هدف تا فاصله با رابطه در تصميم گيري

برگشت و رفت زمان مدت و زير فرمول به توجه

يك توسط شده مدوله ي ارسال ليزر پرتوي اگر

موج يك توسط شده مدوله ليزر پرتوي اگر اما .

تبديل برگشتي سيگنال فركانس و شده منتشر

: داشت

ده فركانس طور مثال به ، دارد نظر مورد د كاربر

سخت شباهت. برد نام رباتها بينايي سيستمهاي

]١٢-١١-٤[ )٤-٢(شكل .باشد مي فاز روش جابجايي

فركانسي

با روش اين ميشود كه زده تخمن هدف تا فاصله

از يك ميليمتر تا پنجاه سانتي متر با دقتي روش

از نيز صنعت در .كند مي شديدي افت ميزان

گرفته قرار سازندگان توجه مورد روش اين قيمت ارزان،

٥

Fmcw

تصميم گيري مرجع ، هدف از دريافتي سيگنال روي بر شده ايجاد فركانسي جابجايي

توجه با. بدست مي آيد شده گرفته و فرستاده FMشده مدوله موج دو پارامترهاي

اگر. نمود تعيين را هدف تا توان مسافت مي كند مي حركت نور سرعت

.داد قرار محاسبه فاصله مبناي آنرا برگشت و رفت زمان توان مي اينصورت

منتشر موج فركانس ميان شيفت فركانسي به انتشار زمان ،پس باشد foفركانس

داشت خواهيم كند نمي ايجاد فاصله ميزان با مشكلي هيچ فاز در شده

كاربر به بستگي مدوالسيون فركانس انتخاب. باشد مي گيري اندازه در نامبهم

dnar =١۵ سيستمهاي از توان مي آن كاربردهاي از يكي عنوان به كه شود مي

روش جابجايي مشابه نيز آن مشخصات ساير و روش اين مزاياي از فركانسي

فركانسي -ليزري دياگرام اندازه گيري ) ٤-٢(شكل

روش مثلث سازي

فاصله ميزان دريافتي و ارسالي ليزر پرتوي زاويه و هندسه قوانين از استفاده

روش اين گيري اندازه محدوده)٥-٢(شكل .ميباشد مناسب كم فواصل براي

به روش اين ،دقت گيري اندازه فاصله شدن زيادتر با .باشد مي متر ميكرو

قيمت ارزان، و باال دقت و مقاومت تر، ساده تكنولوژي دليل به موجود روشهاي

Fmcwروش -٣-٢

جابجايي ، روش اين در

پارامترهاي مقايسه از

سرعت با كه ليزر پرتوي

اينصورت در باشد پالس

فركانس با سينوسي

)٣.(ميشود

مدوله π٢از آنجا كه

dnar نامبهم محدوده

١۵mبه منجر مگاهرتز

فركانسي روش با افزاري

روش مثلث سازي -٤-٢

استفاده با روش اين در

براي خوبي نسبتا دقت

ميكرو يك حدود در

روشهاي تمامي ميان

]١٦-٥[. است

٦

فاصله سنج ليزري روش مثلث سازي) ٥ -٢(شكل

سازي مثلث روش كار اساس -١-٤-٢

از مكاني مختصات ،بوسيله تشخيص مرجع نقطه يك به نسبت را فاصله سپس كند، مي پرتاب هدف بسوي را پرتوي ،ابتدا فرستنده ليزر

نزديكتر يا دورتر مرجع نقطه تا شئي چنانچه فاصله بصورتيكه. نمايد مي محاسبه ، كرده برخورد آن به هدف از بازتابيده نور كه گيرنده

]٥[ .ميكند تغيير گيرنده با بازتابش اشعه برخورد نقطه شود، موقعيت

.باشد مي سازي مثلث روش در استفاده مورد )آشكارساز(سنسور نوع به وابسته مقادير، الكترونيكي پردازش

سازي مثلث روش به سنجي فاصله مختلف اجزاء بررسي -٢-٤-٢

:كرد تقسيم عمده بخش ٣ به توان مي را سازي مثلث روش كار اصول

فرستنده -١

گيرنده -٢

الكترونيكي پردازشگر -٣

فرستنده -١-٢-٤-٢

استفاده موارد كه فرستنده يك. تاباند مي هدف بسوي ليزر پرتو يك كه شده متمركز نور پرتو با است ليزري ديود يك معموال فرستنده

.باشد مي مرئي نور اشعه و nm٦٧٠كم با طول موج قدرت با ليزري ديود است،يك ارزان و خرج كم بسيار و دارد بسياري

٧

گيرنده -٢-٢-٤-٢

محل آشكارساز، سپس.دهد مي تشكيل) سنسور( آشكارساز روي بر را هدف تصوير و كند مي جمع را هدف از نور بازتاب گيرنده قسمت

نوع دو كه موجودند آشكارسازها از بسياري انواع .كند را تعيين فاصله يا ارتفاع دوده مح كه كند مي گزارش پردازشگر به را نوراني نقطه

و آشكارساز ،قابليتها نوع دو اين از كدام هر .باشند اي مي آرايه آشكارسازهايو PSD’s١ مثلث روش در استفاده براي رايج بسيار

جريان خروجي با بعدي يك آشكارسازهاي از psd نوع سنسورهاي .هستند آنالوگ آشكار سازهايها psd .دارند ويژه اي محدوديتهاي

بر روي شده بازتابيده نوراني نقطه موقعيت با خروجي هر از شده خارج جريان ميزان .)٦-٢(شكل كنند مي استفاده انتها هر در الكتريكي

طرفين به مركز از نقطه نوراني اگر و بود خواهد مساوي خروجي دو هر باشد،جريان آشكارساز وسط در نقطه اگر .است متناسب آشكارساز

را بازتابيده نوراني نقطه موقعيت توان مي) ٤( فرمول طبق تغييرات اين روي از و كند مي تغيير خروجي دو در جريان مقادير كند حركت

]١٧[ .كرد شناسايي

psdسنسور ) ۶-٢(شکل

)٤( Spot position=(i₂-i₁)/(i₁+i₂)*(L/٢)

مقادير از شده تشكيل آن خروجي آنكه دليل به بلكه صفر ويك مقادير خاطر به نه است ديجيتال ساز آشكار ،يك اي آرايه آشكارساز

٢٥٦ آشكارساز المنت ٢٥٦از كدام هر . تابد مي آشكارساز المانهاي از يك هر روي بر كه است ري نو مقدار دهنده نشان كه ولتاژ گسسته

)٧-٢(شكل .است تشكيل شده دهند مي اطالعات ما به خروجي سيگنال مورد در كه گسسته نمونه

آشکار ساز آرايه ای) ٧-٢(شکل

٨

مزيت مهمترين .كندتر است طبيعي بطور نيز اطالعات سرعت و دارند نياز هاPSD به نسبت بيشتري پردازش به اي آرايه آشكارسازهاي

نقطه موقعيت ، حالت ترين ساده در است و سيگنال روي بر پردازش انجام توانايي ، اي آرايه سنسورهاي بر مبتني سازي مثلث سيستم هر

شود تبديل بيتي ٨ كلمه يك به پيكسل هر اگر ولتاژ .شود مي مشخص آشكارساز ديتاي از وزني ميانگين يك گرفتن وسيله به نوراني

) ٥(فرمول از ثقل مركز محاسبه براي .ميكند تغيير ٢٥٦ تا ٠ از ،هر كلمه نور شدت به بسته كه شود مي اي كلمه ٢٥٦ آرايه يك ،نتيجه

بصورت را نوراني نقطه مركز تا ميدهد اجازه سيستم كاربر به و كند مي مشخص را نقطه نوراني موقعيت ثقل حاصلكه .ميشود استفاده

]١٨[. ندها پيدا ك پيكسل از تجمعي

پرواز زمانروش -٥-٢

چند از(گيري وسيعي اندازه محدوده توان مي آن بوسيله كه.باشد مي ليزري سنجي فاصله اي روشه ترين مرسوم از يكي پرواز زمان

با كه .باشد مي فاصله مبناي محاسبه هدف به ليزر سيگنال رسيدن زمان مدت روش اين در . داد پوشش را) كيلومتر دهها تا متر سانتي

پيچيده هاي طراحي يا و باال فركانس با مدارات به نياز .مي پذيرد صورت مسافت تخمين ليزر، پرتوي برگشت و رفت زمان محاسبه

و طراحي نظامي نمونه يك در آن كيلومتري٢٠ برد(كيلومتر ده چند متر تا سانتي ده چند از طوالني فواصل براي مناسب ، الكترونيكي

عمده هاي كاربرد از .باشد مي روش اين برجسته خصوصيات از دقت يك ميليمتر ، با سنج فاصله طراحي امكان و) است شده سازي پياده

.نمود اشاره كانتينرها و سيلوها سنجي در لوِل و هوانوردي فضايي، صنايع ،تحقيقات برداري نقشه دوربينهاي به توان مي نيز روش اين

روشها اين هريك از از كه استفاده .دارد وجود اصول اين سازي پياده براي متفاوتي روشهاي اما .است ثابت پرواز زمان روش كلي اصول

]٢٢-٣[ .دارد ... و كار،قيمت محدوده دستگاه، دقت مستقيمي در تاثير

و لنز: مانند ، الزم اجزاء اپتيكي و برگشت و رفت زمان گير اندازه، Stopو Startهاي پالس براي گيرنده كانال دو ، ليزر پالس فرستنده

)٨-٢(شكل در مختلف آن قسمتهاي و ارتباط پرواز زمان كلي شماي .هستند روش اين دهنده تشكيل اصلي قسمتهاي شفاف نيمه آيينه

.است آمده

دياگرام روش زمان پرواز) ٨-٢(شكل

٩

پالس كننده تامين( زماني كننده تفكيك يك و كننده تقويت ،يك كننده تقويت پيش يك نوري، ساز آشكار يك شامل گيرنده قسمت

ليزر،كانالهاي فرستنده ، نماييم پياده سازي طريقي هر به را پرواز زمان روش .باشد مي) زمان گير ه انداز قسمت براي الجيك زماني

در كه .دارد وجود متفاوت ،روشهاي ليزر برگشت و زمان رفت گيري اندازه براي اما. بود خواهند مشابه الزم اپتيكي اجزاء و ليزر گيرنده

]١٣[ .دهيم مي قرار بررسي مورد را روش دو بخش اين

ليزر پالس فرستنده -١-٥-٢

نويز سطح و اپتيكي قسمتهاي سازي شبيه و نتايج رادارها تساوي فرمول از توان مي فرستنده در ليزر پالس توان كردن مشخص براي

دارد ليزري متر گيري اندازه محدوده با مستقيم رابطه نياز ليزر مورد توان كه است اين ، باشد مي واضح كه آنچه. گرفت كمك سيستم

ميانگين و ليزر پالس تك يك براي الزم نوري توان پيك متر ٣٠ تا ١ كاري با محدوده ليزري متر يك در شده، انجام بررسيهاي برپايه.

.ميباشدμw٤٢٠وw٣٤ ترتيب به اندازه گيري فرايند طول در قدرت

گيرنده هاي كانال-٢-٥-٢

ولتاژ سطوح با دقيق بسيار زماني پالس به يك آنها تبديل و متفاوت هاي قدرت با نوري هاي پالس گيرنده،دريافت هاي كانال وظيفه

]١٤-٦[ .ميشودفرستاده TDCقسمت به شده توليد پالس اين كه. باشد مي منطقي

ي فاصله سنج هاي ليزريكاربردها-٦-٢

نظامي -١-٦-٢

كيلومتري عمل مي كنند و با دوربينهاي دو چشمي و تك چشمي تركيب مي ٢٥تا ٢هاي هاي نظامي دستي در محدوده فاصله سنج

و انحراف سنج تركيب شود مي تواند گراي مغناطيسي، شيب، و ارتفاع وقتي فصله سنج با يك قطب نماي مغناطيسي ديجيتال. شوند

بعضي ديگر . ها همچنين مي توانند سرعت اهداف را نسبت به مشاهده كننده تعيين كنند.ز فاصله سنجبعضي ا. كند هماهداف را فرا) طول(

نها را قادر مي سازد كه داده هايشان را به ساير تجهيزات مثل رايانه كنترل آتش آها كابل يا ارتباط بيسمي دارند كه از فاصله سنج

ها از باتريهاي استاندارد يا قابل اكثر فاصله سنج .مدلهاي ديد در شب را ارائه مي كنندبعضي مدلها همچنين امكان اضافه كردن .بفرستند

كيلومتر اندازه مي گيرند و به طور معمول روي سه پايه يا مستقيما ٢٥ها فاصله را تا مدلهاي قويتر فاصله سنج .شارژ استفاده مي كنند

ارد امروزي تر مدلهاي فاصله سنج با تجهيزات دمايي مداري و ديد در شب و در مو .روي يك خودرو يا شاسي توپ جنگي نصب مي شوند

هاي ليزري براي كم اثر كردن فاصله سنج .ها تركيب شوند هاي پيشرفته نظامي مي توانند با رايانه اكثر فاصله سنج .روز تركيب مي شوند

هاي جذب كننده ليزر را براي وسايل نقليه خود گسترش وت رنگهاي ردياب ليزري در برابر اهداف نظامي، نيروهاي نظامي متفا و اسلحه

به تازگي رسانه .بعضي از اجسام نور ليزر را خيلي خوب بازتاب نمي كنند و استفاده از فاصله سنج ليزري روي آنها دشوار است. داده اند

اين سالح جديد . ند كه به وسيله اشعه ليزر كار مي كندهاي آمريكايي از برنامه ارتش اين كشور براي استفاده از اسلحه جديدي خبر داده ا

با توجه به دارا بودن فاصله سنج ليزري .گرفته استبه طور رسمي در نيروي دريايي آمريكا مورد استفاده قرار ) ٢٠١٤(از سال ميالدي

.هواپيماهاي بدون سرنشين استفاده كردمي توان براي هدف گيري و نابودي قايق ها و شناورهاي تندرو و قوي بر روي اين دستگاه، :همچنين از اين اسلحه مي توان در كاربردهاي زير نيز استفاده كرد

گلوله هاي مرئي هشدار دهنده -١

ثابت كردن اشعه ليزري بر روي هدف متحرك براي كمك به هدف گيري صحيح موشك هاي حرارتي -٢

از كارانداختن سامانه هاي ديد در موشك ها يا هواپيماهاي بدون سرنشين دشمن براي خنثي سازي -٣

١٠

درباره هدف گيري شناورهاي تندرو از طريق هدف گيري با اشعه ليزر) شناورهاي كوچك و هواپيماهاي بدون سرنشين(نابودي هدف -٤

كند و شناورها نمي توانند با استفاده از تغيير موقعيت خود از هدف را دنبال گفته مي شود كه اشعه هاي توپخانه ليزري مي تواند شناور

هر گلوله ليزري اين سالح جديد تنها يك دالر هزينه خواهد داشت و اين در حالي است كه براي هدف .گلوله هاي ليزري فرار كنند

نابراين گزارش، هر شليك اين ب .ايي با هزينه هاي باالستگيري و نابودي شناورها و هواپيماهاي بدون سرنشين نياز به شليك موشك ه

اين سالح همچنين تا زماني كه به برق متصل است مي تواند شليك كند و با مسئله پايان مهمات . سالح، كمتر از يك دالر هزينه دارد

)٩-٢(شكل .روبه رو نيست

توپخانه ليزري ساخت آمريكا داراي فاصله سنج ليزري)٩-٢(شكل

مدلسازي سه بعدي -٢-٦-٢

مي تواند در اين روش . به منظور توليد يك مدل سه بعدي استفاده شود... مي تواند براي پويش ساختمانها، بناهاي سنگي و اين پويشگر

اندازه پرتو ليزري براي .سر آن افقي مي چرخد، يك آينه عمودي حركت مي كند :هاي وسيع هدايت كند پرتو ليزري خود را در محدوده

.گيري فاصله تا اولين جسم روي مسيرش استفاده مي شود

هاي مرتبط با تصاوير مجازي رايانه اي هاي ليزري به شدت در شناسايي و مدلسازي اجسام سه بعدي و انواع زيادي از رشته فاصله سنج

در مقايسه با ابزارهاي نظامي توصيف .ي دهندرا تشكيل م سه بعدي زمان پروازاسكنر پويشگرهاي اين فناوري قلب. استفاده مي شوند

.درجه اي ارائه مي كنند ٣٦٠با دقت باال را با حالتهاي يك وجهي يا پويش هاي پويشي هاي ليزري توانايي شده در باال فاصله سنج

منظور توليد مدلهاي سه بعدي اند به شده براي تطبيق محدوده داده هايي كه از زواياي متفاوت از يك جسم دريافت تعدادي از راهكارها

هاي ليزري نسبت به ساير روشهاي تصوير مجازي رايانه يكي از مزيتهايي كه فاصله سنج .كامل با حداقل خطاي ممكن گسترش يافته اند

.ندارد )مثل روشهاي برجسته بيني(خصوصيات دو تصوير براي تعيين اطالعات عمق اي دارند اين است كه رايانه نيازي به مرتبط كردن

.هاي ليزري كه در كاربردهاي تصاوير رايانه اي استفاده مي شوند معموالً وضوح عمق با دقت يك دهم ميليمتر يا كمتر را دارند.فاصله سنج

)١٠-٢(شكل .سه گوشه سازي يا اندازه گيري شكست مي توان به اين هدف رسيد هايتكنيكبا استفاده از

١١

ليزريمدلساز سه بعدي )١٠-٢(شكل

ها ورزش -٣-٦-٢

هاي ليزري مي توانند به طور موثر در ورزشهاي متفاوتي كه به اندازه گيري دقيق فاصله احتياج دارند استفاده شوند مثل گلف، فاصله سنج

.شكار و تيراندازي

فرآيندهاي توليد صنعتي -٤-٦-٢

هاي مديريت انبار و فرآيندهاي توليد در صنعت طول اتوماسيون سامانهيكي از كاربردهاي مهم، استفاده از فناوري فاصله سنج ليزري در

)١١-٢(شكل .فوالد است

ليزري cncدستگاه)١١-٢(شكل

١٢

ابزار اندازه گيري ليزري -٥-٦-٢

در حاليكه براي .مثل ساختمان، نوسازي و امالك به جاي متر استفاده شوند هاي ليزري همچنين مي توانند در چندين صنعت فاصله سنج

اندازه گيري يك فضاي بزرگ مثل يك اتاق در يك مسير مستقيم بدون مانع با متر نياز به دو نفر است، با يك وسيله اندازه گيري ليزري

توانايي توليد بعضي محاسبات را ابزار اندازه گيري ليزري نوعاً .جام دادمي توان اين كار را با يك نفر آن هم تنها با نياز به يك مسير ديد ان

)١٢-٢(شكل .دارند مثل مساحت يا حجم يك اتاق

دستگاه فاصله سنج ليزري)١٢-٢(شكل

ايمني -٦-٦-٢

بعضي از فاصله مي شوند هاي ليزري براي مشتريان، دستگاههاي ليزري كالس يك هستند و بنابراين براي چشم ايمن شناخته فاصله سنج

)١٣-٢(شكل .هاي نظامي از سطح انرژي كالس يك تجاوز مي كنند هاي ليزري براي استفاده سنج

دستگاه هاي امنيتي ليزري)١٣-٢(شكل

١٣

و معايب استفاده از فاصله سنج هاي ليزري مزايا -٧-٢

قدرت كاري دستگاه در شرايط نه چندان مساعد ، حتي عاديوزن سبك دستگاه و قيمت و پيچيدگي بسيار كمتر آن نسبت به رادارهاي

افزايش چشمگير سرعت و حذف خطاهاي ناشي از عوامل انساني، ، وقتي هدف در باالي سطح آب و يا روي زمين در حال حركت باشد

اب ليزري در آن است كه كاربرد اشكال فاصله ي .ناشي از خطاي عوامل محيطي و انساني دقت در عمليات، پيشگيري از انجام عمليات زائد

يعني شرايط آب و هوايي تاثير . شود دستگاه متضمن ديد مستقيم است و باريكه ليزر در شرايط نامساعد به شدت در محيط جذب مي

)١٤-٢(شكل .مستقيم در كاركرد فاصله سنج هاي ليزري دارد

ليزريشرايط آب و هوايي تاثير گذار بر فاصله سنج ) ١٤-٢(شكل

طراحي و ساخت فاصله سنج ليزري -٨-٢

، روشهاي مختلفي انتخاب شودبراي طراحي و ساخت فاصله سنج ليزري ابتدا بر حسب فاصله اي كه مد نظر ما مي باشد روش مناسب بايد

مورد استفاده در فيزيك "زمان پرواز"است كه شباهت ذاتي به روشهاي » زمان پرواز ليزر پالسي «وجود دارد كه معروفترين آنها روش

از همين تفاوت ساده ، مي توان نتيجه گرفت . سرعت فوتون را اندازه گيري نماييم دارد، با اين تفاوت كه بجاي نوترون يا يون مي خواهيم

مي ليزر پالسي رواز روشي كه من در اين پروژه انتخاب كرده ام زمان پ(. كه در فاصله يابي ليزري با زمانهاي بسيار كوتاهي سر و كار داريم

با اين تفاوت , هم اينطوري كار مي كنند ودگفته مي ش "ليزر گان"هاي ليزري پليس راه كه اصطالحا سرعت سنج .)١٥-٢(شكل )باشد

سرعت جسم هم . ودتا فاصله لحظه به لحظه خودرو از دوربين حساب بش ودكه براي سنجش سرعت خودرو بايد چند بار پالس فرستاده بش

.دكاهش بده اكه خطاي اندازه گيري ر ودارسال و دريافت مي ش البته در عمل يك سري پالس. دآي تقسيم فاصله به زمان بدست مياز

]٢٢-١٣-١٠[

.دچندان راحت نيست و تكنيكهاي خاصي رو براي طراحي و ساخت الزم دار

آنو از دم برخورد ميكناندازه بگيري آن راكه يك پالس ليزر ايجاد شده و به مانع مورد نظر كه مي خواهيم فاصله

دقيقا اندازه افاصله ر ودميش د،ثانيه دقت اندازه گيري داشته باش

TDC ،باشدمي ) TDC(همان طور كه در فصل دوم توضيح داده شده بود در اين فاصله سنج نياز به يك مدار اندازه گيري زمان

اين پهناي شدن مشخص با TDCقسمت در

نيمه شفاف آيينه يك از TDCواحد بكار شروع

:داشت خواهيم نظر مورد ليزري متر طراحي

صادر TDCواحد بكار شروع براي راStart فرمان

Stop فعاليت توقف براي را TDC كند مي صادر.(

TDC بلوك دياگرام روش زمان پرواز به همراه جزئيات

١٤

روش زمان پرواز ) ١٥-٢(شكل

:ددار وجود ساختن اين دستگاه در عمل دو مشكل اساسيبراي ،

چندان راحت نيست و تكنيكهاي خاصي رو براي طراحي و ساخت الزم دار) يك هزارم نانو ثانيه (پيكوثانيه اندازه گيري زمان با دقت

.دنياز دار اساخت دستگاه از ديد اپتيكي هم ظرافتهاي خاصي ر

كه يك پالس ليزر ايجاد شده و به مانع مورد نظر كه مي خواهيم فاصله

ثانيه دقت اندازه گيري داشته باش سنج كه بايد در حد پيكو با يك مدار بسيار دقيق زمان

همان طور كه در فصل دوم توضيح داده شده بود در اين فاصله سنج نياز به يك مدار اندازه گيري زمان

در .است (Time to Digital Convertor) ديجيتال مدار اندازه گيري زمان بصورت

شروع و ليزر پرتو پرتاب همزماني ميان ايجاد براي .شود گيري اندازه نظر مورد

طراحي در گيرنده كانال نتيجه در كل دو در.)١٦-٢(ميشود، شكل استفاده نوري

فرمان كندو مي رادريافت شفاف نيم آيينه از شده منعكس نورStart (گيرنده

Stopفرمان و كند مي دريافت را هدف از شده منعكس نور( Stopگيرنده

بلوك دياگرام روش زمان پرواز به همراه جزئيات)١٦-٢(شكل

،علي رغم ايده ساده

اندازه گيري زمان با دقت -١

ساخت دستگاه از ديد اپتيكي هم ظرافتهاي خاصي ر -٢

است اساس كار اين

با يك مدار بسيار دقيق زمان .ودمنعكس ميش

همان طور كه در فصل دوم توضيح داده شده بود در اين فاصله سنج نياز به يك مدار اندازه گيري زمان . گرفت

مدار اندازه گيري زمان بصورت

مورد مسافت ، پالسها

نوري آشكارساز يك و

گيرنده كانال .١

).مي كند

گيرنده كانال .٢

١٥

عكس نسبت ، با فاصله ، دريافتي ليزر توان دانيم مي كه همانطور ضمنا .يكسان خواهد بود Startو Stop هر دو كانال براي گيرنده كانال

]١٣[ .دارد مستقيم نسبت ، شده پرتاب ليزر پالس توان با و

فرستنده -١-٨-٢

منبع جريان تحريك مي مدار اين ديود ليزر توسط يك .استفاده شده است nm٦٣٥،نوع كالس دو، mwبراي فرستنده از يك ديود ليزر

ولت تنظيم ٣هاي آن را تغيير داد و روي استفاده كرده ايم كه براحتي ميتوان خروجي LM٣١٧منبع تغذيه متغير در اين مدار ازشود

]٩[ )١٧-٢(شكل.كرد

شماتيك ديود ليزري) ١٧-٢( شكل

راه انداز ديود ليزر -٢-٨-٢

وصل LM٣١٧ داريم كه به منبع سه ولتي يك ميلي واتيدر اين دستگاه يك ليزر . در اين مرحله با يك مدار بسيار ساده سر و كار داريم

ولت، در خروجي خود ٣٠الي ٣يك رگوالتور سه پايه قابل كنترل ميباشد بدين معني كه به ازاي هر ولتاز ورودي از اين منبع .ميشود

)١٨-٢( شكل .ودولتاژي خواهد داشت كه توسط مقاومت هاي تقسيم ولتاژي مدارش تنظيم و طراحي مي ش

مدار راه انداز ديود ليزر) ١٨-٢( شكل

١٦

گيرنده -٣-٨-٢

فتون هاي تابيده .موجي نزديك به طول موج ليزر است استفاده نموده ايم لكه ماكزيمم حساسيت آن در طو در گيرنده از يك فتوديود

١ APDتابيده شده همان گين ذاتيشده به فتوديود به جرياني از الكترونها تبديل مي شود كه نسبت الكترونهاي آزاد شده به فتون هاي

به دو قسمت تقسيم مي شود سيگنال هاي تقسيم شده يكي بصورت مستقيم و ديگري مقايسه كننده جريان توليد شده توسط يك .است

ي وجود از آنجا كه ممكن است سيگنال هاي ناخواسته در سيگنال اصل .با تاخير با استفاده از تفريق كننده به خروجي انتقال مي يابند

داشته باشد كه ورود ميكسر را به اشباع ببرد، لذا اين سيگنال را از يك فيلتر ميان گذر عبور مي دهيم و توسط يك تقويت كننده نهايي به

]٢١-١٨-١٤-٦[ )١٩-٢(شكل.حد الزم مي رسانيم

عملكرد فوتوديود) ١٩-٢( شكل

به يك ليزر نور برگشت و رفت زمان تبديل آن

و رود منطقي مي يك سطح به Startفرمان رسيدن

يك زمان با متناسب ديجيتال رشته يك نيز خروجي

مي TDC واحد دستگاه، دقت مورد در قسمت

طبق نظر مورد مسافت .نيست قبول قابل وجه

١٧

)TDC(ديجيتال به زمان مبدل

وظيفه كه است ليزري سنج فاصله يك بخشهاي و مهمترين ترين اصلي

رسيدن با كه داريم را پالسي ،TDC واحد يك ورودي در واقع باشد در

خروجي در.)٦-٤(،شكل شود مي صفر دوباره Stop فرمان رسيدن با و

قسمت ترين كننده تعيين ليزري سنج فاصله مختلف قسمتهاي بين از. داريم

]٢٣-١٥-١[ .مي باشد) ٢٠-٢(طبق مدار شكل TDCمدار تنظيم مبدل

مبدل زمان به ديجيتال) ٢٠-٢( شكل

:ميگيرد قرار بررسي مورد روش دو به واحد اين

ديجيتال پردازش بدون هاي شمارنده از استفاده

وجه هيچ به كم فواصل براي آن دقت ولي ساده است و ارزان گرچه روش

:شود مي

مبدل -٤-٨-٢

TDC ، اصلي از يكي

باشد در مي ديجيتال كلمه

زمان گذشت از پس

داريم ورودي پالس بودن

مدار تنظيم مبدل . باشد

سازي ادامه پياده در

استفاده -٥-٨-٢

روش اين از استفاده

مي محاسبه )٦(فرمول

١٨

،ليزر پالس برگشت و رفت زمان t مرجع، پالس كالك فركانس f مي باشد كانتر توسط شده شمرده پالسهاي كالك تعداد nدر فرمول باال

d و هدف تا ليزري متر فاصله c باشد مي نور سرعت .

درونيابي از روش استفاده با TDC واحد ساخت -٦-٨-٢

.باشد توانايي بااليي داراي حال عين در و كند كار پايين تر ساعت فركانس با كه بسازيم TDCواحد يك داريم، قصد قسمت اين در

.است شده داده توضيح)٢١-٢(در شكل روش اصلي كاركرد

TDCاصول كاركرد )٢١-٢(شكل

يعني اصلي قسمت .ميشود تبديل ديجيتال به مرحله در سه Stop پالس باالرونده لبه تا Start پالس رونده باال لبه از Tinزماني فاصلة

T۱۲ تناوب دوره با ها پالس كالك شمردن با توان مي و باشد مي سيستم كالك با سنكرون بطور TCLK سپس .كرد محاسبه آنرا زمان

بصورت گيري اندازه از قسمت اين واقع در .مي شوند اعمال بيتي n ياب درون واحد يك به مجزا بطور ٢Tو T١ جزئي هاي قسمت

يك نمونه از انواع )٢٢-٢(شكل .گردد نمي حاصل سيستم پالس مرجع كالك شمارش از مستقيم بطور ديگر كه چرا .ميباشد آسنكرون

TDC قابل ذكر است كه در اين پروژه از يك. موجود در بازار مي باشدTDC-GP١٣-١[. استفاده شده است ١ [

درونياب TDCآي سي) ٢٣-٢(شكل

١٩

TDCمقايسه انواع ) ١-٢(جدول

TDCكاربرد انواع ) ٢-٢(جدول

۲۲GP

ليزر

برنامه هاي كاربردي سونوگرافي

متر التراسونيك تراكم

۲۱GP

ليزر

برنامه هاي كاربردي سونوگرافي

متر التراسونيك تراكم

۲GP

متر التراسونيك حرارت

كنتور التراسونيك

ليزر

اسكنر ليزري

موقعيت ياب مغناطيسي سيستم هاي

(ATE) تجهيزات تست خودكار

٢٠

۱GP

اندازه گيري فاصله ليزري

سيستم هاي موقعيت ياب مغناطيسي

زمان از پرواز طيف سنجي

GPX

اسكنر ليزري

طيف سنجي زمان از پرواز

زمان از پرواز اندازه گيري

پزشكي فن آوري

(ATE) تجهيزات تست خودكار

)AGC( بهره اتوماتيككنترل -٧-٨-٢

در واقع مي توان گفت سامانه آداپتور الكترونيكي است كه در بسياري از مدارات الكترونيكي و AGC مدار كنترل اتوماتيك بهره يا

و واي مخابراتي نظير مدارات رادار ، تلويزيون ، راديو ، موبايل ، سامانه هاي آنتن مركزي ، دستگاه هاي ضبط صوت ، مودم هاي وايمكس

اين سيستم در واقع هميشه سطح ولتاژ خروجي رو در يك سطح .مثال سمعك از آن استفاده مي شود و حتي در زمينه پزشكي... فاي و

)٢٤-٢( شكل.دتضعيف مي كن دو اگه قوي باش دتقويت مي كن ديعني اگه سيگنال ضعيف باش. دمعين قرار ميده

AGCاصول كاركرد )٢٤-٢(شكل

مدار كنترل اتوماتيك بهره مزايا و معايب استفاده از -١-٧-٨-٢

عالوه بر اينكه كاربردهاي اين مدار در روزمره توضيح داده شد به طبع طراحي چنان مداري و اجراي آن گرانتر تمام مي شود ، اما استفاده

تواند مصرف باتري كه مهمترين ركن و چالش در از مدارات كنترل بهره اتوماتيك در ماژول هاي مخابراتي و همچنين لوازم قابل حمل مي

.امروزه هست را به مقدار قابل توجهي بهينه سازد

٢١

پردازش -٨-٨-٢

توسط يك ميكروكنترلر پردازش مي شود و سپس توسط يك نمايشگر، فاصله بدست آمده TDCدر اين بخش خروجي بدست آمده از

و با توجه به برنامه اعمال شده به اين . در اين پروژه مورد استفاده قرار گرفته است Atmega٨ آي سي ميكروكنترلر .نشان داده مي شود

]٢٠[) ٢٥-٢(شكل .آي سي خروجي مورد نظر به نمايشگر ارسال مي گردد

و پردازش با ميكروكنترلر TDCخروجي)٢٥-٢(شكل

٢٢

نتيجه گيري بحث و -٣

مي كنيم؟چرا از فاصله سنج هاي ليزري استفاده

. باشدچند متري ي كه مي خواهيم بايدبراي فروشنده بنا به نياز خود مشخص مي كرديم متربخريم متر مي خواستيم هميشه وقتي

عدم و ابعاد و برخي جاها را بنا به تنگي جا ،برخي زوايا و مترها دقيق نبودند وقتهاخيلي ،نفر الزم بود دوهميشه در متر كردن حدا قل

شما مي توانيد با نقطه گذاري . اما متر ليزري همه اين چالش ها را يكجا به پايان رساند اين راحتي ها نمي توانستيم متر كنيم نفوذ به

ليزري فاصله دو نقطه را حتي از فاصله بسيار دورتر و بصورت ديجيتالي متر كرده و بروي صفحه نمايشگر خود ببينيد و حتي تمامي

. محاسبات را ذخيره كنيد

چشم انداز آينده استفاده از اين تحقيق چيست؟

با توجه به هزينه باالي فاصله سنج هاي ليزري موجود در بازار دنيا هدف از اين پروژه به حداقل رساندن قيمت و همچنين توانمندي در

وان پروژه هاي كاربردي فراواني در همچنين با درك و فهم تكنولوژي هاي بكار رفته مي ت. ساختن اين ابزار ها در داخل كشور مي باشد

خط عابر پياده هوشمند ليزري ،انتقال ديتا با استفاده از نور : مانند داخل كشور و حتي براي اولين بار در دنيا طراحي و به توليد انبوه رساند

و خيلي پروژه هاي ديگر كه مي توان ليزر ،شارژر ليزري ،قلم هاي ليزري كه نياز به مركب را از بين خواهند برد، قفلهاي امنبتي ليزري

.روي آنها تمركز كرد

عوامل مهمترين از يكي گرفت نتيجه توان مي ، بحث در فصل هاي قبل مورد روشهاي مقايسه و شده مطرح مباحث همه بندي با جمع

روش از ،بايد باشد نظر مد باال دقت با كوچك فواصل چنانچه ، باشد مي نظر مورد ليزر، فاصله طريق از سنجي فاصله روش درانتخاب

براي و كرد و فركانس استفاده فاز جابجايي روشهاي از توان مي مياني فواصل براي .شود استفاده سنجي تداخل روش يا و سازي مثلث

با توجه به اينكه در اين پروژه از روش زمان پرواز براي محاسبه مسافت استفاده . كرد مي توان استفاده پرواز زمان روش از طوالني فواصل

هاي ليزري خيلي كه از پالس بطوري. ابزار به وسيله زمان سقوط يا صعود پالس ليزر و سرعت دريافت كننده تعيين مي شوددقت شده لذا

.درفاصله شي را تا حد چند ميليمتر تعيين ك استفاده مي شود تا بتوان دقيقسريع و يك آشكارساز خيلي

A مقدار زمان براي طي طريق بين t سرعت نور در اتمسفر و c كه٢/D=ct با رابطه زير داده شده Bو A محاسبات فاصله بين نقطه

سپس با . تفركانس زاويه اي تلفيق نوري اس ω شود.كه تاخيري است كه به وسيله جابجايي نور ايجاد مي t= φ/ω .است B و

.داريم زيرجايگذاري مقادير در معادله

D=ct/٢

D=١/٢c (φ/ω)

D=c/ (۴ πf) (Nπ Δφ)

D=c/۴f (N ΔN)

D=U (N)

.هستندΔN=φ/ω دسيمال به عنوان مقدار ΔN به عنوان تاخير قسمتي كه كامل نشده،Δφ به عنوان واحد طول ، U در اين رابطه

خص كننده شكل موج استفاده ميكنند شآشكارسازهاي متمييز دادن بعضي ابزار قادرند كه بين چند انعكاس را تشخيص دهند، اين ابزار از

شكل موج يك پالس ليزر كه به يك درخت و سپس به .به طوري كه مي توانند مقدار نور بازگشتي در يك زمان مشخص را تعيين كنند

٢٣

زمان در زمان پرواز يفن آوريها .مي باشد فاصله تا زمين ناولين پيك فاصله تا درخت و دومي. پيك خواهد داشتزمين برخورد ميكند دو

با دانستن سرعت نور و اندازه گيري يعني بطور كلي.مي باشد صرف شده براي يك پالس نور براي طي كردن فاصله رفت و برگشت تا هدف

.دقيق زمان طي شده، فاصله محاسبه مي شود

٢٤

تشكر و قدرداني

مادر، همسر و همه عزيزاني كه عليرغم تحمل سختي ها و دشواري هاي فراوان پدر،

مسير پر پيچ و خم كسب دانش و معرفت را برايم هموار نموده و از دعاي خيرشان بي

. نصيب نبوده ام

٢٥

مراجع

. پايان نامه كارشناسي ارشد. كوانتيزيشن نويز دهي شكل قابليت با باال دقت با ديجيتال به زمان مبدل طراحي. ، بابكبيگ محمدي

]١[.١٣٩٢دانشگاه تربيت مدرس،

دانشگاه علم و صنعت . پايان نامه كارشناسي ارشد. طراحي و شبيه سازي فاصله ياب ليزري به روش تداخل سنجي. نمدانيان، محمدرضا

]٢[.١٣٨١ايران،

پايان نامه كارشناسي R.P.V.طراحي فاصله ياب ليزري به روش پالسي جهت تعيين ارتفاع هواپيماي . طباطبايي، سيد مرتضي

]٣ [ .١٣٧٦دانشگاه صنعتي اصفهان،.ارشد

سيستم هاي هوشمند ساخت سنسور فاصله ياب ليزري براي . شمسي، حسين و عيني، حسين ايمان. عثني عشري اصفهاني، عليرضا

]٤ [.١٣٨٠، چهارمين كنفرانس دانشجويي مهندسي برق ايران. اخطار تصادف

ليزري برد كوتاه به روشطراحي و ساخت فاصله ياب .سرشوق، محمد حسين و رشيدي محمود رضا. خليلي، عليرضا. زماني، مجيد

]٥ [ .١٣٩٠، دومين همايش ملي مهندسي اپتيك و ليزر ايران. مثلثاتي

طراحي ،شبيه سازي و ساخت گيرنده اپتيكي فاصله ياب .ديده بان مهر، مراد و زاهدي، مراد. موسوي، سيد سعيد. كامل جهرمي، ايمان

]٦ [.١٣٩٠،سومين كنفرانس مهندسي فوتونيك ايران .چشم ايمن نرخ باال ٤٠kmليزري

]٧[. ١٣٨٢ ز نشر دانشگاهيمركمحي الدين شيخ االسالمي، : پتروتي، آشنايي با اپتيك، ترجمه. پتروتي، لئون اس. فرانك ال

]٨[. ١٣٧١اكبر حريري، مركز نشر دانشگاهي : سيوولتو، اصول ليزر، ترجمه. اوراسيو

References

[٩]. R.S Longhurst, Geometrical & Physical Optics. Longman, London, ١٩٧٣, pp. ٢٩-٣ & pp.١٢-١٢٢۴ & pp. ١٨۵-١٨٩.

[١٠]. S.Poujouly, B.Journet & D.Miller, “Digital Laser Range Finder: Phase shift Estimation by undersampling Technique,” IEEE Trans. Instrum. Meas.

[١١].G.Bazin & B journet, “A new laser range finder based on FMCW-like method,” IEEE Trans. Instrum. Meas. Jun ١٩٩۶.

[١٢].D.Dupuy & M.Lescure, “Improvement of the FMCW Laser Range Finder by an APD Working as an Optoelectronic Mixer,” IEEE Trans. Instrum. Meas .vol .۵١, Oct .٢٠٠٢.

[١٣]. P.Palojarvi, K.Maatta & J.Kostamovaara, “Pulsed Time of flight Laser Radar Module with Milimeter Level Accuracy Using Full Custom Receiver and TDC ASICs,” IEEE Trans. Instrum. Meas.vol.۵١.Oct ٢٠٠٢.

[١٤].T.Ruotsalainen, P.Palojarvi & J.Kostamovaara, “A Wide Dynamic Range Receiver Channel for a Pulsed Time of Flight Laser Radar,” IEEE Trans. Instrum. Meas.vol.٣۶, Aug, ٢٠٠١.

[١٥]. E.Raisanen, T.Rahkonen & J.Kostamovaara, “An Integrated Time to Digital Converter with ٣٠ps,” IEEE Journal, Solid state circuits, vol.٣۵, Oct .٢٠٠٠.

[١٦] Kennedy, William. P. the Basics of triangulation sensors, Cyber Optics Corp. http://archives.sensorsmag.com/articles/٠۵٩٨/tri٠۵٩٨/main.shtml,accessed June (٢٠١٢) ١٨.

٢٦

[١٧] Vahelal, Ahmedabad. Seminar report ٣ of Cryptography: Sensors on ٣D Digitization,

Hasmukh Goswami College of Engineering, Gujarat, India. (٢٠١٠).

[١٨] Rieke, George. Detection of Light: From the Ultraviolet to the Sub millimeter.Optical detectors.(٢٠٠٢). Publisher: Cambridge University Press. West Nyack, NY, USA. EUSBN: ٩٧٨١١٣٩۴٨٣۵١. PISBN: ٩٧٨٠۵٢١٨١۶٣۶۶.

[١٩] Porat D I ١٩٧٣ Review of subnanosecond time-interval measurements IEEE Trans. Nucl. Sci. ٢٠ ٣۵–۵١

[٢٠] Leskovar B and Turko B ١٩٧٧ Optical timing receiver for the NASA laser ranging system Lawrence Berkeley Laboratory Report LBL ۶١٣٣

[٢١] Oh M S, Kong H J, Kim T H, Hong K H, Kim B W and Park D J ٢٠١٠ Multihit mode direct-detection laser radar system using a Geiger-mode avalanche photodiode

Rev. Sci. Instrum. ٠٣٣١٠٩ ٨١

[٢٢] McCarthy A, Collins R J, Krichel N J, Fern´andez V, Wallace A M and Buller G S ٢٠٠٩ Long-range time-of-flight scanning sensor based on high-speed time-correlated single-photon counting Appl. Opt. ۴٨ ۶٢۴١–۵١

[٢٣] Niclass C, Favi C, Kluter T, Gersbach M and Charbon E ٢٠٠٨ A ١٢٨×١٢٨ single-photon image sensor with column-level ١٠-bit time-to-digital converter array IEEE J. Solid-State Circuits ۴٢٩٧٧ ٣–٨٩

٢٧

Design and Implementation of Laser Based Long Range Distance Meter

Department of Mechatronics Engineering. Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran Email: vahidniya٢٠٠٠@yahoo.com

Abstract. As you know, today in the world of engineering and medicine are essential lasers so what can be done with lasers that in the past has been the realization of a dream. Laser meter is extremely useful tool which allows you Precision measuring millimeter distances of several kilometers in size with just a push of a button to do the purpose of this paper introduces the laser and its application as well as a variety of implementation methods and laser meter concept and its applications in the industry In this regard, the first interferometry methods and de-modulation and frequency at which the phase shift technique is, discuss and then to study the techniques of triangulation and time of flight pay And at the end of the design and construction of a laser distance meter to explain the method of flight time.

Keywords: laser meter, Interferometry, de-modulation, frequency, phase, Triangulation, fly time.