Un telémetro láser , también conocido como telémetro láser , es un telémetro que utiliza un rayo láser para determinar la distancia a un objeto. La forma más común de telémetro láser funciona según el principio de tiempo de vuelo enviando un pulso láser en un haz estrecho hacia el objeto y midiendo el tiempo que tarda el pulso en reflejarse en el objetivo y regresar al emisor. Debido a la alta velocidad de la luz , esta técnica no es apropiada para mediciones submilimétricas de alta precisión, donde a menudo se utilizan la triangulación y otras técnicas. Es un tipo de lidar sin escáner .
El pulso puede estar codificado para reducir la posibilidad de que el telémetro se atasque . Es posible utilizar técnicas del efecto Doppler para juzgar si el objeto se acerca o se aleja del telémetro y, de ser así, a qué velocidad.
La precisión de un instrumento está correlacionada con el tiempo de subida , [1] divergencia y la potencia de su pulso láser, así como con la calidad de su óptica y el procesamiento de señales digitales a bordo . Los factores ambientales pueden reducir significativamente el alcance y la precisión:
En buenas condiciones, operadores expertos que utilizan telémetros láser de precisión pueden alcanzar un objetivo con una precisión de un metro a distancias del orden de tres kilómetros.
A pesar de que el haz es estrecho, eventualmente se extenderá a largas distancias debido a la divergencia del rayo láser, así como al centelleo y los efectos de dispersión del haz, causados por la presencia de gotas de agua en el aire que actúan como lentes que varían en tamaño desde microscópica hasta aproximadamente la mitad de la altura de la trayectoria del rayo láser sobre la tierra.
Estas distorsiones atmosféricas , junto con la divergencia del propio láser y con los vientos transversales que sirven para empujar lateralmente las burbujas de calor atmosféricas , pueden combinarse para dificultar la obtención de una lectura precisa de la distancia de un objeto, por ejemplo, debajo de algunos árboles o detrás de arbustos. , o incluso en largas distancias de más de 1 km en terreno desértico abierto y despejado.
Parte de la luz láser puede reflejarse en hojas o ramas que están más cerca que el objeto, dando un retorno temprano y una lectura demasiado baja. Alternativamente, en distancias superiores a 360 m, si el objetivo está cerca de la Tierra, puede simplemente desaparecer en un espejismo , causado por los gradientes de temperatura en el aire cerca de la superficie calentada que desvían la luz láser. Todos estos efectos deben ser considerados.
La distancia entre los puntos A y B está dada por
donde c es la velocidad de la luz y t es el tiempo que tarda el viaje de ida y vuelta entre A y B.
donde φ es el retraso de fase realizado por la luz que viaja y ω es la frecuencia angular de la onda óptica.
Luego sustituyendo los valores en la ecuación,
En esta ecuación, λ es la longitud de ondaC/F; Δφ es la parte del retardo de fase que no cumple π (es decir, φ módulo π ); N es el número entero de semiciclos de onda del viaje de ida y vuelta y Δ N la parte fraccionaria restante.
Tiempo de vuelo : mide el tiempo que tarda un pulso de luz en viajar hasta el objetivo y regresar. Conociendo la velocidad de la luz y una medición precisa del tiempo necesario, se puede calcular la distancia. Se disparan muchos pulsos secuencialmente y la respuesta promedio es la más comúnmente utilizada.circuitos de temporización muy precisos por debajo de los nanosegundos .
Desplazamiento de fase de múltiples frecuencias : mide el desplazamiento de fase de múltiples frecuencias en la reflexión y luego resuelve algunas ecuaciones simultáneas para dar una medida final.
Interferometría : la técnica más precisa y útil para medir cambios en distancias en lugar de distancias absolutas.
Atenuación de la luz por absorción atmosférica : el método mide la atenuación de un rayo láser causada por la absorción de un compuesto atmosférico ( H 2 O , CO 2 , CH 4 , O 2 etc.) para calcular la distancia a un objeto. El método de atenuación de la absorción atmosférica de la luz requiere fuentes de luz incoherentes no moduladas y electrónica de baja frecuencia que reducen la complejidad de los dispositivos. Gracias a esto, se pueden utilizar fuentes de luz de bajo coste para determinar el alcance. Sin embargo, la aplicación del método se limita a mediciones atmosféricas o exploración planetaria. [2]
Los telémetros proporcionan una distancia exacta a los objetivos ubicados más allá de la distancia de disparo a quemarropa a francotiradores y artillería. También se pueden utilizar para ingeniería y reconocimiento militar. Por lo general, los tanques usan LRF para corregir la solución de disparo directo.
Los telémetros militares portátiles funcionan a distancias de 2 km a 25 km y se combinan con binoculares o monoculares . Cuando el telémetro está equipado con una brújula magnética digital (DMC) y un inclinómetro, es capaz de proporcionar acimut magnético, inclinación y altura (longitud) de los objetivos. Algunos telémetros también pueden medir la velocidad de un objetivo en relación con el observador. Algunos telémetros tienen interfaces cableadas o inalámbricas que les permiten transferir sus datos de medición a otros equipos, como computadoras de control de incendios. Algunos modelos también ofrecen la posibilidad de utilizar módulos de visión nocturna adicionales . La mayoría de los telémetros portátiles utilizan baterías estándar o recargables.
Los modelos más potentes de telémetros miden distancias de hasta 40 km y normalmente se instalan en un trípode o directamente en un vehículo, barco, avión, helicóptero o plataforma de armas. En este último caso, el módulo telémetro está integrado con equipos térmicos, de visión nocturna y de observación diurna a bordo. Los telémetros militares más avanzados se pueden integrar con computadoras.
Para que los telémetros láser y las armas guiadas por láser sean menos útiles contra objetivos militares, es posible que varias armas militares hayan desarrollado pintura absorbente de láser para sus vehículos. De todos modos, algunos objetos no reflejan muy bien la luz láser y utilizar un telémetro láser sobre ellos es difícil.
El primer telémetro láser comercial fue el Barr & Stroud LF1, desarrollado en asociación con Hughes Aircraft , que estuvo disponible en 1965. A éste le siguió el Barr & Stroud LF2, que integraba el telémetro en una mira de tanque, y se utilizó en el tanque Chieftain en 1969, el primer vehículo equipado con dicho sistema. Ambos sistemas utilizaron láseres de rubí . [4]
Los telémetros láser se utilizan ampliamente en el reconocimiento de objetos 3D , el modelado de objetos 3D y una amplia variedad de campos relacionados con la visión por computadora . Esta tecnología constituye el corazón de los llamados escáneres 3D de tiempo de vuelo . A diferencia de los instrumentos militares, los telémetros láser ofrecen capacidades de escaneo de alta precisión, con modos de escaneo de una sola cara o de 360 grados.
Se han desarrollado varios algoritmos para fusionar los datos de alcance recuperados desde múltiples ángulos de un solo objeto para producir modelos 3D completos con el menor error posible. Una de las ventajas que ofrecen los telémetros láser sobre otros métodos de visión por computadora es que no es necesario correlacionar características de dos imágenes para determinar la información de profundidad como lo hacen los métodos estereoscópicos .
Los telémetros láser utilizados en aplicaciones de visión por computadora suelen tener resoluciones de profundidad de 0,1 mm o menos. Esto se puede lograr mediante el uso de técnicas de medición de triangulación o refracción, a diferencia de las técnicas de tiempo de vuelo utilizadas en LIDAR .
En la silvicultura se utilizan telémetros láser especiales . Estos dispositivos cuentan con filtros antihojas y funcionan con reflectores . El rayo láser se refleja únicamente en este reflector, por lo que se garantiza una medición exacta de la distancia. Los telémetros láser con filtro antihojas se utilizan, por ejemplo, para inventarios forestales .
Los telémetros láser se pueden utilizar eficazmente en diversos deportes que requieren una medición precisa de la distancia, como el golf , la caza y el tiro con arco . Algunos de los fabricantes más populares son Caddytalk, Opti-logic Corporation, Bushnell, Leupold, LaserTechnology, Trimble, Leica, Newcon Optik, Op. Electrónica, Nikon , Swarovski Optik y Zeiss . Muchos telémetros de Bushnell vienen con funciones avanzadas, como ARC (compensación de rango de ángulo), capacidad de distancias múltiples, pendiente, JOLT (vibración cuando el objetivo está bloqueado) y búsqueda de pin. El ARC se puede calcular manualmente usando la regla del fusilero , pero generalmente es mucho más fácil si dejas que lo haga un telémetro cuando estás cazando. En el golf, donde el tiempo es más importante, un telémetro láser resulta útil para localizar la distancia a la bandera. Sin embargo, no todas las funciones son 100% legales para jugar torneos de golf. [5] Muchos cazadores en el este de EE. UU. no necesitan un telémetro, aunque muchos cazadores occidentales los necesitan, debido a las distancias de disparo más largas y los espacios más abiertos.
Una aplicación importante es el uso de la tecnología de telémetro láser durante la automatización de los sistemas de gestión de existencias y los procesos de producción en la industria del acero.
Los telémetros láser también se utilizan en varias industrias como la construcción, la renovación y el sector inmobiliario como alternativas a las cintas métricas , y fueron introducidos por primera vez por Leica Geosystems en 1993 en Francia . Para medir un objeto grande como una habitación con una cinta métrica, se necesitaría que otra persona sostuviera la cinta en la pared del fondo y una línea clara que cruzara la habitación para estirar la cinta. Con una herramienta de medición láser, el trabajo lo puede realizar un solo operador con solo una línea de visión. Aunque las cintas métricas son técnicamente perfectamente precisas, las herramientas de medición láser son mucho más precisas. Las herramientas de medición láser suelen incluir la capacidad de producir algunos cálculos simples, como el área o el volumen de una habitación. Estos dispositivos se pueden encontrar en ferreterías y mercados en línea.
Los telémetros láser pueden variar de precio, dependiendo de la calidad y aplicación del producto. Los telémetros de grado militar deben ser lo más precisos posible y también deben alcanzar grandes distancias. Estos dispositivos pueden costar cientos de miles de dólares. Para aplicaciones civiles, como la caza o el golf, los dispositivos son más asequibles y mucho más accesibles. [6] [7]
Los telémetros láser se dividen en cuatro clases y varias subclases. Los telémetros láser disponibles para los consumidores suelen ser dispositivos láser de clase 1 o clase 2 y se consideran relativamente seguros para los ojos. [8] Independientemente de la clasificación de seguridad, siempre se debe evitar el contacto visual directo. La mayoría de los telémetros láser para uso militar superan los niveles de energía del láser clase 2.
Medios relacionados con telémetros láser en Wikimedia Commons
