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telémetro láser

Un telémetro láser de largo alcance es capaz de medir distancias de hasta 20 km; se monta sobre un trípode con soporte angular. El sistema resultante también proporciona medicio...

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Un telémetro láser de largo alcance es capaz de medir distancias de hasta 20 km; se monta sobre un trípode con soporte angular. El sistema resultante también proporciona mediciones de acimut y elevación .

Un telémetro láser , también conocido como medidor de distancia láser , es un dispositivo 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 adecuada para mediciones de alta precisión submilimétricas, donde se suelen utilizar la triangulación y otras técnicas. Los telémetros láser a veces se clasifican como un tipo de lidar portátil sin escáner .

Legumbres

El pulso puede codificarse para reducir la probabilidad de que el telémetro se bloquee . Es posible utilizar técnicas de efecto Doppler para determinar si el objeto se mueve hacia el telémetro o se aleja de él, y, en caso afirmativo, a qué velocidad.

Precisión

La precisión de un instrumento está correlacionada con el tiempo de subida , [ 1 ] la divergencia y la potencia de su pulso láser, así como con la calidad de su óptica y el procesamiento de señal digital integrado . Los factores ambientales pueden reducir significativamente el alcance y la precisión:

  • La humedad, la nieve, el polvo u otras partículas en suspensión en el aire dispersarán la señal.
  • Las temperaturas más altas y las presiones más elevadas (menores altitudes) disminuyen ligeramente la velocidad de la luz a través del aire .
  • Los objetivos más pequeños y menos reflectantes proporcionan menos información.

En condiciones óptimas, los operadores expertos que utilizan telémetros láser de precisión pueden medir la distancia a un objetivo con una exactitud de un metro a distancias del orden de tres kilómetros.

Rango y error de rango

A pesar de que el haz es estrecho, eventualmente se extenderá a lo largo de grandes distancias debido a la divergencia del haz láser, así como a los efectos de centelleo y deriva del haz, causados ​​por la presencia de gotas de agua en el aire que actúan como lentes, con tamaños que van desde lo microscópico hasta aproximadamente la mitad de la altura de la trayectoria del haz láser sobre la Tierra.

Estas distorsiones atmosféricas , junto con la divergencia del propio láser y con los vientos transversales que empujan 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 a largas distancias de más de 1 km en terreno desértico abierto y sin obstáculos.

Parte de la luz láser podría reflejarse en hojas o ramas cercanas al objeto, lo que provocaría un retorno prematuro y una lectura demasiado baja. Por otro lado, a distancias superiores a 360 m, si el objetivo se encuentra cerca de la Tierra, podría desaparecer en un espejismo , causado por gradientes de temperatura en el aire cerca de la superficie calentada que desvían la luz láser. Todos estos efectos deben tenerse en cuenta.

Cálculo

Principios de tiempo de vuelo aplicados a la medición de distancias mediante láser.

La distancia entre el punto A y B viene dada por

D=dot2{\displaystyle D={\frac {ct}{2}}}

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.

t=ϕω{\displaystyle t={\frac {\phi }{\omega }}}

donde φ es el retardo de fase producido por la luz que viaja y ω es la frecuencia angular de la onda óptica.

Luego, sustituyendo los valores en la ecuación,

D=12dot=12doϕω=do4πF(norteπ+Δϕ)=λ4(norte+Δnorte){\displaystyle D={\frac {1}{2}}ct={\frac {1}{2}}{\frac {c\phi }{\omega }}={\frac {c}{4\pi f}}(N\pi +\Delta \phi )={\frac {\lambda }{4}}(N+\Delta N)}

En esta ecuación, λ es la longitud de onda ⁠ c / 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.

Tecnologías

Un sistema IRST OLS-27 con telémetro láser en el Sukhoi Su-27.

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 midiendo con precisión el tiempo, se puede calcular la distancia. Se emiten muchos pulsos de forma secuencial y se suele utilizar la respuesta promedio. Esta técnica requiere circuitos de temporización de subnanosegundos de altísima precisión .

Desfase de frecuencia múltiple : este método mide el desfase de múltiples frecuencias en la reflexión y luego resuelve un sistema de ecuaciones simultáneas para obtener una medida final.

Interferometría : la técnica más precisa y útil para medir cambios en la distancia, en lugar de distancias absolutas.

Atenuación de la luz por absorción atmosférica : Este método mide la atenuación de un haz láser causada por la absorción de un compuesto atmosférico ( H₂O , CO₂ , CH₄ , O₂ , etc. ) para calcular la distancia a un objeto. El método de atenuación de la luz por absorción atmosférica requiere fuentes de luz incoherentes no moduladas y electrónica de baja frecuencia , lo que reduce la complejidad de los dispositivos. Por ello, se pueden utilizar fuentes de luz de bajo coste para la medición de distancias. Sin embargo, la aplicación del método se limita a mediciones atmosféricas o exploración planetaria. [ 2 ]

Aplicaciones

Militar

Un oficial estadounidense con un telémetro láser GVS-5

Los telémetros proporcionan una distancia precisa a objetivos situados más allá del alcance de disparos a quemarropa de francotiradores y artillería. También se pueden utilizar para reconocimiento militar e ingeniería. Los tanques suelen usar telémetros láser para corregir la solución de disparo directo.

Los telémetros militares portátiles operan 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) e inclinómetro, puede proporcionar el acimut magnético, la inclinación y la altura (longitud) de los objetivos. Algunos telémetros también pueden medir la velocidad de un objetivo en relación con el observador. Algunos telémetros cuentan con interfaces por cable o inalámbricas que permiten transferir los datos de medición a otros equipos, como computadoras de control de tiro. Algunos modelos también ofrecen la posibilidad de utilizar módulos de visión nocturna adicionales . La mayoría de los telémetros portátiles actuales utilizan baterías estándar o recargables.

Un equipo de francotiradores de la ISAF holandesa mostrando su rifle AWSM .338 Lapua Magnum y sus prismáticos con telémetro láser VECTOR IV Leica/Vectronix.

Los telémetros más potentes miden distancias de hasta 40  km y suelen instalarse sobre un trípode o directamente en un vehículo, barco, avión, helicóptero o plataforma de artillería. En este último caso, el módulo del telémetro se integra con el equipo de visión térmica, nocturna y diurna a bordo. Los telémetros militares más avanzados pueden integrarse con ordenadores.

Para reducir la utilidad de los telémetros láser y las armas guiadas por láser contra objetivos militares, diversas ramas militares pueden haber desarrollado pintura absorbente de láser para sus vehículos; sin embargo, algunos objetos no reflejan bien la luz láser, y usar un telémetro láser sobre ellos resulta difícil.

El primer telémetro láser comercial fue el Barr & Stroud LF1, desarrollado en colaboración con Hughes Aircraft , que se comercializó en 1965. Posteriormente, apareció el Barr & Stroud LF2, que integraba el telémetro en una mira de tanque y se utilizó en el tanque Chieftain en 1969, siendo este el primer vehículo equipado con dicho sistema. Ambos sistemas utilizaban láseres de rubí . [ 3 ]

Modelado 3D

Este escáner LIDAR se puede utilizar para escanear edificios, formaciones rocosas, etc., y generar un modelo 3D. El LIDAR puede dirigir su rayo láser en un amplio rango: su cabezal gira horizontalmente y un espejo se desplaza verticalmente. El rayo láser se utiliza para medir la distancia al primer objeto en su trayectoria.

Los telémetros láser se utilizan ampliamente en el reconocimiento y modelado de objetos 3D, así como en una gran variedad de campos relacionados con la visión artificial . Esta tecnología constituye la base de los 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 diversos algoritmos para combinar los datos de distancia obtenidos desde múltiples ángulos de un mismo objeto y así generar modelos 3D completos con el menor margen de error posible. Una de las ventajas de los telémetros láser frente a otros métodos de visión artificial reside en que no requieren correlacionar características de dos imágenes para determinar la información de profundidad, como sí lo hacen los métodos estereoscópicos .

Los telémetros láser utilizados en aplicaciones de visión artificial suelen tener resoluciones de profundidad de 0,1 mm o menos. Esto se logra mediante técnicas de triangulación o medición por refracción, a diferencia de las técnicas de tiempo de vuelo utilizadas en LIDAR .

Silvicultura

Telémetro láser TruPulse utilizado para inventarios forestales (en combinación con la tecnología Field-Map ).

En silvicultura se utilizan telémetros láser especiales . Estos dispositivos cuentan con filtros antihojas y funcionan con reflectores . El rayo láser se refleja únicamente en el reflector, lo que garantiza una medición de distancia precisa. Los telémetros láser con filtro antihojas se utilizan, por ejemplo, para inventarios forestales .

Deportes

Los telémetros láser pueden utilizarse 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. Electronics, Nikon , Swarovski Optik y Zeiss . Muchos telémetros de Bushnell incluyen funciones avanzadas, como ARC (compensación de rango angular), capacidad de múltiples distancias, pendiente, JOLT (vibración al fijar el objetivo) y búsqueda de bandera. El ARC se puede calcular manualmente utilizando la regla del tirador , pero suele ser mucho más fácil si se deja que un telémetro lo haga durante la caza. En el golf, donde el tiempo es crucial, un telémetro láser resulta útil para determinar la distancia a la bandera. Sin embargo, no todas las funciones son 100% legales para los torneos de golf. [ 4 ] Muchos cazadores en el este de los EE. UU. no necesitan un telémetro, aunque muchos cazadores del oeste sí los necesitan, debido a las mayores distancias de tiro y a los espacios más abiertos.

procesos de producción industrial

Una aplicación importante es el uso de la tecnología de telémetros láser durante la automatización de los sistemas de gestión de existencias y los procesos de producción en la industria siderúrgica.

Herramientas de medición láser

Telémetro láser: Bosch GLM 50 C

Los telémetros láser también se utilizan en diversos sectores como la construcción, la renovación y el sector inmobiliario como alternativa 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 otra persona que la sujetara en la pared opuesta y una línea recta y despejada a través de la habitación para poder extenderla. Con una herramienta de medición láser, el trabajo puede ser realizado por un solo operador con solo una línea de visión. Si bien las cintas métricas son técnicamente precisas, las herramientas de medición láser son mucho más exactas. Estas herramientas suelen incluir la capacidad de realizar cálculos sencillos, como el área o el volumen de una habitación. Estos dispositivos se pueden encontrar en ferreterías y plataformas de venta en línea.

Precio

Los telémetros láser pueden variar de precio según la calidad y la aplicación del producto. Los telémetros de grado militar deben ser lo más precisos posible y 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. [ 5 ] [ 6 ]

Seguridad

Los telémetros láser se dividen en cuatro clases y varias subclases. Los telémetros láser disponibles para el consumidor suelen ser dispositivos de clase 1 o clase 2 y se consideran relativamente seguros para la vista. [ 7 ] Independientemente de la clasificación de seguridad, siempre debe evitarse el contacto directo con los ojos. La mayoría de los telémetros láser para uso militar superan los niveles de energía de la clase 2.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Boreman, Glenn. "Diseño de sistema de un telémetro láser pulsado" (PDF) . charlotte.edu . Universidad de Florida Central, Centro de Investigación en Electroóptica y Láseres . Consultado el 11 de marzo de 2023 .
  2. ↑ Siozos, Panagiotis; Psyllakis, Giannis; Velegrakis, Michalis (2022-11-02). "Un sensor lidar de onda continua basado en líneas de absorción de vapor de agua a 1,52 μm" . Remote Sensing Letters . 13 (11): 1164– 1172. doi : 10.1080/2150704X.2022.2127130 . ISSN 2150-704X . S2CID 252826003 .  
  3. ↑ Finlayson, DM; Sinclair, B. (enero de 1999). Avances en láseres y aplicaciones . Taylor & Francis. pág. 257. ISBN  9780750306324. Consultado el 21 de diciembre de 2025 .
  4. ↑ "¿Son legales los telémetros de golf para jugar en torneos?" . Archivado del original el 20/12/2021 . Consultado el 20/12/2020 .
  5. ↑ "Costo del telémetro láser" . OpticsPlanet . Consultado el 11 de abril de 2017 .
  6. ↑ "Comparador de precios LRF" .
  7. ↑ "Estándares y clasificaciones láser" . www.rli.com . Consultado el 11 de abril de 2017 .

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  • Breve descripción del telémetro de caza y sus tipos.