Telémetro láser

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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 del 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 transmisor. Debido a la alta velocidad de la luz , esta técnica no es apropiada para mediciones submilimétricas de alta precisión, donde a menudo se utilizan en su lugar la triangulación y otras técnicas. Los telémetros láser a veces se clasifican como un tipo de lidar portátil sin escáner .

El pulso puede codificarse para reducir la posibilidad de que el telémetro se atasque . Es posible utilizar técnicas de efecto Doppler para determinar si el objeto se está acercando o alejándose del telémetro y, en caso afirmativo, a qué velocidad.

La precisión de un instrumento está relacionada 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 el aire difundirán la señal.
• Una temperatura más alta y una mayor presión (menor elevación) disminuyen ligeramente la velocidad de la luz a través del aire .
• Los objetivos más pequeños y menos reflectantes devuelven menos información.

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

A pesar de que el haz es estrecho, eventualmente se propagará a lo largo de grandes distancias debido a la divergencia del haz láser, así como a los efectos de centelleo y desplazamiento del haz, causados ​​por la presencia de gotas de agua en el aire que actúan como lentes que varían en tamaño desde microscópicos 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 los vientos transversales que sirven para empujar las burbujas de calor atmosférico lateralmente, 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 sin obstáculos.

Parte de la luz láser podría reflejarse en hojas o ramas que estén más cerca que el objeto, lo que daría como resultado un retorno prematuro y una lectura demasiado baja. Por otra parte, en distancias superiores a 360 m, si el objetivo está cerca de la tierra, puede simplemente 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.

La distancia entre el punto A y B está dada por

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

donde c es la velocidad de la luz y t es el tiempo necesario para el viaje de ida y vuelta entre A y B.

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

donde φ es el retardo 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,

${\displaystyle D={\frac {1}{2}}ct={\frac {1}{2}}{\frac {c\phi }{\omega }}={\frac {c}{4\pi f}}(N\pi +\Delta \phi )={\frac {\lambda }{4}}(N+\Delta N)}$

En esta ecuación, λ es la longitud de ondado/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. Si se conoce la velocidad de la luz y se mide con precisión el tiempo que tarda, se puede calcular la distancia. Se disparan muchos pulsos de forma secuencial y la respuesta promedio es la más utilizada. Esta técnica requierecircuitos de sincronización de subnanosegundos muy precisos.

Desplazamiento de fase de múltiples frecuencias : mide el desplazamiento de fase de múltiples frecuencias en la reflexión y luego resuelve algunas 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 - El método mide la atenuación de un haz 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 luz por absorción atmosférica requiere fuentes de luz incoherentes no moduladas y electrónica de baja frecuencia que reduce la complejidad de los dispositivos. Debido a esto, se pueden utilizar fuentes de luz de bajo costo para la determinación de distancias. 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 de los francotiradores y la artillería. También se pueden utilizar para reconocimiento militar e ingeniería. Por lo general, los tanques utilizan LRF para corregir la solución de disparo directo.

Los telémetros militares portátiles funcionan a distancias de entre 2 y 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 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 tienen interfaces por cable o inalámbricas que les permiten transferir los datos de sus mediciones 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 utilizan baterías estándar o recargables.

Los modelos más potentes de telémetros miden distancias de hasta 40 km y normalmente se instalan sobre un trípode o directamente sobre un vehículo, barco, avión a reacción, helicóptero o plataforma de artillería. En este último caso, el módulo de telémetro se integra con equipos de a bordo de visión térmica, nocturna y de observación diurna. Los telémetros militares más avanzados se pueden integrar con ordenadores.

Para que los telémetros láser y las armas guiadas por láser sean menos útiles contra objetivos militares, varias fuerzas armadas pueden haber desarrollado pintura que absorba el láser para sus vehículos. De todos modos, algunos objetos no reflejan muy bien la luz láser y usar un telémetro láser en ellos es difícil.

El primer telémetro láser comercial fue el Barr & Stroud LF1, desarrollado en asociación con Hughes Aircraft , que se comercializó en 1965. A este le siguió el Barr & Stroud LF2, que integraba el telémetro en una mira de tanque, y que se utilizó en el tanque Chieftain en 1969, el primer vehículo equipado con dicho sistema. Ambos sistemas utilizaban láseres 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 artificial . Esta tecnología constituye el núcleo 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 obtenidos desde múltiples ángulos de un único objeto a fin de producir modelos 3D completos con el menor error posible. Una de las ventajas que ofrecen los telémetros láser con respecto a otros métodos de visión artificial es que no es necesario correlacionar las características de dos imágenes para determinar la información de profundidad, como hacen los métodos estereoscópicos .

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

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

Los telémetros láser se pueden utilizar de forma eficaz en varios 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 vienen con funciones avanzadas, como ARC (compensación de rango de ángulo), capacidad de múltiples distancias, pendiente, JOLT (vibración cuando el objetivo está fijado) y búsqueda de pin. El ARC se puede calcular a mano utilizando la regla del tirador , pero normalmente es mucho más fácil si dejas que un telémetro lo haga cuando estás de caza. En el golf, donde el tiempo es lo 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 en 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 sistemas de gestión de existencias y 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 Leica Geosystems los introdujo por primera vez 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 más alejada y una línea clara y recta a lo largo de la habitación para estirar la cinta. Con una herramienta de medición láser, el trabajo puede ser completado por 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 generalmente incluyen 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 la 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 de clase 1 o 2 y se consideran relativamente seguros para los ojos. ^[8] Independientemente de la clasificación de seguridad, siempre se debe evitar el contacto directo con los ojos. La mayoría de los telémetros láser para uso militar superan los niveles de energía de la clase 2 del láser.

• Geodímetro
• Altimetría láser
• Designador láser
• Control de máquinas láser
• Escaneo láser
• Receptor de advertencia láser
• Lista de artículos sobre láser
• Imágenes de alcance
• Medición de distancia por láser por satélite

Medios relacionados con Telémetros láser en Wikimedia Commons

• [1] Una breve descripción sobre el telémetro de caza y sus tipos.