Tempo di volo e telemetria laser

Il tempo di volo e la telemetria laser misurano la distanza di un oggetto cronometrando il tempo che la luce impiega a raggiungerlo e tornare. È il principio dei telemetri laser e dei sensori di distanza a lungo raggio: un impulso o un segnale luminoso viene inviato verso il bersaglio, si riflette e torna, e dal tempo di andata e ritorno, conoscendo la velocità della luce, si calcola la distanza. A differenza della triangolazione, adatta alle brevi distanze, il tempo di volo permette di misurare distanze da qualche metro fino a centinaia di metri o più, il che lo rende ideale per rilievi, misure di livello, posizionamento e sicurezza. Capire il principio del tempo di volo aiuta a scegliere il metodo giusto per misurare distanze medie e grandi senza contatto.

Questa pagina spiega il principio del cronometraggio della luce, i metodi a impulso e a fase, e i pregi e limiti della telemetria laser. È una guida per il tecnico che misura distanze medie e grandi.

Cronometrare il viaggio della luce

Il principio del tempo di volo è semplice nella sostanza: la luce viaggia a una velocità nota e costante, quindi misurando quanto tempo impiega a percorrere un tragitto se ne ricava la lunghezza. Il telemetro invia verso il bersaglio un segnale luminoso, che si riflette sulla superficie e torna al sensore. Lo strumento misura il tempo di andata e ritorno e lo converte in distanza, dividendo per due perché la luce percorre due volte la distanza. La sfida tecnica è che la luce è velocissima, quindi anche per pochi metri i tempi sono minuscoli e servono elettroniche molto rapide e precise. Proprio perché il tempo cresce con la distanza, il metodo diventa più vantaggioso sulle distanze lunghe, dove i tempi sono più facili da misurare, al contrario della triangolazione che eccelle sul corto raggio.

Metodo a impulso e metodo a fase

Ci sono due modi principali di misurare il tempo di volo. Nel metodo a impulso lo strumento invia un breve lampo di luce e misura direttamente il tempo che passa fino al ritorno dell’eco luminosa: è semplice, adatto alle grandi distanze e a misure rapide, ed è il principio dei telemetri a lungo raggio. Nel metodo a fase lo strumento invia luce modulata in modo continuo e misura lo sfasamento tra il segnale emesso e quello che torna: questo sfasamento dipende dalla distanza e permette misure molto precise, soprattutto su distanze medie. Il metodo a impulso privilegia la portata, quello a fase la precisione. Molti strumenti scelgono l’uno o l’altro, o li combinano, in base all’applicazione. In entrambi i casi il fondamento resta lo stesso: la distanza si ricava dal tempo, diretto o tramite la fase, del viaggio della luce.

Metodo	Caratteristica
A impulso	Grande portata, misura rapida
A fase	Alta precisione su distanze medie
Comune	Distanza dal tempo di volo della luce

Pregi, limiti e applicazioni

Il grande pregio della telemetria laser è la capacità di misurare lunghe distanze senza contatto, in modo rapido e con un solo strumento puntato sul bersaglio. È usata nei rilievi e nell’edilizia, per misurare stanze, edifici e terreni; nella misura di livello di serbatoi e sili; nel posizionamento di carriponte, veicoli e macchine; e nella sicurezza, per rilevare la presenza di oggetti a distanza. Rispetto alla triangolazione, offre portata molto maggiore ma precisione minore sul cortissimo raggio. I limiti sono legati alla riflettività del bersaglio, alle superfici molto scure o inclinate che rimandano poca luce, e a condizioni ambientali come nebbia, pioggia o polvere che disturbano il raggio. Conoscendo questi aspetti, il tempo di volo è la tecnologia di riferimento per la misura di distanza a medio e lungo raggio.

• Misura lunghe distanze senza contatto.
• Metodo a impulso per la portata, a fase per la precisione.
• Usata in rilievi, livello, posizionamento e sicurezza.
• Dipende dalla riflettività del bersaglio.
• Sensibile a nebbia, pioggia e polvere.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili conta puntare bene il bersaglio, verificare che rifletta a sufficienza, e considerare le condizioni ambientali lungo il percorso del raggio. Su bersagli poco riflettenti si usano superfici o catarifrangenti dedicati per estendere la portata. La misura è accurata perché legata alla velocità della luce, ma la precisione dipende dal metodo e dalla qualità dello strumento. Documentare distanza, bersaglio e condizioni rende le misure confrontabili. Complementare alla triangolazione, che domina il corto raggio, il tempo di volo copre le distanze medie e grandi, completando la gamma delle tecniche di misura ottica della distanza senza contatto.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie laser e ottiche del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato alla triangolazione laser. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo i sensori laser di distanza fanno capo ai sensori laser di distanza e posizione, nella famiglia sensori di processo, velocità, lunghezza, distanza e colore. Se devi misurare distanze medie o grandi senza contatto, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.