Принцип работы дальномера лазерного: Принцип работы лазерных дальномеров

Содержание

Принцип работы лазерных дальномеров

Измерение дальности охотничьим лазерным дальномером.

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

L = ct/2,

— где L — расстояние до обьекта,
— с — скорость распространения излучения,
— t — время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный.

Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10…150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта.

Наиболее популярные модели лазерных дальномеров для охоты среди наших покупателей:

Использование лазерных дальномеров в военных целях.

Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые опыты относятся к 1961г., а сейчас лазерные дальномеры используются в наземной военной техники (артиллерийские, танковые), и в авиации (дальномеры, высотомеры, целеуказатели), и на флоте. Эта техника прошла боевые испытания во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. В настоящее время ряд дальномеров принят в армиях ряда стран.

Первый лазерный дальномер XM-23 прошел испытание во Вьетнаме и был принят на вооружение в армии США. Он был рассчитан на использование передовых наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем являлся лазер с выходной мощностью 2.5Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко использовались интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Питание дальномера осуществлялось от батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24В, обеспечивающий 100 измерений дальности без подзарядки.

Один из первых серийных моделей — шведский дальномер, предназначенный для использования в системах управления бортовой корабельной и береговой артиллерии. Конструкция дальномера отличалось особой прочностью, что позволяло применять его в сложных условиях. Дальномер можно было сопрягать при необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режимом работы дальномера предусматривалось либо измерения через каждые 2с в течение 20с, либо через каждые 4 с в течение длительного времени.

С начала 70-х годов на зарубежных танках устанавливаются лазерные дальномеры. Установка лазерных дальномеров на танки сразу заинтересовала зарубежных разработчиков вооружения. Это объясняется тем, что на танке можно ввести дальномер в систему управления огнем танка, чем повысить его боевые качества. По сравнению с оптическими они имеют ряд преимуществ: высокое быстродействие, автоматизированный процесс ввода измеренной дальности в прицельные устройства, высокую точность измерения, малые размеры, вес и т. д. Для этого в США был разработан дальномер AN/VVS-1 для танка М60А. Он не отличался по схеме от лазерного артиллерийского дальномера на рубине, однако помимо выдачи данных о дальности на цифровое табло имел устройство, обеспечивающее ввод дальности в счетно-решающее устройство системы управления огнем танка. При этом измерение дальности могло производиться как наводчиком пушки так и командиром танка. Режим работы дальномера — 15 измерений в минуту в течение одного часа.

Лазерные дальномеры, установленные на современных танках, позволяют измерять дальность до цели в пределах от 200 м до 8 000 м (на американских и французских танках) и от 200 до 10 000 м (на английских и западногерманских танках) с точностью до 10 м. Большинство активных элементов лазерных дальномеров, устанавливаемых в настоящее время на танках и БМП западного производства, созданы на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент — кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+). Эти лазеры генерируют излучение на длине волны 1,06 мкм. Имеются также лазерные дальномеры в которых активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основой является кристалл окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3*. Лазеры на рубине генерируют излучение на длине волны 0,69 мкм.

В последнее время на зарубежных боевых машинах начали применяться лазерные дальномеры на углекислом газе. В СО2-лазере в газоразрядной трубке находится смесь, состоящая из углекислого газа (СО2), молекулярного азота (N,) и различных небольших добавок в виде гелия, паров воды и т. д. Активные центры — молекулы СО2. Преимущество лазера на двуокиси углерода заключается в том, что его излучение (длина волны 10,6 мкм) относительно безопасно для зрения и обеспечивает лучшее проникновение через дым и туман. Кроме того, лазер постоянного излучения, работающий на этой длине волны, может использоваться для подсветки цели при работе с тепловизионным прицелом.

Бурное развитие микроэлектроники обеспечило уменьшение массо-габаритных показатели лазерных дальномеров, что позволило создать портативные дальномеры. Весьма удачным оказался норвежский лазерный дальномер LP-4. Он имел в качестве модулятора добротности оптико- механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно визиром оператора. Диаметр оптической системы составляет 70 мм. Приемником служит портативный фотодиод. Счетчик снабжен схемой стробирования по дальности, действующий по установке оператора от 200 до 3000 м. В схеме оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения глаза от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса. Излучатель и приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели определяется до ~25 градусов. Аккумулятор обеспечивал 150 измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1кг. Дальномер был закуплен Канадой, Швецией, Данией, Италией, Австралией.

Портативные лазерные дальномеры были разработаны для пехотных подразделений и передовых артиллерийских наблюдателей. Один из таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в качестве источника излучения используется алюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1.5 МВт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов исключаются с помощью схемы стробирования по дальности. Источник питания — малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2кг.

Следующий этап военного применения лазерных дальномеров — их интеграция с индивидуальным стрелковым оружием пехотинца.

Примеров может служить штурмовая винтовка F2000 (Бельгия). Вместо прицела на F2000 может устанавливаться специальный модуль управления огнем, включающий в себя лазерный дальномер и баллистический вычислитель. Основываясь на данных о дальности до цели, вычислитель выставляет прицельную марку прицела как для стрельбы из самого автомата, так и из подствольного гранатомета (если он установлен).

Американская система OICW (Objective Individual Combat Weapon — объективное индивидуальное боевое оружие) является попыткой резко повысить эффективность вооружения пехотинца. В настоящее время разработка находится на стадии создания прототипов. Начало производства планируется на 2008 год, поступление на вооружение — на 2009 год. По текущим планам, на каждое отделение пехоты будет приходится по 4 OICW. OICW представляет собой модульную конструкцию, состоящую из трех основных модулей: модуля «KE» (Kinetic Energy), представляющего собой слегка модернизированную винтовку Хеклер-Кох G36; Модуля «HE» (High Explosive), представляющего из себя самозарядный 20мм гранатомет с магазинным питанием, устанавливаемый сверху на модуль «КЕ» и использующий для стрельбы общий с модулем «КЕ» спусковой крючок; и, наконец, модуль управления огнем, включающий в себя дневной/ночной телевизионный прицелы, лазерный дальномер и баллистический вычислитель, который автоматически выставляет в объективе прицельную марку в соответствии с дальностью до цели, а также используется для программирования дистанционных взрывателей 20мм гранат. Перед выстрелом по данным с лазерного дальномера взрыватель гранаты программируется на подрыв в воздухе на заданной дальности, чем обеспечивается поражение укрытых целей осколками сверху или сбоку. Определение дальности для дистанционного подрыва осуществляется путем подсчета оборотов, совершенных гранатой в полете.

На OPTICTOWN.RU Вы можете купить дальномер для охоты с бесплатной доставкой по России, позвонив по тел. +7 (905) 288-51-68.

Принцип работы лазерного дальномера

В ходе ремонта многочисленные промеры рулеткой и вычисления площади объектов требуют высокой концентрации и времени.

Справиться с этим помогают лазерные рулетки (дальномеры) — простые в эксплуатации приборы с высокой точностью измерения.

Они не только мгновенно определят расстояние, но и вычислят площадь, объем и другие характеристики объекта.

Принцип работы лазерного дальномера

Лазерный дальномер называют по-разному. Из-за умения измерять расстояние его окрестили электронной или лазерной рулеткой, хотя на самом деле традиционного для рулетки колеса в нем нет. Этим же объясняется и название лазерной линейки.

Дальномеры бывают импульсные и фазовые. Принцип действия импульсных дальномеров схож с принципом работы эхолотов. При включении лазерного дальномера в нем генерируется лазерный луч и посылается излучателем до объекта, например до ближайшей стены комнаты (в звуковых дальномерах генерируется ультразвук). Луч отражается от объекта и поступает в приемник устройства. По времени, которое проходит с момента передачи до приема луча, и определяется расстояние до объекта. Полученный сигнал обрабатывается микропроцессором умного устройства и передается на дисплей в понятном для восприятия виде. Фазовые дальномеры измеряют разность фаз волны (подробнее ниже).

Для проведения замера достаточно включить функцию лазерного луча, навести дальномер на объект и нажать кнопку измерения расстояния. Расчет площади, объема и прочих характеристик также происходит при нажатии на предусмотренные для этого кнопки.

Функции лазерных дальномеров

Определение расстояния из разных точек отсчета

У лазерного дальномера есть несколько точек отсчета, что связано с особенностями измерения. Луч лазера исходит из корпуса прибора, так что при измерении расстояния от одной стены до другой придется учитывать длину этого корпуса. Чтобы не пришлось вести такие подсчеты в уме, в дальномерах настраивается точка отсчета. Она ведется от заднего торца устройства, от переднего торца или от упорной скобы (при ее наличии). Когда нужно узнать точную длину объекта, скобу выдвигают на 90 градусов (фактически цепляют за край объекта). Если нужно мерить из угла, то скобу выдвигают на 180 градусов, ведь сам прибор строго в угол не поместится.

Измерение площади и объема

Для измерения лазерным дальномером площади прямоугольника нужно определить его длину, ширину и нажать на специальную кнопку. Прибор рассчитает площадь фигуры и выведет результат на экран. Для определения объема параллелепипеда придется измерить его длину, ширину и высоту. Некоторые электронные рулетки умеют измерять углы, площади и объемы более сложных фигур. Такие измерения помогут быстро определить площадь пола, потолка, стен или узнать объем конструкции. Последнее потребуется, например, при строительстве бассейна или установке кондиционера, когда нужно знать объем воздуха кондиционируемых комнат. В некоторых приборах есть специальная функция маляра, которая складывает длины стен помещения и умножает на высоту, чтобы узнать общую площадь окрашиваемого или оклеиваемого обоями помещения.

Непрерывные измерения

У лазерных рулеток есть один минус по сравнению с обычными рулетками. В то время как мерной лентой легко отступить от стены на заданное расстояние, лазерной линейке нужна поверхность, от которой отразится луч. Для решения этой проблемы придумана функция непрерывных измерений. То есть если нужно отступить от стены, положим, на полтора метра, нужно включить эту функцию и постепенно отходить от стены. В это время прибор будет делать промеры через 1 секунду (зависит от настроек), что поможет отступить на точно заданное расстояние.

Измерения на основе вычислений

Если длину линии по каким-то причинам измерить прибором не получается, можно рассчитать ее по определенным формулам. Представим, что у помещения наклонная крыша. Тогда для определения длины наклонной линии понадобится не прямоугольник, а трапеция. Измерить три линии этой трапеции дальномером труда не составит, в то время как длину четвертой линии прибор рассчитает сам по функции трапеции.

Аналогично рассчитывается и высота до объекта, если напрямую измерить ее затруднительно. Тогда измеряется расстояние до этой точки по диагонали (гипотенуза) и по горизонтали (первый катет). По известной со школьного курса геометрии теореме Пифагора прибор рассчитает вертикаль (второй катет). Такой расчет возможен только для прямоугольных треугольников, то есть в случае вертикальных, а не наклонных поверхностей.

Определение минимума и максимума

Определить с помощью лазерной рулетки длину диагонали большой комнаты не так-то просто, поскольку нужно четкое попадание из угла в угол. Режим максимума помогает снизить риск ошибки и предполагает проведение нескольких последовательных замеров. Прибор ориентируется на первый замер и считает его наименьшим. Если при последующих замерах найдется большее значение, то оно и будет считаться длиной диагонали. Это делается из соображений, что длина диагонали всегда является наибольшей величиной из всех возможных длин помещения.

Режим минимума аналогичен предыдущему и снижает риски измерить расстояние не строго под прямым углом, а по диагонали. Например, нужно измерить расстояние от пола до потолка. Тогда в режиме минимума прибор найдет наименьшее из всех измеренных значений.

Виды лазерных дальномеров

По назначению лазерные дальномеры делят на бытовые и профессиональные. Первые чаще всего имеют небольшую (до 10 м) или среднюю (до 50 м) дальность измерения, и ограниченный функционал. Профессиональные электронные рулетки способны измерять расстояния более двухсот метров, имеют широкий набор функций и могут работать в сложных погодных условиях. Большая дальность необходима при возведении крупных объектов, измерении территории и в других случаях.

По области применения лазерные рулетки делятся на разные категории. Есть дальномеры для промышленности, военной сферы, геодезии, строительства. Есть гаджеты для рыбалки, охоты и даже для гольфа! Они отличаются друг от друга как по внешнему виду, так и по набору функций, так как призваны решать разные задачи. Например, качественный лазерный дальномер для охоты ориентирован на работу в условиях дождя, пыли, высокой влажности, мороза, умеет игнорировать траву, ветки деревьев и рассеянные в воздухе частицы вроде снежинок или дождинок.

По принципу работы бывают импульсные дальномеры и фазовые. Импульсные содержат встроенный таймер, с помощью которого определяют время отражения луча от объекта. На основании времени и скорости света рассчитывается расстояние. У импульсных лазерных рулеток мощный лазер, так что они могут измерять значительные расстояния, но обладают меньшей точностью по сравнению с фазовыми. Снижение точности связано с тем, что на расстоянии даже в несколько сот метров световой луч отражается слишком быстро (скорость света 300 тыс. км/с), что требует сверхточного таймера. Свое название импульсные рулетки получили из-за того, что в них луч лазера посылается импульсами.

В фазовых лазерных дальномерах луч посылается постоянно и модулируется сигналом определенной частоты. Отраженная от объекта волна фиксируется фотоприемником. Волна посылается в одной фазе, а отражается в другой, так что разность фаз и позволяет вычислить расстояние до объекта. Фазовые рулетки более точны, но из-за постоянной работы лазера теряют в мощности луча, потому используются в основном для измерения на небольших расстояниях.

Как выбрать лазерный дальномер

При выборе лазерного дальномера советуем определиться с теми задачами, для которых он приобретается. От этого будут зависеть и характеристики гаджета.Максимум и минимум измерений. Для дома подойдет лазерная линейка с дальностью до 30 метров. Но для измерений на улице или в больших помещениях имеет смысл покупать прибор с высоким максимумом (100 и более метров). Минимум связан с тем, что лазерный дальномер не может измерять маленькое расстояние, как обычная линейка. У одних приборов этот показатель составляет около полуметра, у других — только пять сантиметров (чем дороже, тем шире шкала измерений).

Количество точек начала отсчета. Отсчет можно вести от верхнего края электронной рулетки, нижнего края и скобы (см. выше). Чем больше точек отсчета, тем точнее измерения.

Функционал. Помимо функциональных возможностей (расчета площади, объема, непрерывных измерений, сохранения измерений в память и пр.) советуем обратить внимание и на наличие автоотключения, жидкостного уровня для точной установки прибора, возможности установки на штатив, наличие дополнительных функций (уклономера, видоискателя, цифрового уровня и пр.).

Длина волны и класс лазера. Чем короче длина волны, тем лучше видно луч. Измеряется эта величина в нанометрах. Класс лазера характеризует его мощность и безопасность для глаз. Чем выше класс, тем мощнее луч. Его лучше видно в сложных условиях, но и опасность повреждения глаз при попадании в них лазерного луча возрастает. Безопасным и наиболее распространенным считает второй класс, в то время как использовать дальномер с лазером третьего класса рекомендуется только в защитных очках.

Другие характеристики. Среди них диапазон рабочих температур, подсветка и звуковая индикация, комплектация (наличие USB-зарядки, штатива, сумки, ремешка, адаптера), степень защиты от ударов, влаги и прочего и габариты прибора.

Лазерные дальномеры — устройства для измерения расстояния с широкой сферой применения

Дальномеры при работе постоянно излучают сигнал, частота которого не превышает 500 МГц. Волна имеет неизменную длину (500-1100 нанометров). Фотоприёмник принимает отражающийся от объекта импульс. Расстояние определяется на основании расчёта разницы между изначальной и конечной фазами сигнала. Такие приборы обеспечивают высокую точность измерений при удалённости объекта не более 1 км.

Сфера применения

Строительство.

Некоторые виды геодезических работ.

Сканеры.

Робототехника.

Навигация.

Геодезия.

Военное дело.

Астрономия и т.д.

Характеристики прибора

Вне зависимости от того, какими дополнительными опциями оснащён лазерный дальномер, он обладает следующими характеристиками:

Диапазон измерений (показывает максимальное расстояние, на котором прибор может измерить параметры объекта с точностью, заявленной производителем. У современных моделей этот показатель достигает 100 м).

Точность (допустимая погрешность в измерениях. Обычно находится в пределах 3 мм).

Питание. Обычно осуществляется от элементов АА или ААА (так называемых «пальчиковых» или «мизинчиковых» батареек). Некоторые модели питаются от аккумуляторов или элементов питания нестандартных типов, однако лучше выбрать прибор на классических батареях, которые без труда можно найти в магазине.

Масса. Современные компактные дальномеры весят до 150 грамм. Более тяжёлые модели неудобны в использовании, особенно если с прибором приходится работать постоянно.

Дополнительные функции

Наиболее популярными являются следующие дополнения:

Уровень (с его помощью можно определить отклонения плоскостей по вертикали и горизонтали).

Угломер (в совокупности с уровнем позволяет производить одновременно несколько измерений).

Защита от пыли и влаги. Дальномеры являются точными электронными устройствами. Попадание внутрь пыли или влаги может привести к выходу его из строя. Защищёнными корпусами оснащаются практически все современные модели. Однако если прибор планируется эксплуатировать в неблагоприятных условиях, рекомендуется выбрать вариант с повышенной защитой. Дополнительно можно приобрести специальный чехол.

Подсветка. Даже на дорогостоящих моделях со множеством дополнительных опций иногда можно встретить монохромный дисплей и клавиатуру без подсветки. Такие приборы не очень удобны в эксплуатации. Лучше выбрать устройство с активируемой либо постоянной подсветкой и цветным дисплеем.

Дальномер, оснащённый этой функцией, можно подключить к смартфону, планшету или ноутбуку для сохранения, анализа и передачи данных. Если выполнять все эти действия вручную, темп работы существенно снизится.

Критерии выбора лазерного дальномера

Главное, чтобы прибор мог справиться с поставленной задачей. Чтобы не ошибиться, рекомендуется обратить внимание на несколько важных факторов.

Место проведения измерений

При ярком солнечном свете лазерный луч можно визуально распознать на расстоянии до 10 м. Для замеров на более дальних дистанциях в дальномер должен быть встроен оптический или цифровой визир. При работе на больших открытых площадках следует выбирать устройства с повышенной дальностью и точностью. В помещениях можно использовать любую модель.

Точность и диапазон

Стандартные дальномеры обеспечивает точность 1-3 мм на расстоянии от 50 см до 100 м.

Условия

Уровень защиты большинства современных дальномеров — IP54. Первая цифра обозначает степень пыленепроницаемости. Показатель 5 говорит о том, что попадание пыли внутрь корпуса в малых количествах не исключается, однако работе прибора это не помешает.

Вторая цифра – защита от влаги. Дальномер с уровнем 4 вряд ли выдержит полное погружение в воду, однако вполне может работать под дождём и брызгами.

В большинстве случаев таких параметров бывает достаточно для бесперебойной работы устройства. Однако если на площадке в большом количестве присутствует мелкая пыль или на прибор может попасть вода, рекомендуется выбрать модель с усиленной защитой либо купить специальный чехол.

Устройство лазерного дальномера

Лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний.

Работа этого прибора основана на следующем принципе: он посылает лазерный сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, измеряет время его прохождения и относительно него высчитывает расстояние до объекта.

Большинство современных дальномеров имеет компактную форму и удобны в применении.

Чтобы пользоваться таким устройством, не нужно особых умений.

Основные элементы строительного дальномера

Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.

Оптический отражатель — принимает отражённый луч.

Компьютерный преобразователь или микропроцессор.

Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.

Фиксатор дальномера.

Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.

Пузырьковый уровень.Строительный лазерный дальномер: выбор и эксплуатацияПузырьковый уровень, встроенный в лазерный дальномер, позволяет устанавливать прибор ровно на поверхности

В строительных лазерных дальномерах есть блокнот и калькулятор. Прибор сам будет производить вычисления и сохранять данные в памяти.

Виды дальномеров

По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

Фазовые измерители

Фазовые дальномеры имеют не очень большую дальность действия, но они намного точнее в силу принципа своей работы и дешевле из-за того, что в них не встраивают дорогой сверхточный таймер.

Фазовый дальномер работает на небольших расстояниях, но имеет хорошую точность и низкую цену

Принцип работы дальномеров такого типа заключается в том, что лазерная волна посылается на объект с одной фазой, а отражаясь, возвращается с другой. Рассчитав сдвиг фаз, прибор определяет расстояние до объекта. Благодаря такому принципу работы измерения фазовым дальномером имеют высокую точность. При необходимости работы на расстояниях, превышающих длину излучаемой волны, прибор посылает сигнал несколько раз, изменяя частоту модуляции. Затем процессор устройства определяет точное расстояние до цели путём решения системы линейных уравнений.

Импульсные измерители

Импульсный дальномер состоит из детектора излучения и импульсного лазера. Он вычисляет расстояние до объекта путём умножения времени прохождения луча на величину скорости света. Импульсные измерители работают на гораздо больших расстояниях, чем фазовые, благодаря более высокой мощности излучаемого импульса. Такие дальномеры часто применяют для военных прицелов.

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

С помощью лазерной рулетки можно рассчитать объём, вычислить площадь помещения, замерить сложные недоступные отрезки, определить длину ската крыши и угол его наклона, найти площадь стены с наклоном у потолка, а также её диагональ.

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

Подсветка.

Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.

Визир — специальное устройство, приближающее точку, до которой ведётся измерение. Функция работает аналогично цифровому увеличению (зуму) на видеокамерах и особенно актуальна для работы на больших расстояниях.

Дисплей с цветным экраном.

Измеритель температуры воздуха. Допустимые погодные условия для использования каждого прибора указаны в инструкции. В любом случае при работе на морозе необходимо дать устройству некоторое время на адаптацию к окружающей температуре.

Датчик для измерения наклона в пределах до 45°. Он нужен для проведения расчёта угла ската крыши, наклона навеса и других аналогичных операций. Лазерный дальномер со встроенным датчиком измерения угла наклона позволяет вычислять расстояния на криволинейной поверхности

Индикатор уровня зарядки батареи.

Функция Bluetooth.

Трекинг — непрерывное измерение расстояний. При перемещении дальномера трекинг производит замеры не один, а несколько раз с определённой периодичностью и показывает получаемые результаты. Такая опция необходима для того, чтобы отмерить нужную длину конструкции или помещения.

Различные математические функции.

Работа с лазерной рулеткой

Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.

Включить дальномер при помощи специальной кнопки.

Выбрать нужную точку отсчёта. Во многих моделях для удобства встроена возможность выбора точки — от передней части корпуса прибора или от задней. Такая функция нужна для определения расстояния без учёта размеров корпуса. Некоторые устройства также оснащены специальными скобами, позволяющими проводить измерения в неудобных местах. Точку отсчёта в них можно выбрать от края корпуса либо от самой скобы.

Выбрать необходимые единицы измерения.

Начать измерения, нажав функциональную кнопку.

Просмотреть результат на дисплее прибора.

Например, если нужно определить расстояние от одной стены до другой, необходимо провести следующие действия:

Установить прибор на одной стене.

Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.

Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.

Включить функцию начала замеров.

Посмотреть полученные результаты на экране. Для того чтобы измерить необходимое расстояние, нужно приложить прибор к стене и нажать функциональную кнопку — все остальные действия прибор произведёт сам.

Для получения более точных расчётов не рекомендуется держать прибор в руках при измерении. Запрещается направлять лазерный луч прибора в лицо, потому что он может обжечь сетчатку глаза.

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

Лазерную рулетку следует эксплуатировать согласно технической инструкции.

Нельзя допускать попадания влаги и грязи в прибор, а также перегрева и переохлаждения дальномера.

Необходимо беречь прибор от падения и ударов.

Проводить ремонт дальномера следует только в специальных мастерских.

Хранить лазерный дальномер рекомендуется в специальном чехле.

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

Схема работы лазерного дальномера

Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.

Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.

Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.

Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.

Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.

Уровень, с помощью которого прибор можно строго выставить в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Дополнительные функции

Применяемая в составе лазерных дальномеров микроэлектроника позволяет не только выполнять прямые замеры. Многие устройства подобного типа обладают некоторыми дополнительными функции, к которым можно отнести:

1. Функция непрерывного измерения. При работе в обычном режиме дальномер при нажатии кнопки на пульте фиксирует результат и выводит его на монитор. Но, довольно часто, возникает необходимость в проведении постоянного измерения расстояния, например, от стены до будущей перегородки. Для этого прибор переводят в режим непрерывного измерения. В таком режиме работы, устройство с некоторой частотой самостоятельно выполняет замер и показывает их результаты на монитор. Измерение проходит в реальном режиме времени.

2. Определение наибольшего и наименьшего расстояния. Эта функция полезна при определении диагонали в комнате. Дело в том, что выполнить ее замер не так и просто при направлении лазерного луча можно промахнуться и в результате будут получены неточные результаты. После установки на приборе минимального расстояния, он будет фиксировать только те замеры, которые больше установленной.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 6 чел.
Средний рейтинг: 3.8 из 5.

Ошибки и поверка лазерного дальномера

Главная »
Статьи и полезные материалы »
Бинокли, зрительные трубы и дальномеры »
Статьи о биноклях и зрительных трубах »
Принцип работы лазерного дальномера

Все лазерные дальномеры работают по одной схеме. Внутри прибора расположен излучатель, который по нажатию кнопки испускает лазерный луч. Этот луч преодолевает расстояние до объекта, отражается от него и возвращается обратно во встроенный приемник дальномера. Прибор фиксирует время, которое понадобилось лучу на возвращение, и по специальной формуле высчитывает расстояние. Таков принцип работы любого лазерного дальномера.

В зависимости от модели можно проводить измерения на разном удалении от объекта. Например, дальность действия простой лазерной рулетки обычно не превышает 50 метров, а профессиональный дальномер для охоты может эффективно работать и на расстоянии свыше 1000 метров. Погрешность лазерного дальномера тоже во многом зависит от расстояния и класса прибора. Чем расстояние больше, тем погрешность выше. На малых же расстояниях погрешность может быть крайне малой.

Но если погрешность – это нормированная величина, которая указана в технических характеристиках, то ошибки лазерного дальномера – уже отдельная история, которую нельзя игнорировать. Если прибор стал показывать значения вне допустимой погрешности или выполнять неправильные расчеты по формулам, стоит его поверить. И желательно это делать не самостоятельно, а в сертифицированном метрологическом центре.

Поверка лазерного дальномера позволит уточнить рабочие характеристики прибора и покажет, можно ли продолжать его использовать или следует провести ремонт. Если дальномер не подлежит ремонту, приобрести новый можно в нашем интернет-магазине в этом разделе.

4glaza.ru
Октябрь 2020

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Смотрите также

Другие статьи о биноклях, монокулярах и зрительных трубах:

Обзор бинокля Levenhuk Sherman 10×50 в блоге masterok.livejournal.com
Обзор зрительной трубы Levenhuk Blaze 70 PLUS на сайте prophotos.ru
Видео! Монокуляр Bresser Topas 10×25: видеообзор серии компактных монокуляров (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Видеообзор монокуляра ночного видения Bresser National Geographic 5×50 (канал Kent Channel TV, Youtube. ru)
Видео! Видеообзор биноклей Levenhuk: Karma PLUS 8×25, Karma PLUS 10×25, Sherman PRO 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Как выбрать бинокль: практические советы для охотника, рыболова и туриста (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Видеообзор водозащищенного бинокля Levenhuk Karma PRO 10×50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Бинокль Levenhuk Atom 10–30×50: видеообзор и сравнение с Veber Omega БПЦ 8–20×50 WP (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Бинокль для кладоискателя: сравнение Levenhuk Atom 7×35, Levenhuk Karma PLUS 8×32 и Bresser Travel 8×22 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Бинокли для охоты: сравнение Levenhuk Atom 10×50 с БПЦ2 12х45 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Бинокли Bresser Travel 10×32 и Levenhuk Atom 7×50: сравнение двух моделей (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Как выбрать бинокль: советы и решения (канал Kent Channel TV, Youtube. ru)
Видео! Обзор монокуляра Levenhuk Wise PLUS 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Обзор бинокля Bresser Hunter 8×40 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Обзор яркой серии биноклей Levenhuk Rainbow 8×25 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
Видео! Монокуляры Levenhuk Wise PLUS: видеообзор серии монокуляров (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
Видео! Видеообзор Дмитрия Пучкова на сайте oper.ru: «В цепких лапах 80: бинокль Levenhuk Vegas 8×32» (на сайте Oper.ru)
Видео! Что такое зрительная труба и как ее изобрели (канал GetAClassRus, Youtube.ru)
Театральные бинокли: история появления и современные технологии
Обзор биноклей Levenhuk серии Energy PLUS
Приятное с Полезным. Тест биноклей Nikon Action 12х50 CF и Nikon Action 10-22х50 CF
Лазерный меч твоей винтовки
Дальномер вам в помощь!
Бинокль для понедельника. Бинокли Nikon со стабилизацией изображения StabilEyes 14×40 / 12×32 / 16×32
Ваша светлость. Охотничьи бинокли Никон
Почувствуй себя микадо, почувствуй себя императором
Лазерный дальномер Nikon LRF 1000A S
Ваша светлость. Бинокли и дальномеры Nikon
Зрительная труба Nikon Fieldscope ED 82 WP с окуляром 75X82 WIDE DS
Как выбрать бинокль
Как ухаживать за биноклем
Как работает бинокль
Типы биноклей
Выбираем футляр для бинокля
Как сделать бинокль своими руками
Бинокли Второй мировой войны
Бинокль с тепловизором
Адаптер для бинокля: на штативе смотреть удобнее!
Можно ли брать бинокль на стадион?
Гражданские и военные бинокли СССР
Бинокли Сваровски: цены, особенности, репутация
Сравнение биноклей: изучаем рейтинги или оцениваем самостоятельно?
Расшифровка цифр на бинокле
Характеристики биноклей: как выбрать идеальный оптический прибор
Походный бинокль: какой лучше для охоты, путешествий и прогулок?
Отечественные бинокли: Россия и производство оптической техники
Фокус бинокля: как настроить правильно?
Японские бинокли: отзывы, цены, особенности
Юстировка бинокля своими руками
Цифровой бинокль-фотоаппарат: купить или не купить?
Наглазники для бинокля: купить с выдвижными или со складывающимися?
Что такое инфракрасный бинокль?
Тактический бинокль – стоит ли его покупать?
Бинокли белорусского производства
Бинокль: схема устройства
Бинокли со стабилизацией изображения: цена и особенности
Бинокль переменной кратности: купить или нет?
Бинокль с лазерным дальномером
Самый дальнобойный бинокль, который выпускали в СССР
Как выбрать профессиональный бинокль
Лучшие бинокли мира
Бинокль с камерой
Бинокль с автофокусом: купить или нет?
Мощный бинокль с зумом
Что делать, если бинокль двоит?
Как сделать бинокль из бумаги
Что такое призматический бинокль?
Зачем нужна призма Аббе?
На что влияет диаметр выходного зрачка в бинокле?
Просветление объективов оптических систем
Цифры на бинокле – зачем нужны и о чем говорят
Окулярная насадка «Турист»
Бинокль призменный: Yukon и другие
Бинокль «Фотон-7»
Зрительная труба Галилея: принцип действия
Диаметр входного зрачка
Лучшие светосильные объективы
Где найти обзоры биноклей Veber?
Где найти обзоры зрительной трубы Veber?
Знакомьтесь – зрительная труба Veber MAK1000х90!
История создания бинокля
Способы определения дальности до цели
Определение расстояний биноклем
Рубиновое покрытие
Поле зрения биноклей
Какие выбрать стекла бинокля
Чем занять детей дома?
Чем заняться на карантине дома?
Чем заняться школьникам на карантине?
Обзор зрительных труб: как выбрать?
О чем говорят характеристики зрительной трубы?
Какие бывают объективы зрительных труб?
Бинокль с ночным видением и дальномером: цена и возможности
Бинокль ночного видения своими руками
Военные бинокли ночного видения
Что такое глобус политический с подсветкой?
Какой глобус купить ребенку – физический или политический?
Кто изобрел подзорную трубу?
Все об интерактивном глобусе Oregon Scientific SG18
Зачем нужен датчик лазерного дальномера?
Прибор ночного видения: отзывы владельцев
Прибор ночного видения: характеристики и возможности
Как проводить измерения лазерным дальномером?
Как включить прибор ночного видения?
Как сделать очки ночного видения?
Основное о выборе монокуляра
Как пользоваться лазерным дальномером?
Как работает тепловизор?
Делаем домашний планетарий своими руками
Какой купить металлоискатель для поиска монет?
Какой фонарик лучше купить?
Встроенный автомобильный GPS-навигатор
Выбираем фонарик для охоты, рыбалки и похода
Самый мощный монокуляр: увеличение
Тепловизионный монокуляр для охоты
Монокуляры с большой кратностью
Обзор лучших монокуляров
Хороший недорогой монокуляр
Как выбрать призменный монокуляр
Монокуляр с дальномером для охоты
Очки ночного видения для охоты
Очки ночного видения для детей
Инфракрасные очки ночного видения
Лазерный дальномер: описание прибора
Делаем лазерный дальномер своими руками
Принцип работы лазерного дальномера
Существует ли рейтинг GPS-навигаторов?
Где посмотреть рейтинг лазерных дальномеров?
Рейтинг монокуляров: как правильно подготовиться к покупке прибора
Устройство прибора ночного видения
Цифровой GPS-компас: купить или не нужно?
Что лучше – бинокль или монокуляр?

Принцип работы цифрового дальномера и его особенности

Дальномеры — это приборы для установления расстояния между объектами. Приборы применяются геодезистами и повышения резкости фотографий, а также в системах бомбометания и прицельных приспособлениях. Принцип работы заключается в измерении времени, затрачиваемого сигналом на прохождение расстояния до определённого объекта и в обратную сторону. Скорость, с которой распространяется сигнал, в частности звук или свет, известна по умолчанию. Есть пассивные дальномеры, которые работают по принципу вычисления высоты равнобедренных треугольников, которые противолежат острым углам. Исследователь имеет одну постоянную величину и переменную, которую надо измерить.

Принцип работы лазерных дальномеров

Наиболее распространены цифровые лазерные дальномеры с разным уровнем мощности. Дальность действия прибора определяется яркостью излучателя и может варьироваться в пределах 20 – 150 метров. Устройство может измерять расстояние до конкретных точек, от которых отражается тончайший лазерный пучок. Это особенно актуально при получении детальной информации о расстоянии до объектов с рельефной поверхностью, таких как скалы. Есть более мощные приборы, способные измерять расстояние на несколько сотен метров, которые надо обязательно закреплять на штатив, поскольку малейшая дрожь рук приведёт к увеличению погрешности и получению неточных данных. Есть ряд факторов, также влияющих на точность проводимых измерений:

Потеря чувствительности при ярком солнце.

Увеличение погрешности во время тумана.

Принцип работы ультразвуковых приборов

Ультразвуковые дальномеры оснащаются передатчиком, испускающим импульс на частоте 40 кГц. Происходит распространение звуковых волн, которые достигая объекта, отражаются от него. Специальный приёмник улавливает отражённый сигнал, микроконтроллер определяет время задержки, которое прошло с момента отправки сигнала и до получения отражённого звука.

Внимание! Солнечный свет, а также цвет материала, из которого сделана поверхность исследуемого объекта, никак не влияют на точность показаний прибора.

Проблемы при исследовании возникают, если поверхность сделана из мягкого материала, например, шерсти, ткани.

Особенности лазерных цифровых дальномеров

Если нужно измерить расстояние в пределах 0 – 120 метров, то покупают лазерные приборы RangeLiner DAL-120C. Погрешность устройства всего 2 мм при разрешении 1 мм. Прибор оснащён лазером второго класса, мощность которого составляет 1 мВт при длине волн 635 нм. Характерно, что можно проводить измерения не только от задней, но и от передней стенки прибора. Допускается проведение разовых и серийных исследований, последние актуальны, когда речь идёт о поверхностях с разой удалённостью от точки отправления сигнала.

Особенности ультразвуковых цифровых дальномеров

Меньший диапазон измерений ультразвуковых устройств, таких как RangeLiner RMU-20, способных определить расстояние в диапазоне 3 – 18 метров при погрешности 0.5% с разрешением 5 мм. Характерная особенность устройства заключается в возможности измерять высоту кабельных линий с шестью проводами одновременно. Аппарат работает с британской и метрической системой. Функционал позволяет в автоматическом режиме компенсировать температуру для повышения точности измерений. Предусмотрен механизм энергосбережения, заключающийся в автоматическом отключении устройства в случае двухминутного бездействия. Предусмотрена подсветка дисплея, упрощающая считывание результата в условиях недостаточной видимости. Управление осуществляется клавиатурой, позволяющей задавать нужные параметры для проведения исследований.

Применяя дальномеры всех типов, надо следовать ряду рекомендаций:

исключить факторы, которые негативно влияют на точность работы устройства;

выполнить калибровку аппарата после длительного простоя;

предотвратить возникновение вибраций при проведении исследований.

Правильный выбор и учёт всех особенностей прибора позволит оперативно проводить нужные измерения и получать данные с минимальными отклонениями.

Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми) дальномерами

Научная библиотека
24.04.2018
, by Press

С.В. Смолич, А.Г. Верхотуров. // ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ. 2009

Лазерные дальномеры (лазерные рулетки) — современные электронно-оптические приборы, используемые для определения дальности до любого предмета на местности. Погрешность измерений зависит от конструкции прибора и может колебаться от метра до одного миллиметра.

В зависимости от модели прибора, дальномеры могут производить вычисления объемов и площадей помещений, а так же иметь различный набор сервисных функций.
Принцип работы большинства лазерных дальномеров основан на измерении разности фаз отраженного от предмета, до которого измеряется расстояние, лазерного импульса и излученного

Метод измерения разности фаз работает по принципу наложения на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в излучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опорного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фазы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем многократных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов определено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.

Для вычисления расстояний в импульсном методе определяется точное время прохождения импульса до цели и обратно. Импульсный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к цели. Эти импульсы отражаются от цели и возвращаются к инструменту, где при помощи электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Скорость прохождения света сквозь среду может быть точно определена. Поэтому, зная время прохождения, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Каждый импульс — это однократное измерение расстояния, но поскольку каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точность измерений. На рис. 3.7. показано распределение измерений с помощью импульсного дальномера.

В ходе измерения делается около 20 000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для получения более точного значения расстояния.

Точность обычных импульсных дальномеров обычно несколько ниже, чем у фазовых (до 10 мм).
Лазерная рулетка — это компактный прибор. Он прост в использовании; имеет противоударный, пыле- и влагозащитный корпус для работы в любых условиях. Лазерные дальномеры помогают производить замеры в неудобных местах и из углов помещений. Прибор может оснащаться большим количеством дополнительных аксессуаров и принадлежностей, таких как алюминиевые штативы, отражатели, интерфейсные кабели, оптические визиры и т. д.

Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели лазерного дальномера.
Лазерный дальномер часто называют лазерной рулеткой, потому что он заменил традиционную рулетку во многих отраслях бизнеса и производства. Вычисление площади и объема, сложение и вычитание — эти функции лазерного инструмента стали привычными. Более совершенные модели оснащены такими функциями, как замер угла наклона, вертикального, горизонтального или наклонного расстояния и т.п. Лазерная линейка, измеритель лазерный, измеритель расстояния и дальности — это все синонимы, которые часто используют люди для описания функций лазерного дальномера. Законодателем мод в этом сегменте много лет является швейцарская компания Leica Geosystems, которая выпускает дальномеры как под своим именем, так и для известнейших торговых марок.

Лазерные дальномеры имеют дальность действия, которая в большей мере зависит от окружающего освещения и отражающей способности визируемой поверхности. Измерения в помещениях обычно не вызывает проблем. Труднее под открытым небом: при слепящем солнечном свете крошечную лазерную точку трудно рассмотреть обычно уже на расстоянии 10 м. Повышают распознаваемость красные очки, улучшающие видимость лазерного луча. С другой стороны, отраженный сигнал может быть настолько слабым, что его уже нельзя будет обработать с нужной степенью точности. В этом случае вместо результата измерений лазерные дальномеры выдают сигнал ошибки.

При измерении больших расстояний до 500 м в яркий солнечный день лучше применять импульсные дальномеры с инфракрасным излучателем. Они обычно снабжены оптическими визирами, т.к. излучаемые ими импульсы находятся в невидимой для человеческого глаза части спектра. Однако точность измерения такими дальномерами существенно ниже и составляет 0,1 -0,5 м. На рис. 3.8. представлен дальномер, снабженный двумя лазерными излучателями и использующий оба способа измерения расстояний — импульсный и фазовый.

Источник: https://texts. news/geodeziya_1561/printsipyi-izmereniya-rasstoyaniy-lazernyimi-67987.html

Поделиться ссылкой:

Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться в Google+ (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)

Похожие записи

« Предыдущая статья
Лазеры и гель на водной основе обеспечат алтарю из Римини светлое будущее

Следующая статья »
Лазерные ловушки сталкивают атомы натрия и цезия между собой

Лазерная рулетка: принцип работы, устройство, возможности, выбор

Читайте в этой публикации:
Лазерная рулетка: устройство и принцип работы
Как выбрать лазерную рулетку: возможности решают все
Как выбрать лазерный дальномер: на что обратить внимание

Семь раз отмерь – один отрежь. Так гласит народная мудрость, позволяющая выполнять работы по изготовлению чего-либо точно и без погрешностей. Именно для этого и был создан такой измерительный инструмент, как рулетка – за время своего существования она претерпела ряд значительных изменений. В старину она представляла собой обычную палку-мерялку, в век механики она приобрела вид скрученной ленты, а в наш век электроники она представляет собой небольшой приборчик, работающий по принципу отражения сфокусированного светового потока (лазерного луча). Лазерная рулетка отличается высокой точностью и широкими возможностями, о которых пойдет разговор в данной статье. Вместе с сайтом stroisovety.org мы разберемся с устройством и принципом работы данного измерительного инструмента, изучим его возможности и критерии выбора.

Как выбрать лазерную рулетку фото

Лазерная рулетка: устройство и принцип работы

Принцип работы лазерного дальномера (рулетки) довольно простой и основан он на способности твердых тел отражать сигналы различного типа – практически так же работает и масса других подобных приборов. Например, эхолот или металлоискатель – разница между ними заключается только в типе используемого излучения. В случае с дальномером используется сконцентрированный световой поток, именуемый лазерным лучом. Специальный излучатель рулетки выпускает луч, который отражается от твердого тела и возвращается назад – отражение улавливает приемник и на основе задержки во времени между выпущенным и принятым сигналом рассчитывается расстояние. Погрешность при этом, в зависимости от расстояния до цели, может составлять максимум 1мм.

Как устроена такая рулетка? Стандартно она представляет собой набор следующих компонентов.

Корпус. В большинстве случаев пластиковый, с противоскользящими и противоударными вставками. Как правило, защищает само устройство от проникновения пыли и влаги.
Лазерный излучатель – в серьезных профессиональных инструментах дополняется оптикой с защитой от запотевания.
Приемник (он же оптический фильтр). Служит для приема отраженного сигнала. Также оборудуется защищающей от запотевания оптикой.
Преобразователь сигнала. Конвертирует световой сигнал в цифровой сигнал.
Дисплей для вывода данных измерения. Как правило, черно-белый, жидкокристаллический.
Блок управления – рабочая плата, запрограммированная в особый режим работы. Именно она отвечает за все расчеты и вообще полностью за адекватную работу лазерного дальномера.
Лазерные дальномеры рулетки фото

Кроме всего прочего, строительный лазерный дальномер укомплектовывается и различными вспомогательными приспособлениями – например, профессиональные модели измерителя комплектуются оптическим прицелом, без которого не обойтись в процессе измерений на большие расстояния. К слову говоря, профессиональные модели лазерной рулетки могут работать на расстоянии до 250м – зрительно (без оптики) правильно определить наводку луча человек физически не в состоянии. Также зачастую применяется штатив, различные пузырьковые уровни и многое другое. В общем, по итогу профессиональное оборудование данного типа может представлять собой полноценный измерительный комплекс.

Как выбрать лазерную рулетку: возможности решают все

Современная измерительная лазерная рулетка может многое, но самое важное из того, что она может делать, это производить точные измерения на определенном расстоянии. Именно на определенном, так как у каждого инструмента имеется свой предел – так называемая дальнобойность. В зависимости от нее, рулетки данного типа разделяются на бытовые и профессиональные – первые способны производить измерения на расстояниях максимум до 60мм, а дальнобойность вторых достигает 250м. Мало того, и тот и другой класс лазерных измерителей расстояний имеет свои ограничения – рулетки производятся с определенной дальностью. Самая «короткая» из них работает на расстоянии до 18м. Дальше они могут иметь различия в дальнобойности с шагом в 10м – чем больше у рулетки этот показатель, тем ее стоимость выше.

Это не единственная возможность инструмента данного типа. Кроме этого, электронная лазерная рулетка может делать и следующие вещи.

Сохранять в памяти сделанные измерения и посредством средств коммуникации передавать их на компьютер – в большинстве случаев здесь используется проводное соединение.
Производить расчеты площади, объема и даже периметра – складывать их или вычислять разницу. В большинстве случаев касательно строительства именно к этому и сводятся все производимые измерения.
Производить косвенные вычисления, используя теорему Пифагора. Довольно важная функция в процессе измерений объектов, к которым нет прямого доступа. К примеру, стоя перед зданием и направляя луч рулетки в его стену, измеритель достаточно легко, а главное с высокой точностью, может определить его высоту.
Вычисление диагоналей – функция именуется «Поиск максимального расстояния». А измерение диагоналей – это лишь ее приятное приложение.
Серьезные дальномеры могут оборудоваться даже автоматическим режимом работы, при котором замерщику приходится только ходить и устанавливать специальные мишени в необходимых местах.
Лазерная рулетка фото

Как ни странно, это еще далеко не все возможности современных лазерных дальномеров – по большому счету, они могут быть дополнены любыми вычислительными программами, которые в быту и в некоторых сферах строительства могут оказаться лишними. Именно по этой причине и существует стандартная комплектация, включающая в себя описанные выше возможности инструмента. Следует понимать, что чем больше возможностей имеет лазерная строительная рулетка, тем больше денег придется выложить за инструмент.

Как выбрать лазерный дальномер: на что обратить внимание

По большому счету, критериев выбора лазерной рулетки не так уж и много – как говорится, их можно сосчитать на пальцах одной руки.

Необходимая дальнобойность. Переплачивать деньги и приобретать рулетку с максимальной дальностью инструментов смысла нет никакого. Если инструмент приобретается для бытового использования дома, то можно останавливать выбор на минимальной дальности. Также измерения на большие расстояния не производятся и в процессе выполнения квартирного ремонта – здесь, конечно, можно взять небольшой запас в пределах десяти-двадцати метров максимум.
Точность измерений. Она зависит от двух факторов – от заводских установок и качества самой рулетки. К примеру, китайская продукция данного типа стоимостью до 20$ не то что точно измерять не умеет, а противоречит сама себе – одно и то же расстояние при каждом измерении показывает разным. Здесь следует быть очень осторожным при выборе.
Функционал. Выбор здесь большой, и человеку придется определиться с самыми важными вещами – как и говорилось выше, наличие определенной функции в инструменте влечет за собой повышение его стоимости. Для бытовых нужд и в процессе ремонта квартир и домов вполне нормально обходиться базовыми комплектациями (это измерение и вычисление площади, периметра и объема).
Электронная лазерная рулетка фото

Это что касается основных моментов выбора, кроме которых существуют и другие, так сказать, не менее важные. К примеру, если планируете часто пользоваться измерителем, то не лишним будет обратить свое внимание на эргономичный дизайн дальномера – как минимум он должен быть удобным в эксплуатации. Если измерения производятся на строительных объектах, то наличие мягкого резинового буфера лишним не окажется – защищенная от ударов при падении рулетка прослужит намного дольше. Естественно, производитель, от которого в полной мере зависит качество продукции – лучше отдать предпочтение дальномеру от известного производителя. Особенно если вы приобретаете его для ежедневного использования.

И в заключение темы о том, как выбирается лазерная рулетка, скажу несколько слов по поводу дополнительной комплектации – в некоторых ситуациях без нее не обойтись. Речь идет как минимум о штативе с возможностью установки площадки в уровень горизонта – на больших расстояниях отклонение от мишени даже на десяток сантиметров влечет за собой большую погрешность. Также на точность измерений оказывает влияние и дрожание руки. В общем, до 60 метров вполне реально обойтись без штатива, а вот при измерениях на большие расстояния он нужен обязательно.

Автор статьи Александр Куликов

Прибор для измерения расстояния лазерный, дальномер принцип работы

Устройство лазерного дальномера

Лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний. Работа этого прибора основана на следующем принципе: он посылает лазерный сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, измеряет время его прохождения и относительно него высчитывает расстояние до объекта. Большинство современных дальномеров имеет компактную форму и удобны в применении. Чтобы пользоваться таким устройством, не нужно особых умений. Лазерные измерители расстояния получили широкое распространение в астрономии, строительстве, военной отрасли и навигации. Дальномеры также применяются для топографических съёмок.

Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров

Топографический лазерный дальномер позволяет вычислять расстояние до территорий или участков землиНавигационный дальномер помогает определять расстояние до объектов на водеЛазерные дальномеры используют в военной отрасли для оружейных прицеловСтроительным лазерным дальномером можно определять расстояния до стен и высчитывать площадь и объём помещений

В строительстве лазерный дальномер часто используется для измерения расстояния до стен и порогов. С его помощью можно также вычислять площади помещений. Прибор нужно установить на нужную опцию, установить на рабочей поверхности и направить лазер на интересующий объект, например, противоположную стену. Для получения более точных показаний дальномер необходимо устанавливать строго перпендикулярно. Для облегчения этой задачи в строительных лазерных измерителях имеется специальный уровень с пузырьком.

Основные элементы строительного дальномера

Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.
Оптический отражатель — принимает отражённый луч.
Компьютерный преобразователь или микропроцессор.
Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.
Фиксатор дальномера.
Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.
Пузырьковый уровень.Пузырьковый уровень, встроенный в лазерный дальномер, позволяет устанавливать прибор ровно на поверхности

В строительных лазерных дальномерах есть блокнот и калькулятор. Прибор сам будет производить вычисления и сохранять данные в памяти.

Виды дальномеров

По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

Фазовые измерители

Фазовый дальномер работает на небольших расстояниях, но имеет хорошую точность и низкую цену

Импульсные измерители

Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей

Фазовый дальномер при измерении расстояния использует модулированный световой сигнал, а импульсный — световой импульс.
Импульсные дальномеры измеряют гораздо большие расстояния, чем фазовые, так как мощность посылаемых импульсов у них гораздо больше.
Импульсный метод измерения расстояния менее точен, чем метод измерения разности фаз. Но благодаря современным методикам обработки сигнала в импульсных дальномерах это различие становится не таким значительным.
Размер отражаемой лазерной точки становится больше с увеличением расстояния. Это справедливо для обоих принципов измерения, хотя отклонение лазера от точки отражения разное, так как отличаются размер и форма лазерного пятна.
Фазовый и импульсный принципы работы различаются также чувствительностью к прерыванию сигнала. При работе под воздействием некоторых внешних факторов (в потоке транспорта, при плохих погодных условиях) фазовый дальномер будет работать хуже, чем импульсный.

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

Подсветка.
Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.
Визир — специальное устройство, приближающее точку, до которой ведётся измерение. Функция работает аналогично цифровому увеличению (зуму) на видеокамерах и особенно актуальна для работы на больших расстояниях.Визир представляет собой миниатюрную камеру, которая позволяет приблизить объект измерений
Дисплей с цветным экраном.
Измеритель температуры воздуха. Допустимые погодные условия для использования каждого прибора указаны в инструкции. В любом случае при работе на морозе необходимо дать устройству некоторое время на адаптацию к окружающей температуре.
Датчик для измерения наклона в пределах до 45o. Он нужен для проведения расчёта угла ската крыши, наклона навеса и других аналогичных операций.Лазерный дальномер со встроенным датчиком измерения угла наклона позволяет вычислять расстояния на криволинейной поверхности
Индикатор уровня зарядки батареи.
Функция Bluetooth.
Трекинг — непрерывное измерение расстояний. При перемещении дальномера трекинг производит замеры не один, а несколько раз с определённой периодичностью и показывает получаемые результаты. Такая опция необходима для того, чтобы отмерить нужную длину конструкции или помещения.
Различные математические функции.

Наличие в лазерном дальномере дополнительных функций помогает более точно и удобно производить необходимые замеры и во многом облегчает работу. Но и цена таких приборов гораздо выше.

Работа с лазерной рулеткой

Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.
Включить дальномер при помощи специальной кнопки.
Выбрать нужную точку отсчёта. Во многих моделях для удобства встроена возможность выбора точки — от передней части корпуса прибора или от задней. Такая функция нужна для определения расстояния без учёта размеров корпуса. Некоторые устройства также оснащены специальными скобами, позволяющими проводить измерения в неудобных местах. Точку отсчёта в них можно выбрать от края корпуса либо от самой скобы.
Выбрать необходимые единицы измерения.
Начать измерения, нажав функциональную кнопку.
Просмотреть результат на дисплее прибора.Лазерный дальномер позволяет определить длину, ширину и высоту помещений, а также автоматически посчитать его площадь и объём

Например, если нужно определить расстояние от одной стены до другой, необходимо провести следующие действия:

Установить прибор на одной стене.
Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.
Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.
Включить функцию начала замеров.
Посмотреть полученные результаты на экране.Для того чтобы измерить необходимое расстояние, нужно приложить прибор к стене и нажать функциональную кнопку — все остальные действия прибор произведёт сам

Для получения более точных расчётов не рекомендуется держать прибор в руках при измерении. Запрещается направлять лазерный луч прибора в лицо, потому что он может обжечь сетчатку глаза.

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

Лазерную рулетку следует эксплуатировать согласно технической инструкции.
Нельзя допускать попадания влаги и грязи в прибор, а также перегрева и переохлаждения дальномера.
Необходимо беречь прибор от падения и ударов.
Проводить ремонт дальномера следует только в специальных мастерских.
Хранить лазерный дальномер рекомендуется в специальном чехле.

Как работает инструмент лазерный дальномер

Благодаря тому, как работает лазерный дальномер, можно осуществлять замеры плоскостей с максимальной точностью. Поэтому его применяют в военном деле, астрономии строительстве, инженерной геодезии и т.д.

Лазерный дальномер — удобное современное устройство для измерения площадей поверхностей.

Он представляет собой рулетку электронного типа. Такой прибор достаточно прост в эксплуатации, поэтому его используют профессиональные бригады, да и начинающие строители тоже.

Инструкция по работе с таким инструментом выглядит следующим образом:

Дальномер включается на необходимую опцию.
Далее он устанавливается вблизи одной из рабочих поверхностей.
Луч лазера наводится на противолежащую сторону помещения.
Аналогичным образом осуществляются замеры и других плоскостей.

Устройство лазерного дальномера.

Благодаря таким нехитрым действиям дальномер выдаст размер площади помещения. Если необходимо просчитать объем, действуют так же. Все приборы такого типа работают по схожему принципу.

Одно из главных удобств дальномера в том, что он заменяет калькулятор и блокнот с карандашом. Каждая модель может складывать и вычитать имеющиеся значения, а полученные цифры автоматически сохраняются. Но тут главное — знать о том, может ли потерять прибор данные, если извлечь из него флеш-карту.

Чтобы лазерный дальномер давал точные показания, очень важным моментом является соблюдение условий перпендикулярности рулетки. Чтобы облегчить эту задачу, современные производители оснащают свои изделия встроенным пузырьковым уровнем. Это значительно облегчает задачу.

Принцип работы лазерного дальномера

Чтобы осуществить замеры стен при помощи дальномера, сначала необходимо включить уровень. После этого измеряют поверхность стены по высоте и длине. От полученных значений следует отнять площадь, занимаемую окнами и дверными проемами.

Полученные цифры помогут сориентироваться в необходимом количестве строительных материалов, чтобы максимально избежать перерасхода. Для новичков лазерный дальномер является хорошим помощником.

Для удобства использования в различных условиях некоторые производители оснащают приборы встроенными камерами и визорами.

Но это касается геометрически правильных форм. Однако прибор используют и в инженерной сфере, например, для измерения котлованов. Тут будут присутствовать определенные погрешности. Кстати, на точность показаний во многом влияет и результативность самой рулетки, так как в темное время суток она выше, чем днем. Поэтому нередко используется дополнительное оборудование в виде визира или видеокамер, чтобы была возможность хорошо видеть лазер.

Чтобы определить дальность нахождения объекта, используют беспрерывное электромагнитное излучение. Дальномер может работать в трех режимах:

фазовом;
импульсном;
комбинированном, который объединяет в себе предыдущие два.

В первом случае принцип действия — модуляция синусоидального сигнала, при этом частота будет варьироваться от 10 до 150 МГц.

Во втором варианте идет отражение импульса и его периодическая задержка. Несмотря на то что такая техника достаточно умна, контроль за ней все-таки необходим, так как сбои свойственны любой аппаратуре. Для того чтобы иметь правильное представление о принципе работы дальномера, руководство по эксплуатации требует тщательного изучения.

В зависимости от того, насколько тщательно придерживаться требований инструкции, дальномер будет работать точно или давать погрешности.

Зависимость техники от условий

Дальномер имеет два функциональных блока: излучательный, в составе которого есть лазерный диод, и приемник. За счет электромагнитной волны возникает лазерный луч. Сама волна производится дальномером, далее она отражается от рабочей плоскости, будь то полы, стены, потолок или другая рабочая сторона объекта. После этого идет ее возврат в приемник. Каждая волна имеет свою амплитуду и длину. Последний показатель изначально известен вычислителю дальномера, поэтому дальнейшие его вычисления производятся за счет принципа сложения всех длин волн, которые прошли путь до объекта и обратно. После этого выполняется деление данной суммы надвое. А если есть «обрезанная» волна, то и ее показатель приплюсовывается.

Сравнительные характеристики нескольких моделей лазерного дальномера.

Полученная цифра выводится на дисплей прибора. Измерительная величина, то есть метры или сантиметры, устанавливается по личным требованиям.

Дальномер отлично справляется в условиях закрытых помещений, так как в этом случае расстояния имеют небольшие значения, а помехи и вовсе отсутствуют. А что касается природы, то тут есть несколько факторов, которые могут создать погрешности в работе:

Солнце. Зачастую цвет лазеров является красным, поэтому чем ярче поверхность, тем хуже видна конечная точка. Почему это так важно? Потому что дальномер должен уметь обработать сигнал, а он будет слишком слабым, что может повлиять на точность показаний. Поэтому в темное время суток показания лазерного дальномера более точны.
Загрязненность окружающей среды. Лучший вариант — если работа проводится за городом, так как воздух там прозрачнее. В условиях загазованности или туманности опять-таки возникает риск возникновения погрешностей.
Надежность крепления дальномера. Ручные измерения всегда сопровождаются неточностями. Поэтому лучше для замеров использовать специальный штатив. Кстати, многие современные приборы имеют уже в стандартной комплектации такой элемент.
Рабочая поверхность. Если измеряемая плоскость будет иметь темный цвет или шершавую структуру, то луч станет поглощаться. Поэтому для таких целей используют светлую поверхность, которая за счет гладкости и цвета помогает повысить коэффициент отражения.

Как работать инструментом на улице?

Для удобства использования дальномер можно закрепить на штативе.

Все же в большинстве случаев дальномер применяют с внешней стороны зданий. Поэтому, чтобы максимально обеспечить точность показаний, можно воспользоваться следующими рекомендациями:

Использовать для таких работ необходимо те приборы, которые имеют дальность работы в пределах 150-200 м, то есть для больших расстояний.
Следует использовать мишень. В большинстве стандартных комплектов она уже имеется.
Для того чтобы показания были точны, следует применять штатив. Если данная деталь покупается отдельно, то дальномер в обязательном порядке должен иметь специальное гнездо с нижней стороны.

Многие модели дальномеров имеют скобу, расположенную сзади. Она может устанавливаться под 90-градусным или 180-градусным углом. Если ее положение перпендикулярно, то прибор измеряет расстояние заподлицо с краем или внешним углом.

Это позволяет знать размер диагонали помещения. В данном случае точка отсчета устанавливается вручную, она начинается от задней или передней стенки скобы. Но некоторые модели оснащены автоматической функцией переноса нулевой точки.

Правильная эксплуатация

Для удобства хранения лазерные дальномеры комплектуются специальными чехлами.

Так как длина волны составляет 635 нм, человеческий глаз видит луч красного цвета. Поэтому, работая с таким прибором, следует быть аккуратными. Попадая в глаз, такой луч может нести разрушительное воздействие. Все зависит от класса используемого лазера: чем он выше, тем опаснее контакт луча и глаза. По стандарту дальномеры имеют луч со вторым классом излучения. Это, в свою очередь, означает, что при кратковременном воздействии перед глазами человека непродолжительный период будут мелькать пятна света. Но если луч будет напрямую и долго воздействовать, то последствия могут стать крайне неприятными.

Дальномер — прибор, которому для работы требуются батарейки. После того как их заряд окончен (примерно 5-10 тысяч измерительных процессов), их следует правильно утилизировать. Если содержимое батарейки вытечет внутри прибора, это может привести к поломке аппарата, что однозначно потребует дорогостоящего ремонта. Поэтому перед и после каждого применения батарейки следует тщательно осматривать.

Такой прибор требует деликатного обращения, поэтому для него не допускаются воздействия физической силой, а тем более падения. Это тоже чревато ремонтом или даже покупкой новой техники.

Иметь под рукой такой прибор — значит ощутимо улучшить условия своей работы. Во-первых, исчезает необходимость производить вычисления в уме — все делает техника. Во-вторых, это значительно экономит время, особенно если дальномер — новой модификации, так как в нем много дополнительных функций. В-третьих, автоматическое сохранение данных помогает не забивать голову большим количеством цифр, что тоже крайне удобно.

Самодельный сканирующий лазерный дальномер

В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.

Зачем нужен сканирующий дальномер?

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.

Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:

Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:

Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:

Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:

Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):

В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:

Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).

Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.
Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:

Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:

Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:

Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:

Вид сверху:

Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:

Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т. е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:

Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:

Расстояние	Разброс
1 м	<1 см
2 м	2 см
5 м	7 см

Стоимость изготовления дальномера:

	DIY, $	Опт., $
Основание
Пластина основания	1,00	0,50
Двигатель	0,00	1,00
Подшипник	1,50	1,00
Щеточный узел	7,50	5,00
Крепежные детали	0,00	2,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT6	5,00	4,00
Фотоприемная линейка	18,00	12,00
Остальная электроника	4,00	3,00
Плата	1,50	0,50
Объектив	2,00	1,50
Держатель объектива	1,00	0,50
Лазер	1,00	0,80
Пластиковые детали	3,00	2,00
Крепежные детали	0,00	1,00
Сборка	0,00	20,00
Итого:	45,50	54,80

В первой колонке — во сколько дальномер обошелся мне, во второй — сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше — 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов — экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП — 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode — Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:

Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести — с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе — он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:

Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

Длина стороны клетки — 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер «видит» мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

ROS позволяет объединять несколько программ («узлов» в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую «направить» робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:

Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:

Исходные коды программы контроллера

P. S. Также у меня есть проект более простого лидара.

RP Photonics Encyclopedia — лазерные дальномеры, времяпролетный метод, фазовый сдвиг, дальность действия, лазерная безопасность, приложения

Энциклопедия> буква L> лазерные дальномеры

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.
Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Определение: устройства для измерения расстояний до объектов с помощью лазеров

Немецкий язык: Laser-Entfernungsmesser

Категория: оптическая метрология

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/laser_rangefinders.html

Лазерные дальномеры — это устройства, содержащие лазер, с помощью которого можно измерить расстояние до объекта.
Обычно такое устройство работает либо с прямым времяпролетным методом, либо с методом фазового сдвига.
Оба метода описаны ниже.
О других методах измерения расстояний с помощью лазеров см. Статью об измерении расстояний с помощью лазеров.

Разработаны разные устройства.Некоторые из них могут измерять расстояния до объектов в несколько километров, в то время как другие предназначены для гораздо меньших расстояний, например внутри здания.
Часто полученное расстояние до объекта отображается на цифровом дисплее.

По сравнению с ультразвуковыми или радио- и микроволновыми устройствами (радаром), основное преимущество лазерных методов измерения расстояния состоит в том, что лазерный свет имеет гораздо меньшую длину волны, что позволяет излучать гораздо более концентрированный зондирующий луч и, таким образом, достигать более высокого поперечного сечения. Пространственное разрешение.

Дальномер часто содержит смотровое устройство для точного определения цели.

Лазерные дальномеры часто содержат смотровые устройства, позволяющие пользователю точно направить лазерный луч на интересующий объект, просто ориентируя устройство так, чтобы интересующий объект появлялся в центре просматриваемого изображения, отмеченного перекрестием.
(Измеренное расстояние может отображаться на том же устройстве просмотра.)
В других случаях видимый лазерный луч (от измерительного лазера или, возможно, от отдельной встроенной лазерной указки) можно увидеть на не слишком удаленном объекте для проверки целевого положения.

Помимо лазера, фотодетектора и оптических деталей, лазерный дальномер содержит электронику, обычно включая микропроцессор, для управления лазером, расчета и отображения измеренного расстояния, контроля и зарядки аккумулятора и т. Д.

Прямые измерения времени пролета

Самый простой принцип измерения — послать короткий лазерный импульс от устройства к интересующему объекту и контролировать время до тех пор, пока отраженный или рассеянный свет не будет обнаружен с помощью достаточно быстрого фотодетектора.Расстояние можно просто рассчитать как половину измеренного времени прохождения туда и обратно, деленную на скорость света.

Сочетания высокой чувствительности и высокого временного разрешения фотоприемника добиться непросто.

Очевидно, что достижимое пространственное разрешение ограничено длительностью импульса и / или скоростью фотодетектора.
Часто используются импульсы лазера с модуляцией добротности, имеющие длительность несколько наносекунд, а иногда даже меньше 1 нс, как это может быть получено с помощью особенно компактных лазеров, например. грамм. монолитные микрочип-лазеры с пассивной модуляцией добротности.
Быстрый фотодиод может предложить временное разрешение того же порядка, хотя этого нелегко достичь для очень низких принимаемых оптических мощностей, как результат для больших расстояний наблюдения, особенно когда необходимо использовать свет от диффузного рассеяния.
Обратите внимание, что энергия принятого оптического импульса пропорциональна обратному квадрату расстояния наблюдения до тех пор, пока расходимостью выходящего луча можно пренебречь; в противном случае он распадается еще быстрее с увеличением расстояния.

На больших расстояниях расходимость луча может привести к значительному увеличению размера пятна на объекте, а атмосферные искажения могут усугубить эту проблему.
В частности, для небольших объектов увеличение размера пятна на объекте может ухудшить мощность принимаемого сигнала, и могут возникнуть помехи из-за света, рассеянного на соседних объектах.

Могут быть предприняты различные меры для улучшения мощности принимаемого сигнала и отношения сигнал / шум, так что возможны измерения на больших расстояниях:

Для оптимизации дальности действия дальномера можно принять ряд мер.

Очевидно, может помочь высокая энергия импульса лазера.
Однако ограничения могут возникать не только из-за использования лазерной технологии, но и из-за аспекта безопасности глаз — особенно для лазеров ближнего инфракрасного диапазона.
Расходимость луча можно уменьшить, используя телескоп для увеличения радиуса луча на выходной апертуре.
Тот же телескоп можно использовать для сбора большего количества света от объекта.
Однако этот подход может быть ограничен необходимой компактностью и малым весом устройства или стоимостью телескопа с большой апертурой.
С помощью какого-нибудь точно выровненного зеркала или своего рода ретрорефлектора можно легко получить гораздо более сильные сигналы.
Этот метод широко использовался, например, с ретрорефлекторами, размещенными на Луне во время миссии Аполлона.
Однако во многих приложениях требуется работа с диффузно рассеивающими объектами.
Можно использовать особо чувствительный фотоприемник, например лавинный фотодиод.
Оптический полосовой фильтр позволяет очень эффективно удалять шумовые влияния на других оптических частотах.
Кроме того, электронная обработка сигналов может существенно помочь.
Можно, например, получать данные от нескольких лазерных импульсов и улучшать отношение сигнал / шум с помощью методов усреднения.

Для быстрого обновления результатов измерений или для целей усреднения можно использовать обычную серию импульсов с определенной частотой повторения импульсов.
Для высоких частот повторения это создает неоднозначность диапазона; устройство должно определить, какому отправленному импульсу принадлежит полученный импульс.
Для решения этой проблемы могут использоваться переменные частоты повторения или пакеты импульсов.

Лазерные дальномеры

также могут справляться с дополнительными проблемами, такими как ложные сигналы от небольших объектов, летящих по воздуху (например, листья), или попытки создания помех или ослепления (в военных целях).

Метод многочастотного фазового сдвига

Вместо использования лазерных импульсов можно излучать свет с высокочастотной синусоидальной модуляцией интенсивности.
Это может быть получено с помощью лазера непрерывного действия, выходной луч которого проходит через модулятор интенсивности, генерируя сильную синусоидальную модуляцию интенсивности на высокой частоте.В качестве альтернативы можно напрямую модулировать лазер, например через управляющий ток лазерного диода.
Затем фотодетектор также получит сигнал с этой модуляцией, и относительный фазовый сдвиг между двумя сигналами модуляции зависит от расстояния до объекта.

Для фиксированной частоты модуляции f существует неоднозначность измерения: если расстояние до объекта изменяется на кратное целое число c / (2 f ), фаза сигнала детектора изменяется на кратное целое число 2π, т.е.е., по сути, совсем нет.
Эту неоднозначность можно устранить, выполнив измерения на нескольких разных частотах и комбинируя результаты, обычно с помощью подходящего программного обеспечения, работающего на микропроцессоре.
Этот принцип хорошо работает, особенно если требования к максимальному расстоянию до объекта и пространственному разрешению не слишком строгие.

Проблемы обнаружения слабых сигналов для больших расстояний до объектов в принципе аналогичны задачам для прямых измерений времени пролета, но можно использовать синхронный усилитель для обнаружения модуляции с сильным подавлением случайных шумовых воздействий.В целом, обнаружение становится значительно проще, чем при прямом времяпролетном методе.
Поэтому большинство портативных лазерных дальномеров для умеренных расстояний до объекта работают на основе метода фазового сдвига.

Дополнительные функции

Некоторые лазерные дальномеры имеют дополнительные функции, которые могут быть актуальны для определенных приложений:

Усовершенствованные устройства просмотра, возможно, с переменным увеличением, упрощают идентификацию и точное наведение на определенные объекты.
В дополнение к расстоянию некоторые лазерные дальномеры могут измерять относительную скорость между объектом и наблюдателем, обнаруживая сдвиги оптической частоты, вызванные эффектом Доплера.
Обычно это требует использования одночастотного лазерного источника и дополнительных средств для обнаружения оптических гетеродинов и обработки сигналов.
Некоторые устройства позволяют рассчитывать площади или объемы на нескольких измеренных расстояниях.
Можно сохранить несколько результатов измерений и / или передать их на другие устройства, например.грамм. через беспроводное соединение с ноутбуком или планшетом.

Аспекты лазерной безопасности

Определение дальности с помощью лазеров может вызвать серьезные проблемы с безопасностью лазера, особенно при использовании интенсивных импульсов лазеров с модуляцией добротности; это часто требуется для больших расстояний обнаружения, чтобы не только получить обнаруживаемое количество отраженного света, но и избежать доминирующего влияния окружающего света.
Однако тогда, возможно, придется принять неудобные дополнительные меры для обеспечения безопасности, особенно для глаз человека.

Часто пытаются сконструировать устройства для работы с классом безопасности лазера I, так что не требуются специальные дополнительные меры безопасности при работе с лазером.
Это, однако, может серьезно ограничить оптическую мощность, которая может быть отправлена к цели, и, следовательно, возможности обнаружения.

Такие компромиссы можно уменьшить, применяя безопасные для глаз лазеры, например в спектральной области 1,5 мкм, где можно безопасно использовать гораздо большую оптическую мощность, чем, например, в области 1 мкм.
Однако в этом случае выбор лазеров и фотодетекторов (и их производительность) существенно ограничивается, а стоимость системы может быть значительно выше.

Различные проблемы

Как упоминалось выше, расходимость луча может стать серьезной проблемой для больших расстояний до объектов.
Тогда желательны большой оптический телескоп и лазер с высоким качеством луча.

Как и все другие методы измерения с использованием лазеров, на лазерные измерения расстояния может влиять лазерный шум, хотя шум обнаружения обычно является доминирующей проблемой.
Другие проблемы, связанные с шумом, могут возникать из-за рассеянного света и лазерных пятен.

Мишени могут иметь самые разные отражательные и рассеивающие свойства.Проблемы могут возникнуть из-за очень слабого отражения или зеркального отражения.
В последнем случае большая часть падающего света может отражаться в направлениях, которые не используются для обнаружения.

Применение лазерных дальномеров

Лазерные дальномеры

имеют множество различных применений:

Существуют военные устройства, которые часто позволяют проводить измерения на расстояниях в несколько километров или даже десятков километров, например в разведывательных целях.Они могут использовать довольно интенсивные лазерные импульсы с энергией в несколько миллиджоулей, которые довольно опасны для человеческого глаза (→ лазерная безопасность ) даже при использовании «безопасной для глаз» длины волны.
Используются аналогичные устройства, обычно отслеживающие расстояния, например для геодезических измерений и на крупных строительных площадках.
Есть устройства для использования в лесном хозяйстве, например, для инвентаризации леса.
Они могут содержать специальные оптические фильтры для подавления вредного воздействия листьев на измерения.
Дальномеры разных типов используются в различных промышленных производственных процессах и в гражданском строительстве.
Существуют дешевые портативные дальномеры для использования внутри помещений, которые подходят только для довольно ограниченных расстояний, но с ошибками расстояния, например всего несколько миллиметров.
Их можно использовать, например, для быстрого измерения размеров комнат, требующего всего лишь одного человека.
Они могут предоставлять дополнительные функции, например расчет площадей или объемов на нескольких измеренных расстояниях.
Некоторые виды спорта (например, гольф) и охота требуют измерения расстояния, которое может быть выполнено с помощью относительно недорогих потребительских дальномеров.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 22 поставщиках лазерных дальномеров. Среди них:

G&H

Light-MiLES был исследовательским проектом, финансируемым Innovate UK (ранее Советом по технологической стратегии), который проводился с декабря 2012 года по май 2015 года. Цели проекта заключались в разработке нового лазерного передатчика и его интеграции с массивом изображений для получения активного лазера. -светящийся датчик изображения.Консорциум проекта возглавили Thales Optronics с G&H, Glass Technology Services и Университетом Лидса в качестве участников. Задача G&H заключалась в том, чтобы предоставить подходящее решение для фотонной упаковки для этого требовательного приложения.

В рамках проекта Light-MiLES был разработан новый безопасный для глаз лазерный передатчик, сочетающий характеристики твердотельного лазера с корпусом и форм-фактором диодного лазерного устройства. Источник хорошо подходит для лазерных дальномеров дальнего действия (LRF) или для интеграции в многоплатформенные сенсорные системы, такие как переносные локаторы цели или бортовые подвесы.Все эти приложения требуют сверхкомпактных, недорогих и эффективных лазерных передатчиков.

TOPTICA Photonics

Лазерные дальномеры можно использовать для отслеживания или измерения расстояний или длин объектов. Они также могут обеспечивать позиционное местоположение на больших расстояниях, например несколько километров, физически не касаясь наблюдаемого объекта. Лазерные дальномеры регулярно используются в геодезии, спорте, охоте или в армии. Обычно расстояния измеряются с точностью до миллиметра, а измеряемый объект может даже находиться в движении.Кроме того, возможны измерения на естественных поверхностях с низким коэффициентом отражения.

Beam smart WS — лучший выбор, если вам нужна компактная и узкая диодная лазерная система OEM. Это версия iBeam smart со стабилизированной длиной волны и надежными диодами со стабилизированной длиной волны. В сочетании с гибкой микропроцессорной электроникой iBeam smart это упрощает системную интеграцию.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: измерения расстояний с помощью лазеров, времяпролетные измерения
и другие статьи в категории оптическая метрология

Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой с друзьями и коллегами, например через соцсети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (напр.грамм. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить требуемый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о лазерных дальномерах  
 в  
 RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt =" article ">

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_rangefinders.html 
, статья «Лазерные дальномеры» в энциклопедии RP Photonics]

Как работают лазерные дальномеры?

Лазерный дальномер работает, измеряя время, за которое импульс лазерного света отражается от цели и возвращается отправителю.Это известно как принцип «времени полета», а метод известен как измерение «времени полета» или «пульса».

Принцип работы

Лазерный дальномер излучает лазерный импульс на цель. Затем импульс отражается от цели и возвращается к отправляющему устройству (в данном случае лазерному дальномеру). Этот принцип «времени полета» основан на том факте, что лазерный свет распространяется с довольно постоянной скоростью через атмосферу Земли. Внутри счетчика простой компьютер быстро вычисляет расстояние до цели.Этот метод расчета расстояния позволяет измерить расстояние от Земли до Луны с точностью до нескольких сантиметров. Лазерные дальномеры также могут называться «дальномеры» или «лазерные дальномеры».

Расчет расстояния

Расстояние между измерителем и целью определяется как D = ct / 2, где c равно скорости света, а t равно количеству времени на обход между измерителем и целью. Учитывая высокую скорость, с которой распространяется импульс и его фокус, этот приблизительный расчет очень точен на расстояниях футов или миль, но теряет точность на гораздо более близких или более дальних расстояниях.

Почему именно лазеры?

Лазеры — это сфокусированные интенсивные лучи света, обычно одной частоты. Они очень полезны для измерения расстояний, потому что они перемещаются через атмосферу с довольно постоянной скоростью и преодолевают гораздо большие расстояния, прежде чем расхождение (ослабление и распространение луча света) снижает эффективность измерителя. Лазерный свет также с меньшей вероятностью рассеивается, как белый свет, а это означает, что лазерный свет может распространяться на гораздо большее расстояние без потери интенсивности.По сравнению с обычным белым светом, лазерный импульс сохраняет большую часть своей первоначальной интенсивности при отражении от цели, что очень важно при расчете расстояния до объекта.

Приемная оптика

Для обеспечения надежности в лазерных дальномерах используется метод минимизации фонового света. Слишком много фонового света может помешать измерению, когда датчик ошибочно принимает некоторую часть фонового света за отраженный лазерный импульс, что приводит к неверному считыванию расстояния.Например, в лазерном дальномере, предназначенном для использования в условиях Антарктики, где ожидается интенсивный фоновый свет, используется комбинация фильтров с узкой полосой пропускания, частот разделенного луча и очень маленькой диафрагмы, чтобы заблокировать как можно больше помех от фонового света.

Приложения

Лазерные дальномеры и дальномеры имеют широкий спектр применения, от картографирования до спорта. Их можно использовать для создания карт дна океана или топографических карт, очищенных от растительности.Они используются в вооруженных силах для определения точного расстояния до целей для снайперов или артиллерии, для разведки и инженерных работ. Инженеры и дизайнеры используют лазерные дальномеры для построения трехмерных моделей объектов. Лучники, охотники и игроки в гольф используют дальномеры для расчета расстояния до цели.

Принципы измерения, используемые лазерными датчиками и сканерами

МЕТОДЫ ВКЛЮЧАЮТ ТРИАНГУЛЯЦИЮ И ВРЕМЯ ПОЛЕТА

Метод, используемый для измерения расстояния, зависит от точности и дальности, необходимых для устройства.Принципы измерения включают триангуляцию, времяпролетные измерения, времяпролетные системы импульсного типа и системы с модулированным лучом.

Для расстояний в несколько дюймов с высокими требованиями к точности датчики «триангуляции» измеряют местоположение пятна в поле зрения детектирующего элемента. Датчики времени полета определяют диапазон, исходя из времени, за которое свет проходит от датчика к цели и возвращается. Для измерения очень больших расстояний (до многих миль) используются «времяпролетные» лазерные дальномеры с использованием импульсных лазерных лучей.Системы с модулированным лучом используют время, которое требуется свету, чтобы добраться до цели и обратно, но время одного прохода туда и обратно не измеряется напрямую. Вместо этого мощность лазера быстро меняется, чтобы генерировать сигнал, который меняется со временем.

лазерный триангуляционный датчик и ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ ТРИАНГУЛЯЦИИ

Одним из методов точного измерения расстояния до целей является использование лазерного триангуляционного датчика. Они названы так потому, что корпус датчика, излучаемый лазер и отраженный лазерный свет образуют треугольник.

Лазерный луч излучается прибором и отражается от поверхности цели к собирающей линзе. Эта линза обычно расположена рядом с лазерным излучателем. Объектив фокусирует изображение пятна на камере с линейной матрицей (матрица CMOS). Камера просматривает диапазон измерения под углом, который варьируется от 45 до 65 градусов в центре диапазона измерения, в зависимости от конкретной модели. Затем положение изображения пятна на пикселях камеры обрабатывается для определения расстояния до цели.Камера интегрирует падающий на нее свет, поэтому более длительное время выдержки обеспечивает большую чувствительность к слабым отражениям. Луч просматривается с одной стороны, так что видимое местоположение пятна меняется в зависимости от расстояния до цели.

Один из наших триангуляционных датчиков перемещения запатентован, и многое можно узнать, прочитав патент (USPTO 6 624 899).

Триангуляционные устройства идеально подходят для измерения расстояний в несколько дюймов с высокой точностью. Устройства триангуляции могут быть построены в любом масштабе, но точность быстро падает с увеличением дальности.Глубина резкости (от минимального до максимального измеряемого расстояния) обычно ограничена, поскольку триангуляционные датчики не могут измерять относительно своей базовой линии расстояние между излучателем и детектором.

Уровень экспозиции и мощности лазера обычно регулируется для оптимизации точности измерений силы сигнала и уровня внешней освещенности. Данные диапазона могут быть внутренне усреднены по множественным воздействиям перед передачей, если частота дискретизации установлена надлежащим образом.

Для получения дополнительной информации посетите нашу страницу о лазерных триангуляционных датчиках , а для получения дополнительных сведений о триангуляции вы можете узнать больше о триангуляции на FierceElectronics.com.

ВРЕМЯ ПОЛЕТА

Системы с модулированным лучом также используют время, необходимое свету для перемещения к цели и обратно, но время одного полета туда и обратно напрямую не измеряется. Вместо этого мощность лазера быстро меняется, чтобы генерировать сигнал, который меняется со временем. Временная задержка косвенно измеряется путем сравнения сигнала от лазера с задержанным сигналом, возвращающимся от цели.Одним из распространенных примеров этого подхода является «измерение фазы», при котором выходной сигнал лазера обычно является синусоидальным, а фаза исходящего сигнала сравнивается с фазой отраженного света.

Точность измерения фазы ограничена частотой модуляции и способностью определять разность фаз между сигналами. Некоторые дальномеры с модулированным лучом работают по принципу преобразования диапазона в частоту, что дает несколько преимуществ по сравнению с измерением фазы. В этих случаях лазерный свет, отраженный от цели, собирается линзой и фокусируется на фотодиоде внутри прибора.Результирующий сигнал усиливается до ограниченного уровня, инвертируется и используется непосредственно для модуляции лазерного диода. Свет от лазера коллимируется и излучается из центра передней поверхности датчика. Эта конфигурация образует осциллятор, при этом лазер сам включается и выключается по собственному сигналу. Время, которое требуется свету, чтобы добраться до цели и вернуться, плюс время, необходимое для усиления сигнала, определяет период колебаний или скорость, с которой лазер включается и выключается.Затем этот сигнал делится и синхронизируется внутренними часами для измерения дальности. Измерение в некоторой степени нелинейно и зависит от силы сигнала и температуры, поэтому для устранения этих эффектов в датчике можно выполнить процесс калибровки.

Датчики с модулированным лучом обычно используются в приложениях средней дальности, для расстояний от нескольких дюймов до нескольких десятков футов от не взаимодействующих целей. При использовании совместных целей, таких как отражатели, дальность действия может быть увеличена до нескольких сотен или тысяч футов.

Узнайте больше о патенте Acuity на приборы для измерения времени полета с модулированным лучом, прочитав патент США 5,309,212.

CONFOCAL CHROMATIC

Самый точный и надежный датчик расстояния Acuity использует уникальный принцип измерения — конфокальное хроматическое зондирование. В отличие от наших датчиков времени пролета и триангуляции, в которых используются лазеры, конфокальные датчики CCS Prima используют источник белого света для точного измерения расстояния до поверхностей. Некоторые модели имеют точность до 20 нанометров.Кроме того, эта технология позволяет измерять и профилировать прозрачные материалы, такие как стекло, линзы, жидкости и т. Д.

Суть нашего принципа конфокальной хроматической визуализации заключается в точном обнаружении цветов света, который отражается от поверхностей цели. Белый свет фокусируется на поверхность цели с помощью многолинзовой оптической системы. Эти линзы рассеивают свет на монохроматические ступени (цвета) вдоль оси измерения. Определенное расстояние до цели назначается длине волны каждого цвета при заводской калибровке.Для измерения используется только длина волны, точно сфокусированная на цель. Этот свет, отраженный от поверхности цели, передается от зонда через конфокальную апертуру на спектрометр, который обнаруживает и обрабатывает спектральные изменения и вычисляет расстояния. Эти измерения расстояния передаются с высокой скоростью по протоколу связи Ethernet.

Конфокальный датчик

Как работает дальномер? »Targetcrazy.com

Существует множество причин, по которым вы можете захотеть использовать дальномер .Если вы ведете стрельбу из лука или стреляете пулями на большие расстояния, вам придется настроить прицел, чтобы попасть в цель.

Почему? Гравитация притягивает и пули, и стрелы к земле в тот момент, когда они из чего-то стреляют.

Чем больше расстояние до цели, тем длиннее падение.

Некоторые люди определяют расстояние на глаз и на практике, но с помощью предлагаемой сегодня технологии самый простой и быстрый способ определения расстояния до цели — это использовать дальномер.

Так как же работает дальномером ?

Существует несколько различных способов определения дальности, но наиболее популярным и распространенным в настоящее время является лазерный дальномер .

Как работают лазерные дальномеры

У лазерного дальномера довольно простой принцип. Он направляет лазерный луч из излучателя в цель и измеряет время, необходимое для отражения луча обратно в приемник на искателе.

Поскольку лазер движется со скоростью света , а скорость света равна известной скорости , его можно использовать вместе со временем, затраченным на вычисление расстояния до целевого объекта.

Расходимость луча

Лазерный луч, испускаемый дальномером, обычно очень узкий, но из-за воздействия воздуха в атмосфере луч будет расходиться и распространяться на большие расстояния.

Это означает, что когда он достигает удаленной цели, разброс лазерного луча может быть достаточно широким, чтобы покрыть цель и отражаться от других предметов, а также от цели.

Лазерные лучи расходятся и распространяются по мере продвижения

Отражение и отклонение

Некоторые объекты измерить труднее, чем другие.

Дальномеры не работают правильно на всех объектах. Вот несколько примеров…

Когда луч попадает на стекло, почти весь луч проходит сквозь него и не отражается. Так что чтения трудно достичь.

Предположим также, что луч попадает в зеркало (или другой объект), расположенное под углом, так что весь свет идеально отклоняется в сторону, а не обратно в приемник.Этот объект также будет сложно определить.

Даже мыльный пузырь отражает свет (если бы его не было, вы бы его не увидели)

Фактически, любой объект, расположенный под углом от дальномера, будет отклонять часть луча, но каждая поверхность будет отражать или доступного света назад, иначе мы не сможем их увидеть сами. От того, сколько света возвращается, зависит, насколько легко дальномер сможет снимать показания.

Почему дальномер не сбивает с толку окружающий свет?

Лазерный свет, излучаемый устройством, имеет определенную длину волны, которая отличается от длины волны любого обычного света, исходящего из окружающей среды.Используя эту частоту, легко отфильтровать все, что из приемника на дальномере, за исключением лазерного света, отраженного от цели. Искатель видит только собственный свет. Это также очень помогает, когда большая часть исходящего света отражается от цели, даже если отраженный свет составляет часть от исходного излучаемого света, искатель сможет обнаружить его там, где человеческий глаз не может.

Как дальномер выбирает показания для отображения?

Лазерные дальномеры

обычно работают очень быстро и выстреливают десятков, сотен или тысяч импульсов на целевой объект и используют весь этот диапазон выборки для определения правильного расстояния для сообщения.

Во всех этих измерениях одни будут от самой цели, а другие — от других объектов и местности спереди, сбоку и позади нее.

Дальномер будет принимать во внимание все эти показания, анализировать их и использовать алгоритм для выбора наиболее подходящего расстояния.

По всем показаниям, если одно расстояние более распространено, чем другие, есть большая вероятность, что это тот объект, который пользователь пытается измерить. Так вот что будет возвращено.

Как работают оптические дальномеры

У оптического дальномера

есть свои преимущества. Вам не нужна отражающая цель, и оптику никогда не сбивает с толку погода, атмосферные условия или окружающая местность, а компоненты делают их строительство дешевыми. В видео ниже от Mr Wizard вы увидите, как можно выполнить примитивное определение расстояния с помощью двух маленьких зеркал и дерева.

Однако… оптическое определение дальности сегодня не так широко, как раньше. Вам будет сложно найти хорошую оптику для продажи где-либо, кроме антикварного магазина, потому что лазерные дальномеры настолько дешевы и легко доступны, и в них добавлено множество функций, с которыми оптический дальномер просто не может сравниться.

Оптические дальномеры

могут работать по принципу совпадений или стереоскопического дальномера .

При совпадении изображения дальномера цели, отраженные от 2 разных источников, показываются оператору, который обычно смотрит в инструмент одним глазом и затем должен внести корректировки, чтобы соответствовать их выравниванию. Когда изображения выровнены, это называется помещением их в «совпадение», и величина корректировки, необходимая для этого, используется для определения расстояния до цели.

Стереоскопический дальномер использует оба глаза оператора и позволяет им совмещать контрольные метки внутри сетки нитей для определения расстояния.

Это действительно отличное видео из мистера Волшебника, телешоу для детей 80-х годов, которое демонстрирует концепцию диапазона разделенных изображений , на котором выполняется поиск с использованием 2 зеркал и измерительной шкалы.

Вот еще одно видео от Jimmym40a2, которое показывает вам дальномер Барра и Страуда 1942 года выпуска и кратко объясняет, как он работает.

Существует также очень простой и очень дешевый тип дальномера, в котором используется прицельная сетка MilDot . Это просто отмеченная сетка, которая позволяет вам оценить расстояние до цели, если вы знаете (или можете приблизительно) размер цели.

Вот видео из Ted’s HoldOver, которое знакомит вас с принципами работы прицелов MilDot.

Дальномерные другие виды

Хотя они неприменимы для повседневного определения дальности, используемого стрелками или охотниками, стоит упомянуть эти другие типы оборудования для определения дальности и немного объяснить, как они работают.

РАДАР

RADAR расшифровывается как Radio Detection And Ranging. Радиолокационное определение расстояния работает аналогично лазерному определению дальности, за исключением того, что вместо сфокусированного лазерного светового луча распространяется импульс радиосигнала и измеряется время, необходимое для его отражения. Поскольку радиоволны распространяются со скоростью света, эта скорость и время их возвращения от цели могут использоваться для расчета расстояния от радиолокационной станции до любых объектов в пределах распространения.

Поскольку РАДАР излучает на большой площади и имеет большую длину волны, он лучше подходит для определения расстояния и скорости больших объектов, таких как самолеты и корабли, в открытом космосе.

RADAR не подвержен влиянию облачной погоды или окружающего освещения (он работает ночью или при ярком солнце), а поскольку радиоволны имеют большую длину волны, он может работать на больших расстояниях.

ЛИДАР

LIDAR работает аналогично RADAR, но восходит к принципу лазерного дальномера, но в гораздо большем масштабе.Он излучает световые импульсы в широком диапазоне вместо радиоволн или звуковых импульсов.

LIDAR намного дороже, чем RADAR, но может обеспечить обнаружение очень мелких объектов.

Однако на LIDAR влияют погодные условия, такие как облака и туман, и он будет работать только на меньших расстояниях, чем RADAR.

СОНАР

Эхолот

использует звуковой импульс и измеряет время прохождения звуковых волн к цели и обратно, а также скорость звука, что позволяет рассчитать расстояние до цели.

Сонар используется под водой, где лазерный свет и радиоволны не распространяются легко.

Ультразвуковой

Ультразвук — это высокочастотная звуковая волна, которую не может услышать человеческое ухо, поскольку она превышает частоту, на которой мы можем слышать (20 000 Гц). Когда эти волны ударяются о объект, они отскакивают назад, и если вы знаете скорость звуковой волны (скорость звука 330 м / с), вы можете рассчитать расстояние до цели.

У вас есть датчик парковки на машине? Скорее всего, он работает с использованием принципов ультразвукового определения дальности.Ультразвук работает в темноте на коротких расстояниях (то, что вам нужно в автомобиле) и безвреден для человека.

Хотя он отлично подходит для парковочных датчиков и других приложений, ультразвук не подходит для обнаружения целей на большом расстоянии.

Принципиальная схема лазерного дальномера

. | Скачать научную диаграмму

Контекст 1

… ВВЕДЕНИЕ Робот представляет собой сложное механическое устройство, управляемое компьютером, оснащенное множеством датчиков для получения информации из окружающей среды и множеством исполнительных механизмов для манипулирования объектами или самоуправления.Это определение — одно из доступных. Роботов можно разделить на несколько групп по их конструкции. Автономная группа — автономные мобильные роботы. Должны быть определены слова автономный и мобильный. Мобильный робот может перемещаться и ориентироваться в неизвестной среде. Для этого робот должен знать ответы на три основных вопроса: «Где я?», «Куда я хочу пойти?» и «Как добраться?». Чтобы получить ответы на эти вопросы, роботу нужно как-то ощущать окружающее пространство. Сенсоры для определения местоположения и навигации могут помочь нам ответить на три наших предыдущих вопроса.Одним из датчиков для навигации является лазерный дальномер, с которым мы работаем в этой статье, а также анализируем его характеристики. Для решения задач мобильной робототехники, в основном локализации и навигации, необходимо иметь представление об окружающей среде — конфигурационное пространство. Основными конфигурационными пространствами являются геометрические, топологические и метрические карты. В данной работе мы рассматриваем методику построения метрической карты с помощью лазерного дальномера. II. СЕНСОРЫ ДЛЯ НАВИГАЦИИ Одним из основных видов деятельности мобильного робота является получение и обработка информации о среде, в которой движется робот.Эту информацию робот получает благодаря различным датчикам. Чаще всего используются дальномеры, работающие на разных физических принципах — ультразвуковом, инфракрасном и лазерном. Эти типы дальномеров могут измерять расстояние до измеряемого объекта, а также направление на этот объект. Лазерный дальномер может работать по принципу определения времени полета (т. Е. TOF) или измерения сдвига фаз между отправленным и полученным сигналом (рис. 1). Реализация лазерных дальномеров, использующих фазовый сдвиг, проще, дешевле и, следовательно, также чаще используется на практике.По такому же принципу работает лазерный дальномер Hokuyo UTM-30LX, который использовался в экспериментах [1]. Принцип измерения лазерного дальномера с фазовым сдвигом состоит в том, что световой луч направляется в окружающую среду. Направленный луч света достигает площади поверхности объекта в точке P. Для поверхности с толщиной, большей, чем длина волны отправляемого света, свет отражается от поверхности диффузно, что означает, что отражение является почти изотропным. Отраженный компонент света возвращается обратно в считывающее устройство почти параллельно по сравнению с отправленным лучом.Очевидно, что датчик излучает модулированный по амплитуде свет известной частоты и измеряет фазовый сдвиг между отправленным и принятым сигналом. Длину волны модулированного сигнала можно определить в соответствии с …

Контекст 2

… Участок D — это расстояния, указанные на рисунке (рис. 1). Расстояние между детектором и объектом можно выразить как: (3) где θ — измеренный фазовый сдвиг между отправляемым и отраженным лучом, λ — известная длина волны отправляемого луча.Параметры, указанные производителем, определены для поверхности точного размера, расположенной перпендикулярно измерительному лучу. На практике часто необходимо сканировать разные виды поверхностей под разными углами, поэтому необходимо экспериментально проверить заявленные параметры для разных поверхностей и разных углов измерения. Для получения данных, необходимых для создания модели сенсора, было проведено три типа экспериментов. Первый был направлен на воспроизводимость измерения перпендикулярно объекту, второй — на повторяемость измерения под углом 45 °, а третий — на стабильность измерения края объекта. .Первые два теста проверяют стабильность измеренного расстояния, а третий тест проверяет стабильность измеренного угла и измерения на границе двух объектов. [1] Для этих испытаний использовались поверхности белой стены, белой бумаги, черной бумаги, белой футболки, алюминиевой фольги, зеркала и оргстекла. Для каждого материала было проведено 200 измерений на заданном расстоянии (500 мм и 1500 мм) и под двумя углами (90 ° и 45 °) — Таблица I, Таблица II. Для зеркала и поверхности из оргстекла были проведены аддитивные измерения из-за нечетких результатов — Табл III, Табл IV.Из всех результатов измерений были обнаружены какие-то знания. Лазерный дальномер будет давать плохие результаты измерений для материала, например оргстекла или стекла, зеркала или полированной металлической поверхности. Эти факты могут быть компенсированы синтезом данных с большего количества датчиков, работающих по другому физическому принципу. Мы также можем предположить, что дальномер плохо интерпретирует материалы или препятствия, которые очень тонкие или узкие, например проволочная сетка. Поскольку лазерный дальномер плоский, измерение необходимо интерпретировать в плоскости.Это причина, по которой необходимо измерение, направленное на согласованность данных по краям препятствий. Это измерение было выполнено в Институте управления и промышленной информатики ФЭИ ГТУ [2]. Измерения проводились для четырех расстояний — 50 см, 150 см, 250 см и 530 см. Для каждого расстояния измерения были выполнены 10 раз с 500 измеренными расстояниями на набор данных. Результатом измерения является количество сдвигов объекта для его левого и правого края (Таблица V). На основе распределения Гаусса и измеренных расстояний можно определить смещение границы объекта на основании угловых расстояний между двумя лучами лазерного дальномера (Таблица VI) соответственно…

Точность ультразвуковых и лазерных дальномеров

Ультразвуковой или лазерный дальномер?

Если вы собираетесь купить дальномер, возникает дилемма финансового инжиниринга. Вы приобретете более дорогой лазерный дальномер или приобретете недорогую модель, работающую на УЗИ. Некоторые теоретические основы и практическая информация важны и помогут вам сделать правильный выбор.

Высокая точность и прецизионность измерения — дальномер может измерять расстояния даже с точностью до миллиметра и достигать этого результата с очень высокой воспроизводимостью.Погрешность в миллиметрах очень трудно измерить с помощью традиционной ленты или других измерительных приборов, особенно при измерении больших расстояний.

Тахометр-дальномер измеряет расстояние без использования специальных зеркал или световозвращающего материала. Электромагнитная волна, излучаемая инструментом, отражается от объекта, находящегося в фокусе, обратно на инструмент. Расстояние определяется анализом возвратной волны.

Long range — на рынке есть ручные дальномеры, которые измеряют километры, но с низкой точностью.Большинство инструментов класса строительства позволяют устанавливать отрезки длиной 250 метров.

Расчеты на экране — некоторые дальномеры могут рассчитывать различные значения на основе измеренной длины. Простые инструменты рассчитывают поверхность и объем, более продвинутые дальномеры могут определять длину недоступных сегментов, используя теорему Пифагора, а инструменты верхней полки показывают даже наклон объектов.

Миниатюрный размер — ручные дальномеры небольшие, легкие, устойчивые к неблагоприятным погодным условиям, работают от 2-3 батареек, что позволяет проводить несколько тысяч измерений.

Имеющиеся на рынке ручные дальномеры

делятся на две основные группы:

Дальномеры электромагнитные (частный случай лазерных дальномеров)
ультразвуковые дальномеры

Первая группа может быть разделена методом определения расстояния

импульсные дальномеры
Фазовые дальномеры

Ультразвук или лазер?

Чтобы ответить на заглавный вопрос, несколько слов полезной теории.В основе каждого лазерного дальномера лежит оптико-электронная система. Он отвечает за отправку электромагнитного импульса (лазер) и прием отраженного сигнала и его анализ. Импульс, посланный передатчиком, достигает измеряемого объекта, отражается от его поверхности и возвращается в дальномер, где электронная система определяет расстояние:

вычисление времени путем измерения сдвига фазы отправляемых и возвращающихся волн — в фазе дальномеров,
основан на прямом измерении времени, которое требуется импульсу для прохождения двойной линии между дальномером и объектом — в импульсе дальномера.

Ультразвуковые дальномеры работают по тому же принципу, что и лазерные дальномеры. Однако здесь передающий блок состоит из динамика и микрофона. Динамик излучает не электромагнитные волны, а звуковую волну. Электронный модуль измеряет время, которое проходит с момента отправки ультразвукового сигнала до приема отраженных эхосигналов через приемник.

Что лучше?

Преимущества и недостатки лазерных дальномеров и ультразвуковых дальномеров напрямую зависят от типа волн, которые они используют для измерения расстояний.Даже если скорость определения расстояния сильно зависит от скорости распространения волн — электромагнитная скорость около 300 000 км / с (скорость света) и ультразвук около 343 м / с (скорость звука в воздухе). Оба типа волн несут с собой основные физические явления — отражение, преломление и поглощение. Различное поведение электромагнитных волн и ультразвуковых дальномеров обоих типов имеет свои преимущества и недостатки.

Каковы преимущества лазерных дальномеров?

очень высокая точность (например, 1 мм, фазовые дальномеры)
Измерение с помощью лазерного луча
высокая надежность измерений в труднопроходимой местности и препятствиях
очень большая дальность до более 1000 м (импульсные дальномеры)
высокоэффективное измерение объектов, отражающих сигнал под большим углом
видимое лазерное пятно, служащее индикатором и облегчающее наведение на цель
скорость работы — лазерный дальномер измеряет расстояние в несколько метров примерно за 1 секунду
интеграция с измерениями и расчетами, а также возможность использования обозначенной длины для расчета других геометрических величин (например,г., площадь поверхности)
Низкое энергопотребление — выполнение нескольких тысяч измерений с 2-4 батареями

Какие недостатки у лазерных дальномеров?

Относительно низкая точность импульсных дальномеров
Отсутствие измерения прозрачных объектов
Значительная чувствительность для работы под прямыми солнечными лучами в помещении и на открытом воздухе на полном солнце — часто отраженный сигнал рассредоточен и его мощности после возвращения в приемную систему недостаточно для определения расстояния

Каковы преимущества ультразвуковых дальномеров?

возможность измерения прозрачных объектов, в том числе поверхности воды
Измерение ультразвуком
низкая закупочная цена

Какие недостатки у ультразвуковых дальномеров?

очень малый диапазон измерения (до нескольких метров)
требует от пользователя очень тщательного контроля измерений из-за риска ошибок в результате отражений от случайных предметов / объектов — ультразвуковые дальномеры лучше всего работают в пустых помещениях или на открытом воздухе.
очень низкая точность
ограниченное использование в инженерных приложениях
низкоэффективное измерение объектов, отражающих сигнал под большим углом

Все, что мы должны знать

Если посмотреть на вышеизложенное, то ясно, что ультразвуковые дальномеры проигрывают практически во всех аспектах конкуренции с лазерными дальномерами.

Наконец, важное замечание — некоторые ультразвуковые дальномеры на рынке оснащены лазерным пятном, которое действует как индикатор. Пожалуйста, будьте осторожны, потому что ультразвуковой дальномер по-прежнему измеряет на основе ультразвука. В таких моделях лазер предназначен только для наведения на цель.

Как работает лазерный дальномер? Краткое объяснение (с иллюстрациями)

Последнее обновление 16 февраля 2021 г.

Есть много инструментов, которые мы используем и считаем само собой разумеющимся тот факт, что они работают, не задумываясь о , как они работают.Хотя это нормально для большинства инструментов, некоторые инструменты, такие как лазерный дальномер, будут работать лучше, если вы поймете, как они работают.

На первый взгляд все просто; наведите дальномер на цель и выполните измерение. Но как это чтение попадает на ваш экран? Если вы понимаете, как дальномеры производят свои измерения, вы можете начать выяснять, почему разные модели могут давать разные показания в определенных ситуациях.

Но когда вы делаете важный удар в гольфе или собираетесь отступить и позволить стреле лететь с большой выгодой, вам не нужны расхождения в ваших измерениях.Знание того, как работает ваш дальномер, может гарантировать, что вы выберете правильный дальномер для вашего использования и настроите его так, чтобы он давал вам необходимую информацию.

Как работает лазерный дальномер: основы

Основы лазерного дальномера просты. Сначала дальномер испускает лазерный луч. Этот лазерный луч попадает на поверхность, на которую направлен дальномер, и отражается обратно в дальномер. Внутри устройства датчик приемника обнаруживает луч, а сверхскоростные часы измеряют, сколько времени потребовалось для отражения лазерного луча.

Лазерный луч движется со скоростью света. Программное обеспечение дальномера умножит скорость лазерного луча на время, необходимое для отражения от поверхности, чтобы вычислить расстояние до поверхности цели.

Теоретически все довольно просто. Но чем ближе вы смотрите, все становится сложнее.

Оптика

Когда мы начинаем обсуждение лазерных дальномеров, имеет смысл начать с оптики. Они не измеряют, но по-прежнему важны для процесса.Если вы не можете найти цель, вы не можете ее измерить, а хорошая оптика — это то, что позволяет вам найти цель.

Оптика дальномера имеет установленный уровень увеличения, чаще всего от 5 до 10 крат. Более высокое увеличение обычно позволяет увидеть более детальное изображение, и вы можете пропустить некоторые вещи с более низким уровнем увеличения.

Когда цель окажется в поле зрения и отцентрируется в дальномере, пора проводить измерения. Нажмите кнопку, и дальномер направит лазерный луч на вашу цель, начав процесс измерения.

Лазеры дальномерные

Лазер — это, по сути, рулетка дальномера. Он достигает поверхности и отражается обратно к датчику, поэтому программное обеспечение может определить, как далеко прошел лазер. Но есть много различий между лазерами, установленными в разных дальномерах, которые могут существенно повлиять на работу каждого устройства.

На самом деле, ваш дальномер посылает не один лазер. На самом деле это серия лазерных лучей, позволяющая программному обеспечению выполнять несколько измерений в быстрой последовательности.Но эти лучи не просто отражаются от всего, что вас окружает. Все они заключены в луче лазера.

Изображение предоставлено: Эндрю «FastLizard4» Адамс, Flickr

Представьте, что вы измеряете расстояние до оленя в поле, но на полпути вниз по холму вы находитесь на дереве с большой веткой, закрывающей обзор. Лазер может частично достичь оленя, даже если он частично заблокирован веткой. Поскольку дальномер отправил несколько импульсов, он будет снимать измерения как с ветки, так и с оленя.

Что такое расходимость луча?

Пример оленя может быть трудно представить, если вы визуализируете лазер с дальномера, похожий на лазерную указку. Лазерная указка имеет небольшой и плотный лазерный луч. Луч вашего дальномера не такой плотный и продолжает расширяться по пути к цели.

Расходимость луча — это мера того, насколько разнесен этот луч. То, что начинается всего в нескольких миллиметрах в исходной точке лазера, может оказаться областью в несколько футов в поперечнике к тому времени, когда он достигнет цели на расстоянии 1000 ярдов.При измерении такой большой площади легко увидеть, как можно измерить все виды других предметов, которые не входят в вашу цель.

Изображение предоставлено: Antrakt2, Shutterstock

К сожалению, эти другие элементы могут привести к неточному измерению дальномером. Кисть между вами и целью, холмы на заднем плане, другие объекты в пределах видимости и даже земля позади вашей цели — все это может помешать точному измерению вашей цели.

С другой стороны, луч с малой расходимостью может быть труднее прицелиться.Это особенно актуально, когда вы держите его в руке и пытаетесь измерить цель на большом расстоянии. Тем не менее, чем плотнее луч, тем точнее будут ваши измерения.

Независимо от того, насколько велико расхождение луча, у дальномера есть проблемы, с которыми приходится иметь дело. Прямо сейчас проводится множество различных измерений. Но как он решает, какое измерение вам показать? Это сводится к тому, что, возможно, является самой важной частью любого лазерного дальномера — программным обеспечением.

ЧТЕНИЕ ПО ТЕМЕ: 5 различных применений дальномера

Программное обеспечение для дальномера

Программное обеспечение, управляющее вашим дальномером, определяет, как он будет использовать информацию, собранную с помощью лазера, для измерения. После того, как все измерения были выполнены для множества отправленных лазерных лучей, дальномер отобразит эти измерения на графике, чтобы он мог видеть, где расположены кластеры измерений.

Эти кластеры будут располагаться вокруг самых больших объектов в пределах окна расходимости луча.Итак, если мы вернемся к примеру с оленем и деревом, у вас будет группа измерений вокруг ветви дерева и еще одна группа измерений на расстоянии, на котором стоит олень.

Затем программа определит, какой из этих кластеров будет представлен вам в качестве окончательного измерения.

Как программа интерпретирует данные

Существует пять основных способов, которыми программное обеспечение может интерпретировать серии измерений, выполненных с помощью лазеров.Дальномер выберет одно показание из серии измерений и выдаст его вам в качестве окончательного измерения.

Ближайший кластер

Здесь программа использует ближайший к вам кластер измерений в качестве окончательного измерения. В нашем примере с оленями и деревом это будет означать, что устройство покажет вам размер ветки дерева, а не оленя.

Ближайшие чтения

Большинство дальномеров старого образца работают с максимально близким показанием.Они возьмут самое близкое измерение и представят его вам как диапазон. Это означает, что все, что находится между вами и вашей целью, может быть ошибочно показано вам как расстояние до вашей цели.

Самый концентрированный кластер

Здесь программа будет искать самый большой кластер схожих показаний. Необязательно, чтобы все они были одного и того же измерения, но все они должны быть близки. Это требует, чтобы программное обеспечение анализировало все точки данных, а не только самые близкие.

Наиболее концентрированное чтение

Аналогичен наиболее концентрированному кластеру, но более точен. Программа выполнит единичное измерение с наиболее идентичными показаниями и представит его как окончательное расстояние.

Наибольшее значение чтения

Противоположность ближайшему чтению. Дальномер, использующий самые дальние показания, покажет вам самое дальнее измерение в качестве окончательного показания. Это может быть полезно, когда между вами и вашей целью много разногласий.

Системы избирательного наведения

Как видите, то, как ваше программное обеспечение интерпретирует сделанные измерения, может иметь огромное значение для того, насколько точным будет ваше окончательное измерение. Каждый метод интерпретации данных может быть полезен в определенных ситуациях или практически бесполезен в других. Независимо от того, какой из них использует ваш дальномер, будут ситуации, когда он будет менее оптимальным.

Изображение предоставлено: Олимпик, Shutterstock

Но что, если бы вы могли изменить способ использования дальномером данных для каждой ситуации, в которой вы оказались? Поприветствуйте системы избирательного наведения.Это позволяет вам решить, как вы хотите, чтобы программное обеспечение вашего дальномера интерпретировало выполняемые измерения.

Это довольно новая технология, и она доступна не для всех моделей. Если вы хотите попробовать дальномер с этой полезной функцией, попробуйте дальномер Bushnell Fusion 1-Mile. Он позволяет вам выбирать между тремя различными программными режимами, которые он называет режимами автоматического сканирования, BullsEye и Brush.

Другие факторы, которые следует учитывать

Мы рассмотрели все основы работы лазерных дальномеров.Но есть и другие факторы, которые следует учитывать при выборе одного из них.

Как далеко вы планируете дальность? Если вы знаете, что собираетесь использовать его только на более близких расстояниях в 200–300 ярдов, то, возможно, вам не нужно уделять этому большое внимание. С другой стороны, если вы хотите отстреливать оленя на расстоянии 1000 ярдов, вам нужно убедиться, что у вас есть дальномер, который может точно измерять на этом расстоянии.

Что произойдет, если вы измеряете спуск с холма, а ваша цель находится не под тем же углом, что и вы? В этом случае вам потребуется компенсация диапазона углов.Это интеллектуальный алгоритм в программном обеспечении дальномера, который автоматически вычисляет разницу углов и компенсирует ее при измерении, чтобы вы могли гарантировать точные показания.

Когда лазерные лучи отражаются обратно в дальномер, все они собираются оптикой приемника, которая фокусирует их и отправляет на датчик. Размер апертуры оптики приемника определяет, сколько данных может собрать дальномер. Чем больше апертура, тем больше данных, что позволяет устройству получать более точные измерения на больших расстояниях.

В конце концов, мы все купили бы лучший товар, соответствующий нашим потребностям, если бы деньги не были решающим фактором. Но в этом мире деньги всегда играют важную роль.

Если вам нужен первоклассный дальномер без компромиссов и с невероятной точностью в любой ситуации, вы можете купить Vectronix Vector 23. Конечно, он обойдется вам в 24000 долларов, поэтому все, кому нужен дальномер, этого не делают. не покупаю.

Но не волнуйтесь, эта модель во много десятков раз дороже большинства приличных дальномеров.Вы можете найти приличное устройство всего за несколько сотен, но, вероятно, вы пойдете на некоторые компромиссы. Более дешевые модели часто имеют некачественные линзы, которые могут затруднить поиск цели в оптике. У них также может быть неэффективное программное обеспечение или небольшая апертура, которая не собирает много данных.

За отметку в 1000 долларов вы получите высокопроизводительный дальномер с множеством полезных функций, обеспечивающих точные измерения в большинстве ситуаций.

Наш любимый дальномер в 2021 году

Лазерный дальномер Vortex Optics Ranger 1800

Дальномер Ranger 1800 прост в использовании, отличается чистым, освещенным дисплеем и высокой точностью…
В основном режиме HCD отображается расстояние с угловой компенсацией, которое идеально подходит для большинства …

Заключение

Хотя все лазерные дальномеры выполняют одну и ту же базовую функцию, расхождения в том, как они проводят измерения, могут привести к совершенно разным характеристикам моделей.

Все начинается с отражения лазерных лучей от целевой поверхности, которую вы хотите измерить. Часы записывают, сколько времени потребовалось лучам, чтобы вернуться к устройству, а программное обеспечение интерпретирует данные, чтобы предоставить вам измерение.

Но качество луча и то, как программное обеспечение интерпретирует данные, может означать разницу между дальностью до оленя, на которого вы нацеливаетесь, и ошибочным измерением ответвления между вами и вашей целью.

Заголовок и изображение предоставлено: PRESSLAB, Shutterstock

Принцип работы лазерных дальномеров

Принцип работы лазерного дальномера

Принцип работы лазерного дальномера

Принцип работы лазерного дальномера

Функции лазерных дальномеров

Определение расстояния из разных точек отсчета

Измерение площади и объема

Непрерывные измерения

Измерения на основе вычислений

Определение минимума и максимума

Виды лазерных дальномеров

Как выбрать лазерный дальномер

Лазерные дальномеры — устройства для измерения расстояния с широкой сферой применения

Сфера применения

Характеристики прибора

Дополнительные функции

Критерии выбора лазерного дальномера

Место проведения измерений

Точность и диапазон

Условия

Устройство лазерного дальномера

Основные элементы строительного дальномера

Виды дальномеров

Фазовые измерители

Импульсные измерители

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

Работа с лазерной рулеткой

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Дополнительные функции

Ошибки и поверка лазерного дальномера

Принцип работы цифрового дальномера и его особенности

Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми) дальномерами

Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми) дальномерами

Поделиться ссылкой:

Лазерная рулетка: принцип работы, устройство, возможности, выбор

Лазерная рулетка: устройство и принцип работы

Как выбрать лазерную рулетку: возможности решают все

Как выбрать лазерный дальномер: на что обратить внимание

Прибор для измерения расстояния лазерный, дальномер принцип работы

Устройство лазерного дальномера

Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров

Основные элементы строительного дальномера

Виды дальномеров

Фазовые измерители

Импульсные измерители

Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

Работа с лазерной рулеткой

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

Рекомендации по выбору лазерной рулетки

Видео: обзор лазерного дальномера ЛДМ-70

Дополнительные функции дальномера

Видео: измерение площади непрямоугольных стен лазерным дальномером

Как работает инструмент лазерный дальномер

Принцип работы лазерного дальномера

Зависимость техники от условий

Как работать инструментом на улице?

Правильная эксплуатация

Самодельный сканирующий лазерный дальномер

Зачем нужен сканирующий дальномер?

Самодельный дальномер

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Электроника

Механическая часть

Программная часть дальномера

Использование дальномера

RP Photonics Encyclopedia — лазерные дальномеры, времяпролетный метод, фазовый сдвиг, дальность действия, лазерная безопасность, приложения

Прямые измерения времени пролета

Метод многочастотного фазового сдвига

Дополнительные функции

Аспекты лазерной безопасности

Различные проблемы

Применение лазерных дальномеров