Содержание

Лазерный дальномер - рулетка, линейка для работы в помещениях и на местности

Существует множество способов измерения расстояний – шагами, линейкой, рулеткой и пр. ХХ век добавил в средства измерений такой прибор, как лазерный дальномер. Его широко применяют военные, геодезисты  для съемки местности. Лазерный дальномер был использован для замера расстояния до земного спутника – Луны.

Использование лазерного дальномера

В наши дни дальномеры, уровни, использующие лазер в своей работе, можно встретить у любой строительной бригады, занимающейся возведением зданий, и внутренней отделкой внутренней.

Принцип работы

Лазерные измерительные приборы используют в своей работе два принципа – импульсный и фазовый.

Первый дальномер состоит из двух компонент – лазера и детектора. Замерив время, которое лазерный луч затратить на движение по пути от источника до отражающего объекта, можно вычислить точное расстояние между ними. Эти устройства применяют для работы на больших расстояниях. Технология работы заключается в следующем, лазер генерирует мощный импульс и отключается. Такое свойство позволяет его скрытно использовать. Это свойство и является решающим фактором, определяющим использования этого прибора военными.

Второй тип, фазовый, работает по следующему принципу. Лазер на некоторое время включает и направляет луч на удаленный объект, у него (луча) разная моделированная частота и по изменению фазы рассчитывают расстояние до объекта. Фазовые измерительные расстояния не имеют приборов для замера отражаемого сигнала. Эти приборы эффективны на расстояниях до 1 километра и поэтому их применяют для бытовых нужд или в качестве прицельных устройств для стрелкового оружия.

Схема действия лазерного дальномера

Лазерный дальномер, применяемый в быту и на строительстве, по сути, является смесью калькулятора и рулетки. Между тем такой прибор обладает рядом неоспоримых достоинств:

    1. это устройство предоставляет возможность выполнения измерения линейных размеров (длина, высота, ширина), при этом встроенный калькулятор автоматически рассчитает периметр. Кроме того, счетное устройство поможет определить объем помещения;
    2. дальномер оснащен возможностью хранения полученных данных во внутренней памяти. Их можно использовать для проведения расчетов;
  1. прибор позволяет измерять расстояние на удаленных расстояниях при чьей-либо помощи, кстати, замеры можно выполнять и на закрытых и на открытых площадках, в разных погодных условиях.

Особенности

При работе с лазерным дальномером целесообразно учитывать некоторые особенности работы с этим устройством.

Дальномеры имеют возможность выполнять измерения на разных расстояниях и с определенной погрешностью. Так, предельное расстояние может лежать в диапазоне от 60 до 200 метров, при погрешности в 5 см. Эти данные указываются в паспорте на изделие. Большая часть моделей дальномеров работает в пределах от – 10 до + 50 градусов.

При эксплуатации прибора на улице, необходимо помнить о том, что не последнюю роль играют погодные условия. Эффективность работы может быть снижена как в плохую, так и в солнечную погоду.

Ключевые особенности

При выполнении замеров необходимо устранить препятствия, которые могут возникнуть между прибором и объектом, это, может быть, листва, стекло и пр.

Практика использования лазерных приборов измерения привела к появлению определенных правил работы. Например, результат измерений будет искажен, если луч будет направлен на поверхность с высокой отражающей поверхностью (зеркало, фольга). Результат будет не совсем верный, если луч будет направлен на объект с низкой отражательной способностью (толь).

Для получения предельно точных результатов используют специальное приспособление ,обладающее отражательной поверхностью.

Во время эксплуатации необходимо постоянно следить за состоянием аккумуляторов или батареек. Слабые источники тока также отрицательно влияют результаты измерений.

При проведении измерений целесообразно использовать штатив. В таком случае точность замера будет повышена.

Порядок работы с лазерной рулеткой

Использование лазерного дальномера на практике это довольно простая задача. Для выполнения измерения достаточно установить его в исходную точку, направить на объект, до которого необходимо выполнить замер и активировать прибор. При этом надо помнить то, что для повышения точности целесообразно использовать штатив, особенно это актуально при измерении больших величин.

Порядок работы с лазерной рулеткой

То есть, проводить выполнения замеров, может, даже один человек без привлечения, помощников.

Правила пользования

При работе с такими устройствами необходимо соблюдать определенные правила. Так, категорически недопустимо направлять лазерный луч в сторону человека. Его попадание в глаза может привести к непоправимым последствиям, вплоть до потери зрения.

Проведение измерений при ярком солнце может быть затруднено из-за сложностей с видимостью лазерного маркера. В таком случае необходимо использовать специальные очки, через которые сразу будет его видно.

Лазерная съемка на местности

Во время выполнения измерения на улице, особенно на большие расстояния, необходимо применять пластину, которую называют визир.

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Несмотря на внешнюю простоту, лазерная линейка – это сложный инженерный прибор. Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

Схема работы лазерного дальномера

  1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
  2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
  3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
  4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
  5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
  6. 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.

    1. 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.

Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

Все дальномеры, можно условно разделить на две большие группы. Одни применяют для внутренних работы, другие для внешних. Диапазон измерений, дальномеров, которые предназначены для внутренних измерений как правило, не превышает 100 метров.

Лазерный дальномер для работы в помещениях

Для таких работ могут быть использованы дальномеры, которые используют оба принципа действия.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Лазерные дальномеры, которые применяют для работы на улице, позволяют показать результат при работе на 300 и более метров.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Они оснащаются необходимыми приспособлениями, позволяющими выполнять измерения на таком расстоянии.

На что смотреть при выборе лазерного дальномера

На рынке представлено множество моделей лазерных дальномеров и зачастую потребитель может просто запутаться в обилии предложении. Поэтому потребитель, делая выбор лазерного дальномера, может руководствоваться определенными критериями, среди которых есть такие:

    1. Для работ внутри помещения достаточно прибора, который может выполнять замеры углов, и иметь функции, например, расчет периметра. Рулетки этого класса имеют небольшой диапазон измерений примерно в пределах 100 метров.
    2. Для работ на открытых пространствах применяют более дорогие модели. Они оснащены большим набором функций, в частности, может выполнять замер минимального и максимального измерения. Кроме того, их оснащают визирами, средствами подключения к компьютеру.

    1. Для работ на улице должны использоваться приборы, выполненные в защищенных корпусах и иметь кейсы, предназначенные для транспортировки.
    2. Разумеется, не последнюю роль играет стоимость изделия. Так, устройства, предназначенные для работы внутри помещений, стоит несколько дешевле, чем те, которые предназначены для работ на открытых пространствах.

  1. Конечно, нельзя обойти вопрос, а какая компания произвела продукцию. Стабильным спросом пользуются приборы, произведенные в компании Makita, Bosch, Hilti и некоторых других. Кстати, при покупке такого прибора, целесообразно уточнить наличие документов, подтверждающих качество и безопасность этих устройств. Дело в том, что популярность таких приборов, привела к тому, что на рынке существует большое количество приборов низкого качества изготовления.

Как работает лазерная рулетка: реверс-инжиниринг / Хабр

Ранее

в своей статье

я рассказывал о том, как устроены фазовые лазерные дальномеры. Теперь пришло время разобраться с тем, как работают бытовые лазерные рулетки. Разобраться — это не просто заглянуть, что же там внутри, а полностью восстановить всю схему и написать собственную программу для микроконтроллера.



Принцип работы лазерных рулеток

Большинство лазерных рулеток используют

фазовый

, а не импульсный (времяпролетный, TOF) метод измерения расстояния.

Для целостности этой статьи процитирую часть теории из своей предыдущей статьи:

В фазовом методе, в отличие от импульсного, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм).

Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.

Расстояние определяется по формуле:


Где с — скорость света, f — частота модуляции лазера, фи — фазовый сдвиг.

Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.

Если частота модуляции равна 10 МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.

При превышении этого расстояния возникает неоднозначность— невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.

Самый простой случай — использование двух частот, на низкой приблизительно определяют расстояние до объекта (но максимальное расстояние все равно ограничено), на высокой определяют расстояние с нужной точностью — при одинаковой точности измерения фазового сдвига, при использовании высокой частоты точность измерения расстояния будет заметно выше.

Так как существуют относительно простые способы измерять фазовый сдвиг с высокой точностью, то точность измерения расстояния в таких дальномерах может доходить до 0.5 мм. Именно фазовый принцип используется в дальномерах, требующих большой точности измерения — геодезических дальномерах, лазерных рулетках, сканирующих дальномерах, устанавливаемых на роботах.

Однако у метода есть и недостатки — мощность излучения постоянно работающего лазера заметно меньше, чем у импульсного лазера, что не позволяет использовать фазовые дальномеры для измерения больших расстояний. Кроме того, измерение фазы с нужной точностью может занимать определенное время, что ограничивает быстродействие прибора.

Как я уже упоминал выше, для повышения точности нужно повышать частоту модуляции излучения лазера. Однако измерить разность фаз двух высокочастотных сигналов достаточно сложно. Поэтому в фазовых дальномерах часто применяют гетеродинное преобразование сигналов. Структурная схема такого дальномера показана ниже. Рассматриваемая мной лазерная рулетка устроена именно так.

В состав дальномера входят два высокочастотных генератора, формирующие два сигнала, близких по частоте. Сигнал с одного из них подается на лазер, сигнал от другого (гетеродина) перемножается с сигналом, принятым фотоприемником. Получившийся сигнал подается на фильтр, пропускающий только низкие частоты (LPF), так что на выходе фильтра остается только сигнал разностной частоты. Этот сигнал имеет очень маленькую амплитуду, и его приходится усиливать, прежде чем подавать на микроконтроллер. Стоит заметить, что сделать низкочастотный усилитель с большим коэффициентом усиления намного проще, чем высокочастотный, что также является преимуществом гетеродинной схемы.

Поскольку в фазовом дальномере измеряется именно разность фаз сигналов, то в конструкции нужен еще один сигнал — опорный. Его получают перемножением сигналов от обоих генераторов. Оба получившихся низкочастотных сигнала обрабатываются микроконтроллером дальномера, который вычисляет разность фаз между ними.

Отдельно стоит упомянуть, что в большинстве лазерных дальномеров в качестве фотоприемников используются лавинные фотодиоды (APD). Они обладают собственным внутренним усилением сигнала, что уменьшает требования к усилительным узлам дальномера. Коэффициент усиления таких фотодиодов нелинейно зависит от питающего напряжения. Таким образом, если модулировать напряжение питания APD сигналом гетеродина, то смешивание (перемножение) сигналов происходит прямо в самом фотодиоде. Это позволяет упростить конструкцию дальномера, и уменьшить влияние шумов.

В тоже время, у лавинных фотодиодов много недостатков. К ним можно отнести:

  • Напряжение питания должно быть достаточно высоким — сотня вольт и выше.
  • Сильная зависимость параметров от температуры.
  • Достаточно высокая стоимость (по сравнению с другими фотодиодами).

Реверс-инжиниринг лазерной рулетки


В качестве подопытного образца я использовал набор «50M DIY Rangefinder», найденный на просторах Aliexpress (справа приведена фотография включенной рулетки). Насколько я понял, этот набор — внутренности лазерной рулетки «X-40» (сейчас ее можно найти в продаже за 20$). Этот набор я выбрал только потому, что на его фотографиях было видно электронику устройства. По имеющейся у меня информации, схемотехника этой рулетки очень близка к схемотехнике рулетки U-NIT UT390B+, и другим китайским лазерным рулеткам и модулям лазерных дальномеров.

Во время испытаний я смог проверить работу рулетки только на расстоянии в 10 м. Работала она при этом с большим трудом, время измерения было больше 5 секунд. Подозреваю, что даже расстояние в 20 метров она измерить бы уже не смогла, не говоря о заявленных производителем 50 м.

Что же представляет из себя конструкция такой рулетки?

Как видно из фотографий, она достаточно проста. Конструктивно рулетка состоит из блока лазерного дальномера, индикатора и платы с кнопками. Очевидно, что самое интересное — это блок дальномера. Вот так он выглядит вблизи:

С верхней стороны платы расположены две основные микросхемы дальномера — микроконтроллер STM32F100C8T6 и сдвоенный PLL генератор Si5351. Эта микросхема способна формировать два сигнала с частотами до 200 МГц. Именно она формирует сигнал для модуляции лазера и сигнал гетеродина. Также на этой стороне платы расположен смеситель и фильтр опорного (REF) сигнала и часть деталей узла высоковольтного источника напряжения для APD (вверху фотографии).

Так выглядит нижняя сторона блока дальномера:

Из фотографии может быть не понятно, но на самом деле здесь видно две печатные платы — вторая очень маленькая и закреплена вертикально. На этой фотографии хорошо видно выводы лазерного диода, маленький динамик (он постоянно пищал при работе, так что позже я его выпаял). Кроме того, здесь находятся компоненты, формирующие питающие напряжения рулетки.

На маленькой платке расположен лавинный фотодиод со встроенным интерференционным светофильтром и усилитель принятого сигнала. Вот так выглядит эта плата сбоку:

На фотографии справа показан вид лавинного фотодиода через линзу-объектив рулетки.

Следующий этап — восстановление схемы рулетки. Плата довольно маленькая и не очень сложная, хотя и многослойная, так что процесс восстановления схемы занял не очень много времени.
Фото платы с подписанными компонентами:

В одном из китайских интернет-магазинов мне удалось найти картинку с изображением печатной платы модуля лазерного дальномера (версия 511F), которая была очень близка по конструкции с моей платой (версия 512A). Разрешение картинки довольно низкое, зато на ней видно расположение проводников и переходных отверстий под микросхемами. В дальнейшем я подписал на ней номера компонентов и выделил проводники:

К сожалению, по маркировке части SMD компонентов не удалось определить их названия. Номиналы большинства конденсаторов нельзя определить без выпаивания их из платы. Номиналы резисторов я измерял мультиметром, так что они могут быть определены неточно.

В результате исследования у меня получилась вот такая структурная схема рулетки:

Электрическую схему я разбил на несколько листов:


Схема 1. Микроконтроллер, узел питания и некоторое простые цепи.

Здесь все достаточно просто — тут показаны микроконтроллер STM32, некоторые элементы его обвязки, динамик, клавиатура, некоторые ФНЧ фильтры. Здесь же показан повышающий DC-DC преобразователь напряжения (микросхема DA1), формирующий напряжение питания рулетки.

Рулетка рассчитана на работу от 2 батареек, напряжение которых может меняться в процессе работы. Указанный преобразователь формирует из входного напряжения VBAT постоянное напряжение 3.5 В (несколько необычное значение). Для включения и выключения питания рулетки используется узел, собранный на транзисторной сборке DA2. При нажатии кнопки S1 он включает DC-DC, после чего микроконтроллер сигналом по линии «MCU_power» начинает удерживать DC-DC включенным.

Во время одного из измерений я случайно сжег микросхему этого DC-DC преобразователя (щуп мультиметра соскочил, и замкнул ее ножки). Так как я не смог определить название микросхемы, мне пришлось выпаять ее, и подавать на рулетку напряжение 3.5 В от внешнего источника напряжения.

Снизу на краю платы есть 8 прямоугольных площадок, которые могут использоваться как отладочные или тестовые. Я отметил их на схеме «PMx». Из схемы видно, что все они подключены к выводам микроконтроллера. Среди них есть линии UART. Родная прошивка не ведет никакой активности на этих линиях, линия TX, судя по осциллографу, сконфигурирована на вход.
Также на краю платы есть 6 отверстий-контактов. На схеме они отмечены «Px». На них выведены линии питания рулетки и линии программирования STM32.


Схема 2. Узел PLL генератора, и узел управления лазерным диодом.

Микросхема PLL генератора Si5351 формирует прямоугольный сигнал, поэтому, чтобы убрать лишние гармоники, сигналы с выхода PLL подаются на два одинаковых полосовых фильтра. Тут же показан смеситель сигналов, собранный на диоде D1 — сигнал с него используется в качестве опорного при измерении разности фаз.

Как можно видеть из схемы, один из сигналов c PLL («LASER_signal») выводится на лазерный диод D3 без каких-либо преобразований. С другой стороны, яркость лазера (которая определяется величиной тока, текущим через него) стабилизируется при помощи аналогового узла, собранного на микросхеме DA3 и окружающих ее компонентах. Реальный уровень яркости лазера этот узел получает от встроенного в лазер фотодиода (он не показан на схеме). При помощи линии «laser_power» микроконтроллер может полностью отключить лазер, а при помощи линии «line10», соединенной с ЦАП микроконтроллера — регулировать яркость лазера. Исследование осциллографом показало, что рулетка постоянно удерживает на этой линии значение 1.4 В, и оно не меняется ни при каких условиях.


Схема 3. Узел питания APD и усилитель сигнала с APD.

Слева здесь показан линейный источник напряжения, формирующий питающее напряжение для усилителя фотодиода (DA5). Эта микросхема формирует напряжение 3.3 В, так что напряжение на ее входе должно быть выше 3.3 В. Насколько я понимаю, именно это служит причиной того, что остальная часть схемы питается от 3.5 В.

Ниже показан повышающий DC-DC преобразователь, собранный на микросхеме DA4, формирующий высокое напряжение (> 80 В) для лавинного фотодиода. Микроконтроллер может изменять величину этого напряжения при помощи линии «MCU_APD_CTRL», соединенной с ЦАП контроллера. Название микросхемы DA4 мне не удалось установить, так что пришлось экспериментально определять, как зависит напряжение на APD от уровня управляющего сигнала. Эта зависимость получается какая-то странная, с ростом величины управляющего сигнала, выходное напряжение падает. В дальнейших экспериментах я использовал несколько константных значений ЦАП, для которых я знал соответствующие им выходные напряжения.

Справа на схеме 3 показана схема маленькой печатной платы. Линиями M1-M8 показаны контактные площадки, соединяющие обе платы. Диод D6 — это лавинный фотодиод (APD). Он никак не промаркирован, так что определить его название и характеристики невозможно. Могу лишь сказать, что он имеет корпус LCC3.

На катод APD по линии M8 подается высокое постоянное напряжение. Также можно видеть, что через конденсатор C41 по линии «APD_modul» к нему подмешивается высокочастотный сигнал от PLL. Таким образом, на APD смешиваются оптический сигнал и сигнал «APD_modul», имеющие разные частоты. В результате этого на выходе APD появляется низкочастотный сигнал, который выделяется полосовым фильтром (компоненты C55, R41, R42, R44, C58, C59).

Далее низкочастотный сигнал усиливается операционным усилителем DA6B (SGM8542). Сигнал с выхода DA6B передается на АЦП микроконтроллера по линии M2. Также этот сигнал дополнительно усиливается транзистором T6 и передается на микроконтроллер по линии M1.
Такое ступенчатое усиление нужно из-за того, что уровень входного сигнала меняется в очень широких пределах.

Кроме того, рядом с APD установлен терморезистор R58, позволяющий определить температуру APD. Как я уже говорил, параметры APD сильно зависят от температуры, и терморезистор нужен для программной компенсации этой зависимости. В процессе работы APD нагревается, и даже это изменяет его характеристики. К примеру, при комнатной температуре из-за собственного нагрева усиление фотодиода падает более чем в 2 раза.

В случае, когда уровня принимаемого сигнала не хватает, микроконтроллер повышает напряжение на APD, таким образом увеличивая усиление. Во время проверки работы рулетки с родной прошивкой я обнаружил, что там есть только два уровня выходного напряжения — 80 и 93 В. Однако в то время я не догадался, что эти уровни могу зависеть от температуры APD, и не проверил, меняются ли в рулетке какие-либо управляющие сигналы при нагреве.

На фотографиях платы видно, что на ней есть контрольные площадки. Я отметил их на схеме и плате: «TPx». Среди них можно выделить:

  • TP3, TP4 — низкочастотный сигнал с усилителя фотодиода. Именно этот сигнал несет информацию о расстоянии до объекта. При помощи осциллографа можно увидеть, что сигнал имеет частоту 5 кГц, и содержит постоянную составляющую.
  • TP1 — опорный сигнал. Также имеет частоту 5 кГц и содержит постоянную составляющую. Амплитуда этого сигнала довольно мала — около 100 мВ.
  • TP5 — высокое напряжение питания лавинного фотодиода.

Программирование

Прежде чем пытаться сделать что-то с родной прошивкой контроллера, я решил снять логическим анализатором обмен между STM32 и PLL, который происходит по I2C шине. Для этого я припаял провода к подтягивающим резисторам шины:

Мне без проблем удалось перехватить обмен между упомянутыми микросхемами и декодировать данные в передаваемых посылках:

Анализ результатов показал, что контроллер всегда только записывает информацию в PLL, и ничего не считывает. При хорошем уровне сигнала один цикл измерений занимает около 0.4 секунд, при плохом уровне сигнала измерения идут значительно дольше.

Видно, что микроконтроллер передает в PLL достаточно крупные посылки с периодом около 5 мс.
Поскольку данных было много, для их анализа я написал специальную программу на Python. Программа определяла и подсчитывала посылки, определяла размер посылок, время между ними. Кроме того, программа выводила названия регистров PLL, в которые производится запись передаваемых байтов.

Как оказалось, каждые 5 мс STM32 полностью перезаписывает основные регистры PLL (длина пакета 51 байт), в результате чего PLL меняет обе частоты. Никакой инициализации PLL рулетка не проводит — то есть пакеты передаваемых данных несут полную конфигурацию PLL. При хорошем уровне сигнала цикл измерений состоит из 64 передач данных.

Далее я добавил в программу расчет частоты по данным, передаваемым в пакетах. Выяснилось, что в процессе измерений рулетка использует четыре частоты модуляции лазера:

  • 162.0 MHz
  • 189.0 MHz
  • 192.75 MHz
  • 193.5 MHz

Частота гетеродина (второй выход PLL) при этом всегда имеет частоту, на 5 кГц меньшую, чем частота модуляции лазера.

Судя по всему, 4 цикла переключения частот (по 5 мс каждый) позволяют обеспечить однократное определение расстояния. Таким образом, проведя 64 цикла, рулетка выполняет 16 измерений расстояния, после чего усредняет и фильтрует результаты, за счет чего повышается точность измерения.

Далее я приступил к написанию своей программы для микроконтроллера рулетки.

После подключения программатора к рулетке компьютер не обнаружил ее микроконтроллер. Насколько я понимаю, это значит, что в родной прошивке интерфейс SWD отключен программно. Эту проблему я обошел, подключив к рулетке линию программатора NRST и выбрав в настройках ST-LINK Utility режим «Connect under reset». После этого компьютер обнаружил контроллер, но, как и ожидалось, родная прошивка была защищена от чтения. Для того, чтобы записать в контроллер свою программу, Flash-память контроллера пришлось стереть.

Первым делом в своей программе я реализовал включение питания аналоговой части дальномера, включение лазера и установку его тока, включение напряжения питания APD. После того, как я убедился, что все напряжения в норме, можно было экспериментировать с PLL. Для теста я просто реализовал запись в PLL тех данных, которые я ранее получил с рулетки.

В результате после запуска своей программы я обнаружил, что на контрольных точках появился сигнал с частотой 5 кГц, амплитуда которого явно зависела от типа объекта, на которые светил лазер. Это значило, что вся аналоговая электроника работает правильно.

После этого я добавил в программу захват аналогового сигнала при помощи АЦП. Стоит отметить, что для измерения разности фаз сигналов микроконтроллер должен захватывать уровни основного и опорного сигналов одновременно или с постоянной задержкой. В STM32F100 последний вариант можно реализовать, используя режим сканирования АЦП. Данные от АЦП при этом логично захватывать в память при помощи DMA, а для того, чтобы данные захватывались с заданной частотой дискретизации, запуск преобразования АЦП должен производиться по сигналу от одного из таймеров.

В результате экспериментов я остановился на следующих параметрах захвата:

— Частота дискретизации АЦП — 50 кГц,
— Количество выборок — 250.
— Суммарное время захвата сигнала — 5 мс.
— Захваченные данные программа контроллера передает на ПК по UART.

Для обработки захваченных данных я написал на C# небольшую программу:

График синего цвета — принятый сигнал, график оранжевого цвета — опорный сигнал (его амплитуда на этом графике увеличена в 20 раз).

На графике снизу показан результат FFT преобразования принятого сигнала.

Используя FFT, можно определить фазу сигнала — нужно рассчитать фазовый спектр сигнала, и выбрать из него значение фазы в точке, соответствующей 5кГц. Отмечу, что я пробовал выводить фазовый спектр на экран, но он выглядит шумоподобным, так что я от этого отказался.

В то же время в действительности на микроконтроллер поступают два сигнала — основной и опорный. Это значит, что нужно вычислить при помощи FFT фазу каждого из сигналов на частоте 5 кГц, а затем вычесть из одного результата другой. Результат — искомая разность фаз, которая и используется для расчета расстояния. Моя программа выводит это значение под графиком спектра.

Очевидно, что использование FFT — не самый подходящий метод определения фазы сигнала на единственной частоте. Вместо его я решил использовать алгоритм Гёрцеля. Процитирую Википедию:

Алгоритм Гёрцеля (англ. Goertzel algorithm) — это специальная реализация дискретного преобразования Фурье (ДПФ) в форме рекурсивного фильтра.… В отличие от быстрого преобразования Фурье, вычисляющего все частотные компоненты ДПФ, алгоритм Гёрцеля позволяет эффективно вычислить значение одного частотного компонента.

Этот алгоритм очень прост в реализации. Как и FFT, он может возвращать комплексный результат, благодаря чему можно рассчитать фазу сигнала. В случае использования этого алгоритма также нужно рассчитать фазы основного и опорного сигналов, после чего вычислить их разность.

Эта же программа для ПК позволяет вычислять разность фаз и амплитуду сигнала при помощи алгоритма Герцеля. Результаты экспериментов показали, что при хорошем уровне сигнала точность измерения разности фаз может доходить до 0.4 градусов (СКЗ по 20 измерениям).

На следующем этапе я написал программу для микроконтроллера, которая сама рассчитывала разность фаз сигналов для трех разных частот модуляции (при помощи алгоритма Герцеля), и передавала результат на ПК. Почему использовались именно три частоты — я объясню позднее. За счет того, что расчеты производятся на самом микроконтроллере, нет необходимости передавать большой объем данных по UART, что значительно увеличивает скорость измерений.

Для ПК была написана программа, которая позволяла захватывать принимаемые данные и логировать их.

Именно на этом этапе я заметил сильное влияние температуры лавинного фотодиода на результаты измерения разности фаз. Кроме того, я заметил, что амплитуда принимаемого светового сигнала также влияет на результат. Кроме того, при изменении напряжения питания APD вышеуказанные зависимости явно изменяются.

Честно говоря, в процессе исследований я понял, что задача определения влияния сразу нескольких факторов (напряжения питания, амплитуды светового сигнала, температуры) на разность фаз достаточно сложна, и, в идеале, требует большого и длительного исследования. Для такого исследования нужна климатическая камера для имитации различных рабочих температур и набор светофильтров для исследования влияния уровня сигнала на результат. Нужно сделать специальный стенд, способный автоматически изменять уровень светового сигнала. Исследования осложняются тем, что при уменьшении температуры растет усиление APD, причем до такой степени, что APD входит в режим насыщения — сигнал на его выходе превращается из синусоидального в прямоугольный или вообще исчезает.

Такого оборудования у меня не было, так что пришлось ограничится более простыми средствами. Я проводил исследования работы дальномера только при двух рабочих напряжениях лавинного фотодиода (Uapd) в 82 В и 98 В. Все исследования шли при частоте модуляции лазера 160 МГц.

В своих исследованиях я считал, что изменения амплитуды светового сигнала и температуры независимо друг от друга влияют на результаты измерения разности фаз.

Для изменения амплитуды принимаемого светового сигнала я использовал специальный подвижный столик с прикрепленной заслонкой, которая могла перекрывать линзу-объектив фотодиода:

С изменением температуры все было сложней. В первую очередь, как я уже упоминал ранее, у APD был заметный эффект саморазогрева, который хорошо отслеживался термодатчиком. Для охлаждения рулетки я накрыл ее коробом из пенопласта с установленным в нем вентилятором, и установил сверху емкость с холодной водой. Кроме того, я пробовал охлаждать рулетку на балконе (там было около 10 °C). Судя по уровню сигнала с термодатчика, оба метода давали примерно одинаковую температуру APD. С нагревом все проще — я нагревал рулетку потоком горячего воздуха. Для этого я использовал резистор, прикрепленный к кулеру — так можно было регулировать температуру воздуха.

У меня не было никакой информации об установленном в рулетке терморезисторе, так что я нигде не пересчитывал результаты преобразования АЦП в градусы. При увеличении температуры уровень напряжения на АЦП падал.

В результате получились такие результаты:

  • При увеличении Uapd (то есть с ростом усиления) заметно возрастает чувствительность APD к изменениям температуры и изменению уровня сигнала.
  • При уменьшении амплитуды светового сигнала появляется небольшой сдвиг фазы — примерно +2 градуса при изменении амплитуды от максимальной до минимальной.
  • При охлаждении APD появляется положительный сдвиг фазы.

Для напряжения 98 В получилась такая зависимость фазового сдвига от температуры (в единицах АЦП):

Можно видеть, что при изменении температуры (примерно от 15 до 40 градусов) разность фаз изменяется более чем на 30 градусов.

Для напряжения 82 В эта зависимость получилась практически линейной (по крайней мере, в том диапазоне температур, где я проводил измерения).

В результате, я получил два графика для двух Uapd, которые показывали связь между температурой и фазовым сдвигом. По этим графикам я определил две математические функции, которые использовал в микроконтроллере для коррекции значения разности фаз. Таким образом, я смог избавиться от влияния изменения внешних факторов на правильность измерений.

Следующий этап — определение расстояния до объекта по трем полученным разностям фаз. Для начала, я решил сделать это на ПК.

В чем тут проблема? Как я уже упоминал ранее, если частота модуляции достаточно высокая, то на определенном расстоянии от дальномера при попытке определить расстояние возникает неоднозначность. В таком случае для точного определения расстояния до объекта нужно знать не только разность фаз, но и число целых фаз сигнала (N), которые укладываются в этом расстоянии.

Расстояние в результате определяется формулой:

Из анализа работы заводской программы рулетки видно, что частоты модуляции лежат в диапазоне 160-195 МГц. Вполне вероятно, что схемотехника рулетки не позволит модулировать излучение лазера с меньшей частотой (я это не проверял). Это значит, что метод определения расстояния до объекта по разности фаз в рулетке должен быть сложнее, чем простое переключение между высокой и низкой частотами модуляции.

Стоит заметить, что из-за того, что частоты модуляции разные, то число целых фаз сигнала в одних случаях может иметь общее значение N, а в других — нет (N1, N2 ...).

Мне известны только два варианта решения этой задачи.

Первый вариант — простой перебор значений N и соответствующих им расстояний для каждой используемой частоты модуляции.

В ходе такого перебора ищутся такие значения N, которые дают наиболее совпадающие друг с другом расстояния (полного совпадения можно не получить из-за ошибок при измерении разности фаз).

Недостаток этого метода — он требует производить много операций и достаточно чувствителен к ошибками измерения фаз.

Второй вариант — использование эффекта биений сигналов, имеющих близкие частоты модуляции.
Пусть в дальномере используются две частоты модуляции сигнала с длинами волн и , имеющие достаточно близкие значения.

Можно предположить, что на дистанции до объекта количество целых периодов N1 и N2 равны между собой и равны некому значению N.

В таком случае получается такая система уравнений:

Из нее можно вывести значение N:

Получив значение N, можно вычислить расстояние до объекта.

Максимальное расстояние, на котором выполняется вышеупомянутое утверждение, определяется формулой:

Из этой формулы видно, что чем ближе друг к другу длины волн сигналов, тем больше максимальное расстояние.

В то же время, даже на указанной дистанции в некоторых случаях это утверждение (N1=N2) выполнятся не будет.

Приведу простой пример.

Пусть и .
В таком случае .

Но если при этом путь, который проходит свет, равен 1.53м, то получается что для первой длины волны N1 = 0, а для второй N2 = 1.

В результате расчета величина N получается отрицательной.

Бороться c этим эффектом можно, используя знание, что
.
В таком случае можно модифицировать систему уравнений:

Используя эту систему уравнений, можно найти N1.

Применение этого метода имеет определенную особенность — чем ближе друг друг к другу длины волн сигналов модуляции, тем больше влияние ошибок измерения разности фаз на результат. Из-за наличия таких ошибок значение N может вычисляться недостаточно точно, но, по крайней мере, оно оказывается близким к реальной величине.

При определении реального расстояния до объекта приходится производить калибровку нуля. Делается она достаточно просто — на определенном расстоянии от рулетки, которое будет принято за «0», устанавливается хорошо отражающий свет объект. После этого программа должна сохранить измеренные значения разности фаз для каждой из частот модуляции. В дальнейшей работе нужно вычитать эти значения из соответствующих значений разностей фаз.

В своем алгоритме определения расстояния я решил использовать три частоты модуляции: 162.5 МГц, 191.5 МГц, 193.5 МГц — по результатам экспериментов, это было наиболее подходящее количество частот.

Мой алгоритм определения расстояния состоит из трех этапов:

  1. Проверка, не попали ли разности фаз в зону «нулевого» расстояния. В области, близкой к нулю калибровки, из-за ошибок измерения значение разности фаз может «прыгать» — от 0 градусов до 359 градусов, что приводит к большим ошибками при измерении расстояния. Поэтому, при обнаружении, что все три разности фаз одновременно получились близкими к нулю, можно считать, что измеряемое расстояние близко к нулевому значению, и за счет этого отказаться от вычисления величин N.
  2. Предварительное вычисление расстояния по биениям сигналов с частотами 191.5 МГц и 193.5 МГц. Эти частоты выбраны близкими, за счет чего зона определенности получается достаточно большой: , но и результат вычислений сильно подвержен влиянию ошибок измерений. При низком уровне принимаемого сигнала ошибка может составлять несколько метров (несколько длин волн).
  3. Вычисление расстояния методом перебора по разностям фаз сигналов с частотами 162.5 МГц и 191.5 МГц.

    Поскольку на предыдущем этапе уже определено приблизительное расстояние, то диапазон перебираемых значений N можно ограничить. За счет этого уменьшается сложность перебора и отбрасываются возможные ошибочные результаты.

В результате у меня получилась вот такая программа для ПК:

Эта программа позволяет отображать данные, передаваемые рулеткой — амплитуду сигнала, напряжение APD, температуру в единицах АЦП, значения разности фаз сигналов для трех частот и вычисленное по ним расстояние до объекта.

Калибровка нуля производится в самой программе при нажатии кнопки «ZERO».

Для автономно работающего лазерного дальномера важно, чтобы усиление сигнала можно было менять, так как при изменении расстояния и коэффициента отражения уровень сигнала может очень сильно меняться. У себя в программе микроконтроллера я реализовал изменение усиления за счет переключения между двумя напряжениями питания APD — 82 В и 98 В. При переключении напряжения уровень усиления менялся примерно в 10 раз.

Я не стал реализовывать переключение между двумя каналами АЦП — «MCU_signal_high», «MCU_signal_low» — программа микроконтроллера всегда использует сигнал только с канала «MCU_signal_high».

Следующий этап — окончательный, заключается в переносе алгоритма расчета расстояния на микроконтроллер. Благодаря тому, что алгоритм был уже проверен на ПК, это не составило особого труда. Кроме того, в программу микроконтроллера пришлось добавить возможность производить калибровку нуля. Данные этой калибровки микроконтроллер сохраняет во Flash памяти.

Я реализовал два различных варианта прошивки микроконтроллера, отличающихся принципом захвата сигналов. В одной из них, более простой, микроконтроллер во время захвата данных от АЦП ничего не делает. Вторая прошивка — более сложная, в ней данные от АЦП одновременно записываются в один из массивов при помощи DMA, и в то же время при помощи алгоритма Герцеля обрабатываются уже захваченные ранее данные. За счет этого скорость измерений повышается практически в 2 раза по сравнению с простой версией прошивки.

Результат вычислений микроконтроллер отправляет по UART на компьютер.

Для удобства анализа результатов я написал еще одну маленькую программу для ПК:


Результаты

В результате мне удалось точно выяснить, как устроена электроника лазерной рулетки, и написать собственную Open source прошивку для нее.

Для меня в процессе написания прошивки наиболее важным было добиться максимальной скорости измерений. К сожалению, повышение скорости измерений заметно сказывается на точности измерений, так что требуется искать компромисс. К примеру, код, приведенный в конце этой статьи, обеспечивает 60 измерений в секунду, и точность при этом составляет около 5-10 мм.

Если уменьшить количество захватываемых значений сигнала, можно повысить скорость измерений. Я получал и 100 измерений в секунду, но при этом влияние шумов значительно увеличивалось.

Конечно же, внешние условия, такие как расстояние до объекта и коэффициент отражения поверхности сильно влияют на отношение сигнал-шум, а следовательно, и на точность измерений. К сожалению, при слишком низком уровне светового сигнал даже увеличение усиления APD не сильно помогает — с ростом усиления растет и уровень шумов.

В ходе экспериментов я заметил, что внешняя засветка лавинного фотодиода тоже значительно увеличивает уровень помех. В модуле, который был у меня, вся электроника открыта, так что для уменьшения помех его приходится накрывать чем-нибудь непрозрачным.

Еще одна замеченная особенность — из-за того, что оптические оси лазера и объектива фотодиода не совпадают, на близких расстояниях (<0.7 м) уровень сигнала значительно падает.

В принципе, уже в таком виде электронику рулетки можно использовать в каком-нибудь проекте, например, в качестве датчика расстояния для робота.

Видео, показывающее работу рулетки:

Напоследок: какие рулетки еще можно встретить?

Здесь я хочу рассказать о конструкциях других лазерных рулеток, о которых можно найти информацию в сети.

  • В первую очередь стоит отметить проект реверс-инжиниринга лазерной рулетки BOSCH DLE50.

    Особенность этой рулетки — в ней в качестве PLL генератора используется заказная микросхема CF325, на которую в интернете нет никакой документации, что заметно усложняет процесс реверс-инжиниринга. Эта ситуация (заказные микросхемы без документации) очень часто встречается в лазерных рулетках, но, похоже, сейчас ситуация начинает меняться — заказные микросхемы начинают заменятся «универсальными».

    Используемый в этой рулетке микроконтроллер — ATmega169P.

    Еще одна особенность этой рулетки — использование механического узла, управляемого электромагнитом, который позволяет создавать «оптическое короткое замыкание», то есть перенаправляет свет от лазера к фотодиоду по известному пути. За счет того, что длина пути света и коэффициент отражения при этом известны, микроконтроллер может производить различные калибровки (по амплитуде и фазе). Во время работы этого узла лазерная рулетка достаточно громко щелкает.

    Вот здесь можно посмотреть фотографии электроники этой рулетки.

  • Достаточно много что известно про лазерную рулетку UT390B.

    Некий энтузиаст смог произвести реверс-инжиниринг протокола отладочного UART интерфейса этой рулетки, и научился управлять ее работой. Есть даже библиотека для Arduino.

    На русском про устройство этой рулетки можно почитать здесь.

    Как видно из фотографий, электроника этой рулетки достаточно проста, и похожа на ту, что описана в этой статье.

    Используемый в этой рулетке микроконтроллер — STM32F103C8. Микросхема PLL: CKEL925 (на нее есть документация).

  • А вот протокол новой версии рулетки UT390B+ никто пока выяснить не смог. Схемотехника этой рулетки отличается от ее старой версии.

    Она еще ближе к схемотехнике моей рулетки — здесь используется микроконтроллер STM32F030CBT6 и PLL Si5351.

    Если приглядеться к фотографиям, можно заметить, что в рулетке установлены два лазера.
    Судя по всему, два лазера в рулетке сейчас — не редкость. Вот в этом описании устройства еще одной рулетки упоминается, что один из лазеров имеет видимое излучение, и служит только для «целеуказания», а второй лазер — инфракрасный, и используется для измерения расстояния. Интересно, что при этом и лазер, и фотодиод используют одну линзу.

  • Еще одна рулетка с неизвестным протоколом — BOSCH PLR 15.

    Энтузиасты уже пытались разобраться с ее протоколом, но пока в этом никто не преуспел.

    Раньше я тоже пробовал выяснить, как работает эта рулетка, и даже частично восстановил схему этой рулетки.

    Используемый в этой рулетке микроконтроллер — STM32F051R6. А вот других микросхем высокой степени интеграции в ней просто нет!

    Зато фотоприемник здесь использован очень необычный, я никогда не встречал даже упоминаний таких устройств:

    Судя по всему, он представляет собой систему на кристалле, и содержит два фотодиода (измерительный и опорный каналы), усилители фотодиодов, цифровую управляющую электронику и АЦП. Сигнал модуляции лазера идет тоже с него. Сам фотоприемник соединен с микроконтроллером через SPI.

    Я пробовал перехватывать данные, которые идут по SPI — там присутствуют команды от контроллера датчику и пакеты информации от датчика контроллеру.

    Если обработать эти пакеты в Excel — то явно видны синусоиды (то есть используется фазовый способ измерения расстояния). Это значит, что обработкой сигнала в этой рулетке занимается микроконтроллер.

    Однако информации по SPI идет очень много, частоты, на которых идут измерения, установить не удалось, так что даже считать с рулетки расстояние — достаточно проблематичная задача.
    Кое-какая информация по аналогичной рулетке Bosch GLM 20 собрана здесь.

  • Различные китайские модули.

    В последнее время в китайских интернет-магазинах появилось большое количество модулей лазерных дальномеров (из можно найти по запросу «laser ranging module» и аналогичных ему).
    Среди них можно найти и модули, которые выглядят абсолютно так же, как и мой, но продаются они в два раза дороже (40$). Похоже, что это все те же внутренности лазерных рулеток, но с модифицированной прошивкой. Интересно, что среди различных конструкций мне несколько раз попадались дальномеры с двумя одинаковыми микросхемами PLL (судя по всему, эти микросхемы — не заказные).

Файлы проекта

Инструкция по подключению модуля лазерного дальномера к Arduino

Принцип работы лазерного дальномера

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

  1. Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.
  2. Оптический отражатель — принимает отражённый луч.
  3. Компьютерный преобразователь или микропроцессор.
  4. Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.
  5. Фиксатор дальномера.
  6. Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.
  7. 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

  1. Подсветка.
  2. Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.
  3. 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.
  4. Дисплей с цветным экраном.
  5. 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.
  6. 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
  7. Индикатор уровня зарядки батареи.
  8. Функция Bluetooth.
  9. 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.
  10. Различные математические функции.

Работа с лазерной рулеткой

  1. Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.
  2. Включить дальномер при помощи специальной кнопки.
  3. 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.
  4. Выбрать необходимые единицы измерения.
  5. Начать измерения, нажав функциональную кнопку.
  6. Просмотреть результат на дисплее прибора.

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

  1. Установить прибор на одной стене.
  2. Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.
  3. Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.
  4. Включить функцию начала замеров.
  5. 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

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

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

Схема работы лазерного дальномера

  1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
  2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
  3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
  4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
  5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
  6. 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.

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.

  1. Корпус. В большинстве случаев пластиковый, с противоскользящими и противоударными вставками. Как правило, защищает само устройство от проникновения пыли и влаги.
  2. Лазерный излучатель – в серьезных профессиональных инструментах дополняется оптикой с защитой от запотевания.
  3. Приемник (он же оптический фильтр). Служит для приема отраженного сигнала. Также оборудуется защищающей от запотевания оптикой.
  4. Преобразователь сигнала. Конвертирует световой сигнал в цифровой сигнал.
  5. Дисплей для вывода данных измерения. Как правило, черно-белый, жидкокристаллический.
  6. 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.

  1. Сохранять в памяти сделанные измерения и посредством средств коммуникации передавать их на компьютер – в большинстве случаев здесь используется проводное соединение.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Вычисление диагоналей – функция именуется «Поиск максимального расстояния». А измерение диагоналей – это лишь ее приятное приложение.
  5. 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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

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.


Рекомендуемые товары


Смотрите также

Другие статьи о биноклях, монокулярах и зрительных трубах:

  • Обзор бинокля Levenhuk Sherman 10x50 в блоге masterok.livejournal.com
  • Обзор зрительной трубы Levenhuk Blaze 70 PLUS на сайте prophotos.ru
  • Видео! Монокуляр Bresser Topas 10x25: видеообзор серии компактных монокуляров (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор монокуляра ночного видения Bresser National Geographic 5x50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор биноклей Levenhuk: Karma PLUS 8x25, Karma PLUS 10x25, Sherman PRO 10x42 (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 10x50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокль Levenhuk Atom 10–30x50: видеообзор и сравнение с Veber Omega БПЦ 8–20x50 WP (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокль для кладоискателя: сравнение Levenhuk Atom 7x35, Levenhuk Karma PLUS 8x32 и Bresser Travel 8x22 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокли для охоты: сравнение Levenhuk Atom 10x50 с БПЦ2 12х45 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокли Bresser Travel 10x32 и Levenhuk Atom 7x50: 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 10x42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор бинокля Bresser Hunter 8x40 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор яркой серии биноклей Levenhuk Rainbow 8x25 (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 8x32» (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 14x40 / 12x32 / 16x32
  • 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?
  • Ремень для бинокля: назначение и где купить
  • Телеконвертер для объективов
  • Мобильный тепловизор для смартфона

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:

  1. Потеря чувствительности при ярком солнце.
  2. 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.

Дальномер. Виды и работа. Применение и как выбрать. Особенности

Дальномер – это прибор, предназначенный для определения расстояния между наблюдателем и удаленным объектом без необходимости приближаться к нему. Он широко используется в геодезии, а также в строительстве, топографии и прочих сферах. Также дальномерами пользуются военные для корректировки огня со снайперского оружия и минометных установок.

Кому пригодится дальномер, и его преимущества над измерительной рулеткой

Применение дальномеров имеет массу преимуществ над традиционными измерительными линейками и рулетками, поскольку дает возможность получить точные данные о расстоянии к объекту за считанные секунды. При этом оператор использующий прибор может находиться на одном месте. Это намного удобней и быстрее. При этом получаются точные показатели с минимальной погрешностью. К примеру, если измерять расстояние между двумя объектами на ландшафте, то при применении обыкновенной измерительной рулетки может возникнуть большая погрешность в связи с наличием на траектории движения неровностей и углублений. Дальномеры проводят измерения по идеально прямой линии, сводя на нет факторы, влияющие на точность.

Применение подобного оборудования в быту неоправданно. Его могут использовать строители, но только те, которые занимаются возведением зданий, а не внутренней отделкой. Стоимость подобного инструмента, а также затраты времени на его выставление, делают его применение для монтажной разметки на стенах неактуальным. В том же случае если необходимо обозначить границы для заливки фундамента или рытья большого котлована для крупных зданий, тогда естественно дальномер будет намного удобнее, чем рулетка.

Также дальномеры часто используют фотографы, которые предпочитают снимать пейзажи. Интересует это оборудование и астрономов, геодезистов, военных и мореплавателей. Это сугубо профессиональный инструмент, который не стоит покупать любителю, планирующему его использование от случая к случаю.

Виды дальномеров по принципу работы
По принципу работы существующие конструкции дальномеров разделяют на две категории:
  1. Активные.
  2. Пассивные.

Активные наводятся объективом на точку, к которой необходимо измерить расстояние, после чего отправляют на нее световой или звуковой сигнал. Достигнув поверхности предмета, тот отражается и возвращается обратно. Чувствительный элемент прибора улавливает волну и рассчитывает расстояние к объекту на основе времени, которое ушло на ее передвижение.

Активные дальномеры бывают следующих видов:
  • Звуковые.
  • Световые.
  • Лазерные.

Что касается пассивных, то они не посылают никаких сигналов. Определение расстояния осуществляется по совершенно другому принципу. Такие инструменты работают по законам геометрии. С помощью пассивных приборов осуществляется вычисление построенного равнобедренного треугольника, по параметрам которого можно высчитать расстояние.

Пассивные дальномеры бывают:
  • Оптические.
  • Нитевые.
Ультразвуковой дальномер

Является самым неточным устройством, работающим по активному принципу. Это оборудование имеет схожий метод с тем, что используют для ориентирования дельфины или летучие мыши. Прибор создает звуковую волну, направленную вперед на объект, к которому нужно померить расстояние. При достижении импульсом преграды создается эхо, которое отбивается и попадает на чувствительную часть ультразвукового устройства.

Такие приборы используют звук с высокой частотой около 40 Кгц. Он неуловимый уху человека, поэтому применение подобного дальномера не вызывает никакого дискомфорта. Это сравнительно недорогие устройства, но чтобы ими воспользоваться, необходимо правильно направить импульс, на что уходит время. Конечно, рулеткой мерить намного дольше, но лазерные инструменты более совершенные, чем ультразвуковые.

Лазерный дальномер

Один из самых востребованных. Он направляет на объект пучок света, который отбивается и возвращается на чувствительный сенсор устройства. По тому времени, которое уходит на движение пучка света туда и обратно прибор автоматически рассчитывает дистанцию. Таким образом, оператор просто считывает готовые цифровые данные с дисплея.

Такие устройства могут комплектоваться лазером различной мощности. Дальность измерения зависит именно от яркости излучателя. В продаже можно встретить строительные дальномеры с диапазоном действия от 20 до 50 м. Также бывают более мощные устройства, которыми пользуются геодезисты. Лазерные приборы очень надежные, а главное могут ремонтироваться. Практически любая деталь, которая вышла из строя, может быть заменена в сервисном центре.

Лазерные дальномеры являются электронным устройством, которое нуждается в источнике питания. В качестве него может выступать встроенная аккумуляторная батарея или обыкновенные пальчиковые батарейки. В плане экономии лучшее устройство на аккумуляторе, которое можно заряжать от электросети. Себестоимость обеспечения его работы намного ниже, чем при периодической покупке батареек для смены.

Важным преимуществом, которым обладает лазерный дальномер, является возможность измерения расстояния к определенной точке. Инструменты прочих типов такой функции не имеют. Пучок лазерного луча очень тонкий, поэтому он доходит до требуемого участка объекта и отбивается от него обратно. Если поверхность является рельефной, к примеру отвесная скала, то только такое устройство даст возможность получить точные данные.

При использовании лазерного дальномера для измерения расстояния от очень удаленных объектом в несколько сотен метров устройство должно закрепляться на штативе. Дело в том, что дрожание рук при столь значительной дистанции не позволит оборудованию уловить отраженный сигнал, а также изначально направить его прямо в цель. Если же прибор будет закреплен неподвижно, то это позволит избежать подобных факторов влияющих на погрешность.

Точность измерения лазерным дальномером во многом зависит от условий, в которых осуществляется работа. Под открытым небом при хорошем солнечном освещении устройство теряет свою чувствительность, особенно если приходится действовать на большие дистанции. Также оно плохо работает в туман, но эта проблема присуща всем типам дальномеров, поскольку для них нужна прямая видимость.

Оптический дальномер

Работает по пассивному принципу. Такие устройства часто используют геодезисты, поскольку инструмент поддерживает измерения на дальние расстояния. При необходимости осуществлять топографические работы лучше выбрать оборудование этого типа. Такие приборы работают по всем известной теореме Пифагора, которая является одной из самых главных в геометрии.

Подобные инструменты не имеют датчика, который автоматически определяет расстояние. Смотря в окуляр оптического дальномера нужно визуально зафиксировать данные специальной шкалы, поэтому получение погрешности является неизбежной.

Хотя оптические дальномеры и весьма удачный вариант для дальних измерений, но если нужно померить дистанцию до отвесного объекта с рельефной поверхностью, к примеру отвесной скальной стены, то при взгляде через зрительную трубку данная поверхность будет выглядеть обычной плоскостью. В результате полученные параметры дистанции будут иметь значительную погрешность и показания расстояния в целом, а не к определенной точке отсчета.

Оптические дальномеры бывают монокулярными и стереоскопическими. Их принцип работы немного отличается, поскольку первые позволяют вычислять расстояние используя геометрические формулы для прямоугольного треугольника, а вторые для равнобедренного. Монокуляр стоит дешевле, чем дальномер с двумя зрительными трубками. Кроме этого он менее удобен, поскольку вызывает утомление оператора. Смотреть через стереоскопические дальномеры комфортнее, а кроме этого они способны определить расстояние до движущегося объекта.

Нитевый дальномер

Работает схожим принципом с оптическим. Для осуществления измерения применяются геометрические вычисления. Устройство применяется со специальной рейкой с нанесенной на нее шкалой делением в 2 см. Она переносится к той точке, до которой необходимо измерить расстояние. Планка устанавливается горизонтально. Она укапывается в грунт или поддерживается специальными подставками. В крайнем случае ее может удерживать напарник руками. После того как рейка установлена необходимо вернуться к точке от которой нужно провести измерение и посмотреть на шкалу планки через объектив устройства. Его зрительная труба имеет установленные тонкие горизонтальные нити. Просматривая через глазки дальномера нужно подсчитать, сколько делений на шкале планки помещается между двумя линиями. После получения данных остается провести расчет по специальной табличке или формуле, в зависимости от желания.

Такое оборудование является довольно точным, но весьма неудобным. Дело в том, что при его применении в любом случае придется отправиться к объекту, к которому нужно померить дистанцию, чтобы установить рейку со шкалой. После необходимо будет вернуться к устройству и посмотреть через зрительную трубку. Если речь идет о расстояниях в несколько сотен метров, то подобные переходы заберут много времени и сил. В связи с этим специалисты, которые пользуются подобными дальномерами, обычно действуют с напарником. Оборудование других типов позволяет работать одному.

Похожие темы:
Лазерные дальномеры

- как они работают? Какой выбрать?

Лазерные дальномеры - незаменимые измерительные инструменты, которые пригодятся во время строительных работ, ремонта, отделки, в армии, лесном хозяйстве, спорте, энергетике, охоте, сельском хозяйстве и везде, где требуется быстрое и точное измерение расстояния, угла или уклона. обязательный. Как работает это устройство и как выбрать подходящий лазерный дальномер ?

Вот что мы обсудим:

Лазерные дальномеры - это наиболее часто используемые измерительные инструменты, позволяющие быстро измерять расстояние и другие пространственные измерения.Недаром профессионалы в повседневной работе предпочитают лазерные дальномеры оптическим и ультразвуковым.

Как работает лазерный дальномер?

Лазерные дальномеры излучают электромагнитные импульсы в лазерных лучах через свои оптоэлектронные системы. Луч лазера отражается от поверхности цели и возвращается к дальномеру. Затем системы дальномера обрабатывают луч, чтобы измерить расстояние. Система устройства измеряет расстояние , анализируя время прохождения в двух плоскостях на основе фазовой задержки испускаемой и отраженной электромагнитной волны.Этот метод измерения используется в фазовых лазерных дальномерах.

Другой метод измерения расстояния на основе лазера заключается в прямом измерении времени прохождения импульса от дальномера до цели и наоборот. Этот метод используется в импульсных лазерных дальномерах. Есть также лазерных дальномеров , которые выполняют интерферометрические дальномеры . Это, без сомнения, самый точный и самый быстрый метод измерения расстояния , но интерферометрические дальномеры дороги и подвержены повреждениям.Это делает их ненадежными в полевых условиях.

Лазерные дальномеры позволяют проводить измерения как в помещении, так и на улице с точностью 1 мм на километр. Профессиональные строительные лазерные дальномеры могут измерять расстояние до 150 метров. Дальномеры дальнего действия могут измерять расстояние до 1500 метров. Эти дальномеры в основном используются в охоте, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и строительстве дорог.

Каковы преимущества использования лазерных дальномеров?

По сравнению с оптическими и ультразвуковыми аналогами, лазерные дальномеры являются наиболее функциональными и технологически продвинутыми измерительными приборами.Их главное преимущество, помимо чрезвычайно точных измерений (+/- 1-5 мм на км), заключается в том, что ими может пользоваться только один человек. Для оптических дальномеров, используемых для точного измерения расстояний на строительных площадках и на больших открытых площадках, требуется как минимум два человека одновременно. Вот почему использование лазерного дальномера позволяет сократить потребность в персонале и значительно ускорить процессы измерения.

Лазерные дальномеры также менее подвержены ошибкам в измерениях, вызванным неправильным позиционированием инструмента и другими ошибками оператора.Более того, большинство профессиональных лазерных дальномеров оснащены электронным вспомогательным устройством для юстировки, функцией автоматической калибровки и предлагают возможность выполнять измерения на основе уравнения Пифагора или функции «рисовальщика». Эти инструменты также позволяют выполнять непрерывные измерения, измерения с задержкой, измерять сумму или разность поверхностей и измерять объем. Усовершенствованные процессоры и четкие экраны, отображающие результаты измерений, установленные в лазерных дальномерах , значительно повышают их функциональность и полезность, а также удобство повседневного использования.

Как вы измеряете расстояние?

Basic Измерение расстояния с помощью лазерных инструментов - это очень быстро и легко. Все, что вам нужно сделать, это включить прибор, поставить лазерную точку на поверхность и начать измерение. Большинство лазерных дальномеров имеют внутреннюю память, в которой хранится до 100 измерений.

Функция непрерывного измерения особенно интересна, потому что она позволяет вам измерять самые высокие и самые низкие значения, а затем сравнивать разницу в одном цикле измерения. Лазерные дальномеры также позволяют проводить точные измерения в помещении. Процессоры и алгоритмы быстро вычисляют площадь поверхности или объем помещения. Чтобы выполнить эти измерения, просто выберите нужный вариант в меню устройства, измерьте длину поверхности, а затем выполните измерение перпендикулярно. Чтобы измерить кубический объем, вам нужно измерить длину, ширину и высоту комнаты.

Профессиональные лазерные дальномеры , как и EXTECH DT60M, также позволяют выполнять измерения с использованием математических функций.Эта функция основана на алгоритме уравнения Пифагора. Он помогает оператору измерить высоту объекта, используя две точки измерения в качестве ориентира. Это чрезвычайно полезная функция, которая позволяет, в том числе, Измерьте высоту объекта, просто перемещая лазерную точку вверх и вниз этого объекта.

При проведении пространственных измерений с помощью лазерных дальномеров необходимо помнить, что лазерные лучи опасны для человеческого глаза. Вот почему вы должны убедиться, что никому поблизости не угрожает опасность, прежде чем направить лазерный луч на объект.Кроме того, лазерные дальномеры необходимо регулярно обслуживать, особенно если они используются в неблагоприятных погодных условиях.

Какой лазерный дальномер выбрать?

На рынке доступно множество лазерных дальномеров , которые сильно отличаются друг от друга. Тем не менее, есть несколько ключевых атрибутов, на которые необходимо обратить внимание при выборе профессионального измерительного прибора, которым будут пользоваться специалисты.

Конструкция и технические параметры устройства должны соответствовать отрасли, типу измерений, местности и погодным условиям, в которых оно будет использоваться. Вам понадобится специальный дальномер для измерений на строительных площадках или объектах, а также совершенно другой для измерений на больших расстояниях. в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве или энергетике. Вот атрибуты, на которые следует обратить особое внимание:

Рабочий диапазон

Дальность действия - ключевой параметр каждого лазерного дальномера .Большинство устройств для строительства - например, AXIOMET AX-DL 100 - обеспечивает эффективную дальность действия 40–80 метров. Более продвинутые модели позволяют проводить измерения на расстоянии до 120 метров. Лазерные дальномеры дальнего действия предлагают еще более впечатляющую дальность - примерно 1500 метров.

Точность измерения

Рабочий диапазон лазерного дальномера важен, но не менее важна его точность измерения. Большинство дальномеров малой и средней дальности проводят измерения с допуском 5 мм.Однако самые современные лазерные дальномеры, такие как EXTECH DT40M, обеспечивают чрезвычайно точные измерения с допуском 1-2 мм.

Диаметр лазерной точки

Диаметр лазерной точки зависит от расстояния и типа измеряемого объекта. Например, лазерная точка будет гораздо менее заметна на мокрой штукатурке, чем на старой кирпичной стене или бетонной подложке. Обычно лазерные точки лазерных дальномеров имеют диаметр 6–60 мм. Мы рекомендуем использовать специальные высококонтрастные очки во время измерений, когда требуется длительное наблюдение за лазерной точкой.

Минимальная отображаемая единица

Этот параметр напрямую влияет на точность измерительного устройства. Чем ниже отображается минимальная единица измерения, тем выше точность измерения. Самый точный лазерный дальномер отображает результаты измерений с разрешением 0,1 мм.

Степень защиты IP

Долговечность лазерного дальномера и его устойчивость к воде и пыли имеют решающее значение при его использовании в полевых условиях. Для строительных работ рекомендуется выбрать продукт с правильной степенью защиты IP.Это снизит риск повреждения устройства при транспортировке и при измерениях в тяжелых или влажных средах, а также во время атмосферных осадков. Высококачественные профессиональные лазерные дальномеры имеют степень защиты IP54 или выше.

Символ Описание
AX-DL100 Лазерный дальномер; ЖК-дисплей; 40м; Измерение в соотв.: ± 2 мм; 120х50х29мм; 126 г
DT40M Лазерный дальномер; ЖК-дисплей с подсветкой; 0,05 ÷ 40м; Измерение согласно: ± 2 мм
DT60M Лазерный дальномер; ЖК-дисплей с подсветкой; 0,05 ÷ 60м; Измерение согласно: ± 2 мм

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 будет иметь заданный 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 программе 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 с оленем может быть трудно представить, если вы визуализируете лазер из 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 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

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, тогда вам, возможно, не нужно уделять этому слишком много внимания. 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 приобрести 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. В более дешевых моделях часто используются некачественные линзы, из-за которых сложно найти цель 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: PRESSLAB, Shutterstock

Как работают дальномеры? - PrecisionRifleBlog.com

Поняв, как работают дальномеры, вы сможете более умело применять их в полевых условиях.Эта статья должна вооружить вас основными принципами.

Все лазерные дальномеры

(LRF) работают по одной и той же базовой концепции. При нажатии кнопки дальномер излучает лазерные лучи. Эти лучи отражаются от далеких объектов, а высокоскоростные часы дальномера измеряют общее время, прошедшее с момента выхода лучей из устройства до их возвращения. Поскольку мы знаем, с какой скоростью перемещался луч (скорость света), устройство может просто использовать это измерение времени для расчета пройденного расстояния, а затем отображает расстояние до пользователя.

Хотя все лазерные дальномеры работают по одним и тем же принципам, есть много возможностей для инноваций в деталях реализации. Недавно я рассмотрел 8 лучших лазерных дальномеров, используемых для охоты и стрельбы на дальние дистанции, и был шокирован тем, насколько сильно различались их характеристики.

Производительность дальномера зависит от многих факторов, но вот самые большие различия между дальномерами при использовании их для стрельбы на большие расстояния или охоты. Я затрону большинство из них более подробно в статье. Особая благодарность Майку из Vectronix за то, что он обсудил это со мной и так много подумал над этим списком.

  • Способность обнаружить цель - Это означает оптику хорошего качества с надлежащим увеличением. Вы не сможете определить расстояние до цели, если не можете ее найти. Большинство стрелков выбирают 8-кратное или 10-кратное увеличение. Выполняя полевые испытания дальномеров, мы искали в поле цели с 5-кратным увеличением и думали, что нашли все цели. Однако после повторного поиска с 10-кратным увеличением мы сразу же увидели еще одну цель, которую мы полностью пропустили с 5-кратным увеличением.Но, как я уже упоминал в других постах, действительно хорошее стекло иногда может компенсировать увеличение. Я могу увидеть больше деталей на цели в 2000 ярдов, используя зрительную трубу Leica 45x, чем зрительную трубу Bushnell 60x. Дело в стекле качества и соответствующем увеличении - оба имеют значение , и вы не можете полностью игнорировать то или другое.
  • Способность направлять энергию лазера на цель - Это во многом связано с расходимостью луча, которая является описанием того, насколько «сфокусирован» луч.Есть несколько компромиссов между очень сильным или большим расхождением луча, о которых мы поговорим позже в этой статье. Также может быть различие в качестве передаваемых лазерных импульсов с точки зрения типа, длины волны и резкости… хотя эти вещи может быть очень трудно определить количественно.
  • Размер апертуры приемника - это размер отверстия в оптике приемника, которая фиксирует обратные показания и отправляет их на фактический датчик. Большая апертура может иметь огромное влияние на то, сколько возвращаемых данных способно собрать устройство, что может позволить устройству работать на больших расстояниях, а также может помочь в разрешении / точности измерений на более коротком расстоянии.
  • Как прибор анализирует результаты - Существует много различий между тем, как дальномеры интерпретируют показания после их получения, и некоторые из них намного умнее других. Старые модели просто отображали первое показание, которое возвращалось в устройство, но многие современные дальномеры используют «многоимпульсную технологию». Такой подход испускает серию из сотен или даже тысяч небольших лазерных импульсов за чрезвычайно короткий период времени. Затем он собирает большой размер выборки показаний, затем анализирует эти результаты, чтобы идентифицировать / игнорировать выбросы (например, кисть, туман, дождь) и с большей уверенностью определять показания, которые вы собираетесь варьировать.Больше испускаемых лучей также может повысить вероятность того, что вы получите показания небольшой и / или неотражающей цели. Логика и алгоритмы, используемые для определения того, что отображать пользователю, могут иметь большое влияние на то, насколько хорошо работает дальномер.

Расходимость луча - возможность получить лазерную энергию на цели

Расходимость луча, также называемая дисперсией луча, представляет собой угловое измерение (обычно в мил) того, насколько «сфокусирован» лазерный луч. Меньшая расходимость луча обеспечивает большую точность измерения дальности и большее максимальное расстояние в большинстве ситуаций. Для дальномеров аналогичного качества расходимость луча может быть основным показателем эффективности дальномера. Если вы можете сфокусировать 100% лазерной энергии на намеченной цели, у вас будет гораздо больше шансов получить с нее несколько показаний. Однако, если дальномер умен в том, как он анализирует показания, он может компенсировать неидеальную расходимость луча ... поэтому вопреки распространенному мнению, расходимость луча - не единственный фактор, который следует учитывать.

Чтобы понять расходимость луча, представьте, что выстрелите из двух винтовок по цели на расстоянии 1000 ярдов.Одна из этих винтовок рассчитана на группы 2,5 дюйма на 100 ярдов, а другая - на группы на 1/2 дюйма. Что из этого даст вам больше шансов поразить намеченную цель с расстояния 1000 ярдов? Теперь, если вы пытаетесь поразить 12-дюймовую цель на 300 ярдов, любая винтовка должна работать. Но по мере того, как вы увеличиваете расстояние (или уменьшаете размер цели), меньшее расхождение становится критическим. То же самое и с расходимостью луча лазерных дальномеров. Если вы нацелены на относительно большие (размером с олени) цели на расстоянии менее 500 ярдов ... вероятно, не нужно беспокоиться о расходимости луча.Но по мере того, как цели становятся все дальше или меньше, расходимость луча быстро становится критичной для точного определения дальности.

Я слышал о расходимости луча, достигающей 4 x 2 мил, и одна модель военного уровня, которую я тестировал, имела толщину менее 0,3 мил… так что очень сильно отличается от . Вот диаграмма, которая показывает, насколько большой может быть разница в расходимости луча на расстоянии 1000 ярдов.

Один из сценариев, в котором очень сильное расхождение луча может быть недостатком, - это попытка определить дальность до удаленной цели (т.е.е. не поддерживается штативом). В этом случае движение, вызванное неподдерживаемым положением, может затруднить точное попадание в цель точно сфокусированным лучом. С другой стороны, если бы у вас был луч с большей расходимостью, вам было бы легче поразить цель даже при некотором колебании, а затем полагаться на «ум» дальномера, чтобы определить, что вы намереваетесь измерять в этом большом окне.

Я разговаривал с представителем Vectronix, и мы оба согласны с тем, что расходимость луча около 1.5 x 0,5 мил, вероятно, идеально подходит для целей в диапазоне от 500 до 2000 ярдов, хотя это не жесткое правило.

Факторы, влияющие на диапазон измерения

Существует ряд факторов, которые влияют на то, насколько хорошо дальномер может работать, включая свойства цели, атмосферные условия и поддержку дальномера, и все они влияют на максимальную эффективную дальность действия устройства в данном сценарии. Вот очень полезная диаграмма, предоставленная Vectronix, которая иллюстрирует, что это такое:

Когда производители рекламируют дальномер с максимальным диапазоном дальности 1000 ярдов или 1 мили, вы обычно можете перевести это как значение шанс вы можете получить показания на таком расстоянии, но только при абсолютно идеальных условиях (e .г. при слабом освещении, без штатива, на очень большой отражающей цели). По моему опыту, вы обычно сможете получить показания только до 70-80% заявленного максимального расстояния в большинстве дневных условий (яркий свет) на отражающих целях 2 MOA.

Понимание того, что «видит» дальномер

Самый простой способ понять, как работают дальномеры, - это простой пример. На приведенной ниже диаграмме показана пара сложных ситуаций для определения дальности, при этом каждая из желтых целей выделена красным прямоугольником, который указывает на соответствующее расхождение луча при попытке определить дальность до этой цели.Вы можете видеть, что в каждой ситуации, вероятно, будут возвращены показания для дерева, цели, ближнего холма и дальнего холма.

Следующие несколько иллюстраций показывают, что дальномер может «увидеть», когда пытается определить расстояние в одном из наших сложных сценариев. На первой диаграмме есть сетка чуть менее 200 ящиков. Вы можете думать об этом как о всех лучах, испускаемых дальномером. Синие прямоугольники указывают на лучи, которые были отражены обратно в дальномер, который он смог записать как показания.Ячейки, которые не отмечены синим цветом, означают, что дальномер не получил показания от этого луча, что может быть связано с такими вещами, как плохая отражательная способность (например, дерево не отражает так же хорошо, как металлическая цель) и объекты, расположенные под углом (например, холмы расположены под небольшим углом от пользователя, а не прямо перпендикулярно, как цель). Примечание. Этот пример предназначен только для иллюстрации теории и концепции работы дальномеров. В технических деталях легко потеряться, поэтому это упрощенный пример.

Вот вид сбоку той же цели, который показывает показания, полученные дальномером, и то, что эти лучи попали (щелкните изображение, чтобы увеличить).

Менее чем за полсекунды дальномер получит все показания и создаст график этих показаний, аналогичный показанному ниже. По сути, это представляет собой то, что «видит» дальномер или какие данные у него под рукой, чтобы принять решение о том, какое расстояние отображать пользователю.

Как дальномер анализирует результаты и решает, что отображать

Вот где становится интересно. Есть несколько способов, которыми дальномеры могут быть запрограммированы для определения того, какие показания он должен отображать. Вот несколько наиболее распространенных.

  1. 1-е чтение - Так работали старые дальномеры, и есть еще несколько, которые используют этот простой подход. Когда устройство получает первый луч, отраженный обратно к нему (ближайшему объекту), он рассчитывает и отображает соответствующее расстояние.В нашем примере этот подход будет отображать 225 ярдов.
  2. Ближайший пик - Это похоже на №1, но ищет ближайший пик вместо ближайшего одиночного показания. Такой подход может помочь отфильтровать «ложные» показания от таких вещей, как дождь или туман, которые более разбросаны по шаблону и на самом деле не приводят к пику. Может быть жестко запрограммированный «порог», который говорит что-то вроде «ищите первый всплеск, у которого есть как минимум два показания на одном и том же расстоянии». В нашем примере при таком подходе будет отображаться 230 ярдов.
  3. Самый высокий пик - Это просматривает весь набор показаний и находит самый большой пик показаний для того же расстояния и предполагает, что это то, что вы собираетесь измерять. В целом это хороший подход, но он особенно полезен при определении расстояния до отражающих целей, перпендикулярных пользователю. В нашем примере при таком подходе будет отображаться 350 ярдов (наша предполагаемая цель).
  4. Самый большой кластер - этот подход также будет анализировать весь набор показаний и искать самую большую группу показаний.В нашем примере вы можете посмотреть на 350 ярдов и увидеть группу из 7 показаний рядом друг с другом (они попали в цель, цель встала и земля рядом с ней). Но если вы посмотрите на 650 ярдов, вы увидите группу из 8 показаний рядом друг с другом (они попадают в дальний холм). Таким образом, на подходе будет отображаться 650 ярдов.
  5. Самый дальний пик - Это похоже на № 2, но ищет самый дальний пик. Этот подход полезен при попытке определить расстояние до цели, которая частично закрыта кистью.В нашем примере этот подход будет отображать 660 ярдов.

Разве не безумие, сколькими способами дальномер может интерпретировать результаты? Дело в том, что ни один из подходов не идеален в любой ситуации . Я намеренно выбрал жесткий пример, который иллюстрирует слабые стороны каждого подхода, и даже несмотря на то, что подход №3 дал нам диапазон до намеченной цели, я мог подумать о других сценариях, в которых подход с максимальным всплеском не дал бы правильного результата ( как если бы цель была не очень отражающей или полностью перпендикулярной пользователю).

Большинство дальномеров жестко запрограммированы на использование единого подхода (обычно №1 или №2), но есть несколько моделей, которые становятся намного умнее в том, как они анализируют показания.

Разрешить пользователю указать наилучший подход

Бинокль Bushnell Fusion обеспечивает три различных режима, из которых пользователь может выбирать:

  • Нормальный - Это похоже на подход №3 или №4 и является их лучшим универсальным подходом.
  • BullsEye - аналогично подходу №2.В руководстве Бушнелла говорится: «Этот расширенный режим позволяет легко обнаруживать небольшие цели и вести игру без непреднамеренного увеличения расстояния до фоновых целей с более сильным сигналом. Когда было захвачено более одного объекта, будет отображаться расстояние до ближайшего объекта ».
  • Кисть - аналогично подходу №5. В руководстве Bushnell говорится: «Этот расширенный режим позволяет игнорировать такие объекты, как кисть и ветви деревьев, так что отображаются только расстояния до фоновых объектов.Когда было захвачено более одного объекта, будет отображаться расстояние до следующего объекта ».

На мой взгляд, эти «расширенные режимы» - новаторская функция, на которую другие производители оптики должны обратить внимание. По сути, это позволяет пользователю «намекнуть» на то, какой подход даст им наилучшие шансы получить показания по их намеченной цели. В конечном счете, пользователь знает больше о конкретной ситуации, которую он пытается определить, например, если кисть частично закрывает цель, или он пытается определить расстояние до очень маленькой цели.Эти режимы просто предоставляют им возможность передать эту информацию дальномеру, чтобы он мог лучше интерпретировать результаты.

Недавно я провел комплексные полевые испытания нескольких биноклей-дальномеров и попытался определить расстояние до цели, изображенной на картинке ниже. Мишень представляет собой огромный 30-дюймовый квадрат, повернутый как алмаз, и находящийся всего в 360 ярдах от него. Несколько ветвей, которые частично закрывали цель, находились на расстоянии 103 ярдов. Я пробовал дальномеры Leica, Zeiss, Vectronix, Bushnell и Leupold, и почти все они давали мне показание только в 103 ярда.Новая пара Bushnell Fusion 1 Mile в режиме кисти большую часть времени давала мне показание в 360 ярдов. И хотя модель Vectronix Terrapin давала только первичные показания в 103 ярда, бинокль Vectronix Vector 23 каждый раз давал диапазон 360 ярдов. (Примечание: у Vectronix Terrapins есть функция «3 DIS», которую я коснусь позже, которая позволит мне видеть показания на 360 ярдов.)

Разрешить пользователю просматривать показания

Vectronix имеет на всех своих дальномерах функцию «Измерение нескольких объектов» (также известную как «3 DIS»), которую вы можете включить, чтобы она показывала 3 лучших показания из одного измерения.Он автоматически выделит расстояние, которое, как вы думали, вы намеревались достичь, но также покажет вам второе и третье наиболее сильные полученные показания. Например, если вы находитесь на расстоянии 250 ярдов от дерева, а в 100 ярдах позади него находится джип, а в 1000 ярдах позади него - здание… на нем будут отображаться 250, 350 и 1350 (и, вероятно, будет выделено значение 350 ярдов).

Смысл в том, чтобы убедиться, что реальная информация о дальности каким-то образом доступна пользователю, вместо того, чтобы скрывать ее от них.Очевидно, что устройство уже имеет эту информацию, так что на самом деле это просто создает для пользователя способ просмотра и прокрутки этих показаний (желательно в порядке от самого сильного к самому слабому). Это должны быть только несколько верхних чтений. Эта функция не то, что вы хотели бы использовать при каждом измерении, но в сценариях с жестким диапазоном (что не является редкостью) наличие быстрого и интуитивно понятного способа просмотра полного набора возможных показаний может иметь значение. диапазон или нет.По крайней мере, это дало бы пользователю дополнительную уверенность в том, что отображаемое значение соответствует заданной цели.

Сделайте их умнее

Модель Vectronix Vector 23 демонстрирует, что вам не обязательно иметь «расширенные режимы», чтобы лучше понимать, какие показания отображать. Фактически, я не мог придумать ни одного сценария жесткого определения дальности, при котором Vector 23 давал бы мне показания для чего-либо, кроме моей намеченной цели. Мне ни разу не пришлось включать функцию «3 DIS» в моем тестировании Vector 23, потому что диапазон, который он отображал, всегда был тем, который я пытался получить.

Сейчас модель Vectronix Vector 23 стоит около 24 000 долларов, и я знаю, что это ставит ее в другой класс, чем большинство других дальномеров. Но это доказывает, что производительность дальномеров может быть огромной только в зависимости от того, насколько они умны при анализе результатов и выборе правильного расстояния для отображения. Я лично занимаюсь профессиональной разработкой программного обеспечения более десяти лет и знаю, что это возможно со стороны программного обеспечения. Незначительные улучшения в алгоритмах, используемых устройством для определения расстояния, могут сделать огромный скачок в производительности дальномера ... и стоят почти ничего по сравнению с деталями и трудом, которые входят в высококлассный дальномер.

Я уверен, что с течением времени и развитием технологий этот тип производительности и инноваций проникнет в дальномеры, более доступные по цене. Надеюсь, этот пост просветит больше потребителей и поможет производителям интегрировать эти инновационные функции раньше, чем позже.

Другие посты из этой серии

Это лишь один из целого ряда постов, связанных с полевым испытанием дальномера. Вот ссылки на другие:

  1. Как работают дальномеры? От основных к расширенным функциям
  2. Модели и спецификации
  3. Результаты испытаний оптических характеристик
  4. Результаты тестирования производительности диапазона
  5. Общие результаты

При проведении полевых испытаний я использовал каждую модель для диапазона в среднем 500 раз… поэтому я использовал их много.Я также попросил двух своих близких друзей использовать их и записал, что нам нравится или не нравится в каждом из них. Я преобразовал эти заметки и результаты испытаний для каждой модели в подробные обзоры для каждой модели. Я также сделал кучу фотографий каждой модели в высоком разрешении и разместил фотогалерею каждой из них вместе с обзором. Посмотрите их:

© Copyright 2021 PrecisionRifleBlog.com, Все права защищены.

Что такое лазерный дальномер и как он работает?

Лазерные дальномеры для охоты значительно облегчают охотнику процесс определения дальности до цели.И соответственно повысить эффективность охоты. Однако выбрать дальномер не так уж и просто. Ведь современные лазерные дальномеры обладают массой полезных функций и позволяют не только определять расстояние, но и определять скорость движения объекта и даже рассчитывать коэффициенты падения пуль. Разберемся, на что обращать внимание при выборе дальномера.

Современному охотнику повезло: у него есть высокоточное оружие, одежда из высокотехнологичных материалов и ряд инструментов, облегчающих охоту.Одним из таких устройств является лазерный дальномер - электронно-оптический прибор, предназначенный для быстрого измерения расстояния до цели или цели. Дальномеры для охоты имеют кратность (2х-8х), качественную оптику с заградительной и прицельной сеткой и обязательно оснащены цифровым процессором. Наличие OLED-дисплея позволяет использовать дальномер при минусовых температурах.

На какие функции дальномера следует обратить внимание охотнику?

Выбрать дальномер для охоты - задача не из легких, выбирайте приборы с полезными функциями, например:

  • Баллистический счетчик корректировок в зависимости от калибра оружия;
  • измеритель угла для компенсации углового диапазона;
  • измерение расстояния до движущихся объектов;
  • определение скорости движения объекта.

Однако большинство охотников прекрасно себя чувствуют с лазерным дальномером со стандартным набором функций и режимов.

Узнать больше о принципе работы дальномера

Как работает лазерный дальномер? В нем используется принцип лидар - технология получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах. Луч лазера попадает на объект, записывает компьютер время прохождения луча до объекта и обратно к дальномеру складывается, умножается на скорость света в вакууме, делится на удвоенное значение показателя преломления среды (они содержат настройки режима), результат деление - это расстояние от охотника до объекта.

Как правило, точность дальномеров для охоты обычно составляет 1 метр, что вполне достаточно для точной стрельбы и значительно упрощает расчет вертикальных поправок, будь то определение расстояния до объекта на открытом пространстве или в более сложной местности. .

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 «триангуляционные» датчики измеряют положение пятна в поле зрения детектирующего элемента. Датчики времени полета определяют диапазон 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, необходимое свету для перемещения к 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 рассматривается с одной стороны, так что видимое местоположение пятна меняется с увеличением 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 путешествия 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 синусоидальный, 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, улавливается 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 включается и выключается с помощью собственного сигнала. 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 носит несколько нелинейный характер и зависит от мощности 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. При заводской калибровке длине волны каждого цвета назначается определенное расстояние до цели.Для измерения используется только длина волны, точно сфокусированная на цели. 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 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 равняется 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.

Рекомендации

Точность лазерного дальномера зависит от исходного импульса, возвращающегося на передающее устройство. Несмотря на то, что лазерные лучи очень узкие и имеют высокую энергию, они подвержены тем же атмосферным искажениям, которые влияют на обычный белый свет. Эти атмосферные искажения могут затруднить получение точного определения расстояния до объекта вблизи зелени или на больших расстояниях более 1 километра в пустынной местности.Кроме того, разные материалы в большей или меньшей степени отражают свет. Материал, который имеет тенденцию поглощать или рассеивать свет (диффузия), снижает вероятность того, что исходный лазерный импульс может быть отражен обратно для расчета. В случаях, когда цель имеет диффузное отражение, следует использовать лазерный дальномер, использующий «метод фазового сдвига».

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 множество применений, 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.

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 об окружающей 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 из-за нечеткости результатов были проведены аддитивные измерения - Табл III, Табл IV.Из всех результатов измерений были обнаружены какие-то знания. Лазерный дальномер будет давать плохие результаты измерения 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 распознает 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *