Принцип действия лазерного дальномера: Принцип работы лазерных дальномеров

Принцип работы лазерных дальномеров

Измерение дальности охотничьим лазерным дальномером.

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

L = ct/2,

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

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

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

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

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

Наиболее популярные модели лазерных дальномеров для охоты среди наших покупателей:

Использование лазерных дальномеров в военных целях.

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

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

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

С начала 70-х годов на зарубежных танках устанавливаются лазерные дальномеры. Установка лазерных дальномеров на танки сразу заинтересовала зарубежных разработчиков вооружения. Это объясняется тем, что на танке можно ввести дальномер в систему управления огнем танка, чем повысить его боевые качества. По сравнению с оптическими они имеют ряд преимуществ: высокое быстродействие, автоматизированный процесс ввода измеренной дальности в прицельные устройства, высокую точность измерения, малые размеры, вес и т.

д. Для этого в США был разработан дальномер AN/VVS-1 для танка М60А. Он не отличался по схеме от лазерного артиллерийского дальномера на рубине, однако помимо выдачи данных о дальности на цифровое табло имел устройство, обеспечивающее ввод дальности в счетно-решающее устройство системы управления огнем танка. При этом измерение дальности могло производиться как наводчиком пушки так и командиром танка. Режим работы дальномера — 15 измерений в минуту в течение одного часа.

Лазерные дальномеры, установленные на современных танках, позволяют измерять дальность до цели в пределах от 200 м до 8 000 м (на американских и французских танках) и от 200 до 10 000 м (на английских и западногерманских танках) с точностью до 10 м. Большинство активных элементов лазерных дальномеров, устанавливаемых в настоящее время на танках и БМП западного производства, созданы на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент — кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+).

Эти лазеры генерируют излучение на длине волны 1,06 мкм. Имеются также лазерные дальномеры в которых активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основой является кристалл окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3*. Лазеры на рубине генерируют излучение на длине волны 0,69 мкм.

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

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

Портативные лазерные дальномеры были разработаны для пехотных подразделений и передовых артиллерийских наблюдателей. Один из таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем.

В лазере в качестве источника излучения используется алюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1.5 МВт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов исключаются с помощью схемы стробирования по дальности. Источник питания — малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2кг.

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

Примеров может служить штурмовая винтовка F2000 (Бельгия). Вместо прицела на F2000 может устанавливаться специальный модуль управления огнем, включающий в себя лазерный дальномер и баллистический вычислитель.

Основываясь на данных о дальности до цели, вычислитель выставляет прицельную марку прицела как для стрельбы из самого автомата, так и из подствольного гранатомета (если он установлен). 

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

Перед выстрелом по данным с лазерного дальномера взрыватель гранаты программируется на подрыв в воздухе на заданной дальности, чем обеспечивается поражение укрытых целей осколками сверху или сбоку. Определение дальности для дистанционного подрыва осуществляется путем подсчета оборотов, совершенных гранатой в полете.

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

Что такое дальномер и для чего он нужен?

Сегодня в геодезии, строительных и ремонтных работах широко распространены лазерные дальномеры: применение этих приборов еще несколько лет назад было редкостью, а сегодня широко распространено. Для чего нужен дальномер, если существуют рулетки и измерительные ленты? Этот прибор позволяет измерять расстояние до объекта, не приближаясь к нему.

Преимущества лазерного дальномера

• максимальная точность измерений;

• время отклика прибора – несколько секунд даже при работе с расстояниями до 100 км;

• для работы с рулеткой чаще всего нужны два человека, а дальномером можно пользоваться без помощников.

Как работает дальномер?

В момент включения излучатель прибора выпускает лазерный луч, который отражается от поверхности объекта и улавливается приемником. Затем прибор определяет расстояние до объекта и высвечивает его на дисплее.

По принципу действия выделяют импульсные и фазовые дальномеры. Импульсные определяют расстояние в зависимости от того, сколько времени лазерному лучу потребовалось для его прохождения, а фазовые – на основании разности фаз отраженного и отправленного сигналов. Они имеют более высокую точность измерений и используются обычно в профессиональных целях: геодезистами, топографами, строителями.

Сегодня существуют различные типы лазерных дальномеров с дополнительными функциями. Они могут запоминать результаты измерений или переводить их из одной единицы измерения в другую (например, метры в дюймы), выполнять сложные вычисления.

Для чего нужен лазерный дальномер, кроме измерения расстояний?

Современные приборы имеют множество различных функций, позволяющих вычислять площадь поверхностей и объем помещений даже сложной формы. Применение дальномера поможет, если вам нужно:

• определить высоту здания или прямоугольной ниши;

• подсчитать общую площадь стен помещения и количество необходимых для ремонта материалов;

• измерить площадь многоугольного помещения, наклонного участка крыши сложной формы, фасада дома со скатной крышей;

• определить максимальное и минимальное расстояние до объекта;

• узнать угол наклона крыши;

• разметить несколько отрезков одинаковой длины.

Как пользоваться дальномером?

Работать с прибором очень просто. После включения необходимо прислонить его к ровной плоскости (например, стене) и нажать на кнопку, включающую функцию измерения. Прибор направит луч к объекту и отразит данные замера на мониторе. Для отдельных функций, например, вычисления площади или объема, также есть свои кнопки. Современные дальномеры оснащены модулем способным передавать данные сразу в компьютер.

На нашем сайте представлены различные модели дальномеров от производителей Bosch, CST Berger и Stabila для применения в быту и профессионального использования. Наши сотрудники помогут вам с выбором подходящей модели, оптимально подходящей вам по соотношению функциональности и стоимости.

Геодезический дальномер| Применение дальномера в геодезии

Дальномер в геодезии – один из неотъемлемых измерительных приборов, используемых специалистами при изысканиях. Следует отметить, что расстояние измеряется с помощью данного оборудования косвенным образом, то есть его длина является не изначально измеряемой величиной, а функцией по отношению к другой измеряемой величине.

Классификация приборов

Всего используют три вида дальномеров в геодезии:

• оптические (или геометрического принципа),
• электрооптические (свето-дальномеры),
• радиотехнические (радио-дальномеры).

Первая группа делится на приборы с постоянным параллактическим углом (наиболее простой пример – нитяные средства измерения) и с постоянным базисом (более сложные устройства, имеющие заметно меньшую погрешность, чем нитяные).

Оптические дальномеры в геодезии по типу работы являются пассивными, они измеряют длину по геометрическому принципу, при нахождении высоты треугольника по известной стороне и противоположному ей углу. При этом одно из двух значений постоянное, а другое – переменное.

Существует также активный метод измерения, когда к объекту, до которого надо замерить расстояние, посылается тот или иной сигнал.

Так, радиоэлектронный или ультразвуковой дальномер направляет на предмет звуковую волну и принимает обратно отраженный от него звук. По затраченному временному интервалу и определяется расстояние до объекта. При этом следует учитывать плотность воздуха и иные параметры окружающей среды. Ультразвуковые приборы имеют достаточно большую погрешность, поэтому применяются нечасто.

В отличие от них, лазерный дальномер (рулетка) пользуется большим спросом и в геодезии, и в строительстве. Это самый современный вариант светодальномера. Его принцип действия также основан на отправке импульса (лазерного луча) до объекта и последующего приёма отраженного сигнала. По сравнению с предыдущей разновидностью приборов, в данном устройстве работу упрощает видимый луч. А усовершенствование электронного оптического дальномера с лазером современным интерфейсом снизило риск погрешностей при измерениях до минимума.

Сегодня появились лазерные модели с цветными дисплеями, Bluetooth-модулями, возможностью непрерывного измерения, функциями измерения объема и площади.

Напоследок отметим, что помимо геодезии данные приборы применяются и в других сферах, где необходимы точные измерения расстояний. Так, существуют охотничьи, военные, строительные дальномеры и т.д.

Лазерный дальномер. Какой лучше? | ПроИнструмент

Технологический прогресс уже очень давно и далеко ушел от забитых в землю сомнительных колышков с натянутыми веревочками и висящими на них тряпочками, определяющими цену деления своеобразной шкалы. Предлагаемые строительными магазинами измерительные инструменты — от миниатюрных брелковых до профессиональных механических рулеток — включают в себя особую категорию: лазерные дальномеры.

Яркий образец технической революции -лазерный дальномер — тот самый удобный, компактный, простой в использовании, но, в то же время, предлагающий максимальный функционал инструмент, о котором мечтают и домашние мастера, и сборщики мебели, и профессионалы своего строительно-ремонтного дела. Возможность производить замеры сложных конструкций или выполнять их в труднодоступных или вовсе недоступных местах подчас делает лазерную рулетку единственно возможным для использования измерительным инструментом.

Функционал и принцип действия лазерного дальномера

В общих чертах, лазерная рулетка представляет собой некий оригинальный симбиоз калькулятора и строительной рулетки, имеющий неоспоримые преимущества перед обычным инструментом:

• возможность линейных измерений (длина, ширина, высота) с автоматическим расчетом периметра и площади поверхностей, объема помещения или емкости, измерения под углом или по внутренним алгоритмам прибора;
• хранение показаний в оперативной памяти устройства и возможность производить над ними несложные математические операции;
• возможность использования рулетки при замерах отдаленных объектов или значительных по масштабам величин, не требуя при этом дополнительных рук напарника;
• возможность проведения измерений как в помещениях закрытого типа, так и на открытых территориях при различных метеорологических условиях.

По принципу действия лазерные дальномеры подразделяются на:

• импульсивные, работающие на основе учета времени, зафиксированного датчиком при прохождении инфракрасным лучом расстояния туда и обратно, и скорости самого луча.
• фазовые, в основе работы которых лежит синусоидальный закон, рассчитывающий разность фаз отправленного и отраженного лучей.

Устройство настолько просто в эксплуатации, что работу с ним без труда освоит мастер любого уровня. При нажатии кнопки генерируется луч, скорость и время прохождения которого замеряется датчиком и пересчитывается в расстояние замера.

Устройство лазерных дальномеров

Ключевыми элементами конструкции являются светодиодный излучатель красного луча, жестко закрепленный в корпусе или подвешенный самовыравнивающийся, и фокусирующие луч оптические элементы различной формы.

Фирменный дальномер выполняется в высококачественном, прочном и износостойком пластиковом корпусе с протекторными накладками, смягчающими случайные удары и падения и предотвращающими скольжение рук.  Графический дисплей с подсветкой дает возможность проводить работы и фиксировать результаты не только при ярком освещении, но и в темноте. Мембранная клавиатура с функциональными клавишами герметична и предохраняет прибор от воздействия воды.

Лазерные дальномеры работают от элементов питания, делающих такой удобный инструмент полностью автономным на многие серии измерений в течение долгого эксплуатационного периода.

Основные технические характеристики

Целесообразность использования всех функций инструмента, его ценовая политика и параметры, определяющие качество инструмента, – то, на что в первую очередь нужно обращать внимание потребителю при выборе?, и какой лазерный дальномер на самом деле лучше? Давайте перечислем основные характеристики:

• Точность измерений – один из важнейших критериев, отличающий лазерную от других типов рулеток. Погрешность измерений дальномеров, как правило, составляет всего 1-1,5 мм в зависимости от измеряемого расстояния. На точность замера может повлиять тип отражающей поверхности.
• Дальность измерений определяется производителем как максимальное расстояние четкого следа лазерного луча без использования отражающих пластин (профессиональный инструмент дает дальность измерений до 200 м).
• Ценовая категория очень различна для бытовых дальномеров и профессиональных, обладающих помимо более высокой точности и дальности измерений еще и серьезным набором дополнительных функций (измерение температуры, отражатель, выбор системы измерений и прочие).

Производители

Приняв рациональное решение отказаться от рулетки, карандаша и виртуозного лазания на стремянке под потолком и обратившись к современным средствам измерения и разметки – лазерным рулеткам – следует выполнить следующий шаг по направлению к выбору производителя.

Зачастую этот момент не вызывает сложностей, так как ведущие производители лазерных дальномеров давно обросли мировыми именами и многолетним удачным опытом выпуска действительно качественной продукции. Стоит лишь напомнить о некоторых из них, которых с определенной долей истины можно отнести к основным.

Leica Geosystems

Швейцарская компания, представляющая функциональные и очень надежные приборы, разработанные с использованием самых современных технологий. Основное производство сосредоточено в европейских государствах: Австрии, Германии, Венгрии.

В свое время Leica впервые представила всемирному измерительному сообществу компактные модели лазерных дальномеров-рулеток, дальномеры с полихромным дисплеем и с интегрированным уклономером, измерители со ставшей теперь вполне естественной для использования системой передачи данных Bluetooth, а также дальномеры с цифровым целенаведением.

Bosch

Немецкая компания, производящая качественные лазерные дальномеры с отличными рабочими характеристиками и функционалом по умеренной цене. Основное производство сосредоточено в европейских государствах и Малайзии. Современные модели SPECTRA, Skil, CST/berger – это все бошевские инструменты в несколько измененном дизайне. Изделия концерна ориентированы на массовых потребителей в лице профессиональных мастеров и любителей.

Гарантийные сроки производителя на продукцию составляют 1-3 года и зависят от конкретной модели.

Condtrol

Российская фирма, которая составляет очень успешную конкуренцию ведущим европейским производителям. Компания-разработчик из г. Челябинск с производством в Китае выпускает многофункциональные лазерные дальномеры, доступные по цене и востребованные мастерами многих стран мира. Гарантия производителя на всю продукцию составляет 3 года.

Geototal

Еще одна успешная отечественная компания, выпускающая лазерные измерители под очень популярной торговой маркой ADA – несложные приборы с отличным уровнем влаго- и пылезащиты, стабильно работающие в любых условиях. Лазерные рулетки ADA отличаются простотой эксплуатации, надежностью показаний и доступной ценой.

Keeper

Американский производитель, выпускающий функционально насыщенные дальномеры под торговой маркой Laser Meter, которые стабильно работают в стандартных условиях и при ярком солнечном свете. Гарантия производителя составляет 3 года.

Hilti Corporation

Компания государства Лихтенштейн, продукция которого в большей степени ориентирована на профессиональных пользователей и отличается максимальной ценой среди аналогов других производителей. Hilti Group делает ставку на высокую противоударную защиту, а также пыле- и влагозащищенность, позволяющие работать в жестких условиях строительных площадок. При этом функционал лазерных дальномеров этой марки широким не назовешь.

Конечно, есть еще антибрендовые модели сомнительных китайских производителей по весьма доступной цене, но о качестве данной продукции судить на профессиональном уровне смысла не имеет.

При выборе лазерной рулетки стоит ориентироваться, в первую очередь, на необходимые при ее работе функции и не приобретать профессиональный и дорогой инструмент, например, для замеров кухонного стола. Однако, следует помнить и о том, что стоимость хорошего инструмента зачастую определяет не только его функционал, но и надежность, и прочность.

Безопасность работы

При работе с лазерным устройством в целях безопасности всегда необходимо помнить и строго соблюдать рекомендации производителей. В общем случае, необходимо быть аккуратным, беречь дальномер от детей, не направлять лазерный луч в сторону людей или животных.

В заключение можно сказать: после приобретения лазерного дальномера к обычному механическому инструменту желания вернуться уже не возникнет.

Принцип работы лазерного дальномера

Принцип работы лазерного дальномера

Федеральное государственное бюджетное

Образовательное учреждение

Ковровская государственная технологическая

Академия им. В.А.Дегтярева

Реферат на тему:

«Принцип работы лазерного дальномера»

Выполнил:

студент группы У-112

Терехова А. С.

Проверил:

Кузнецова С.В.

Ковров 2014

Оглавление

История создания

Принцип работы

Некоторые уникальные свойства лазерного излучения

Применение лазеров в различных технологических процессах

Заключение

Список использованной литературы

История создания лазера

Слово «лазер» составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания. Таким образом, в самом термине лазер отражена так фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют в генераторах и усилителях когерентного света. Поэтому историю создания лазера следует начинать с 1917 г., когда Альберт Эйнштейн впервые ввел представление о вынужденном испускании.

Это был первый шаг на пути к лазеру. Следующий шаг сделал советский физик В. А. Фабрикант, указавший в 1939 г. на возможность использования вынужденного испускания для усиления электромагнитного излучения при его прохождении через вещество. Идея, высказанная В. А. Фабрикантом, предполагала использование микросистем с инверсной заселенностью уровней. Позднее, после окончания Великой Отечественной войны В. А. Фабрикант вернулся к этой идее и на основе своих исследований подал в 1951 г. (вместе с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой) заявку на изобретения способа усиления излучения при помощи вынужденного испускания. На эту заявку было выдано свидетельство, в котором под рубрикой «Предмет изобретения» было написано: «Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), отличающейся тем, что усиливаемое излучение пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного излучения или другим путем создают избыточною по сравнению с равновесной концентрацию атомов, других частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниями».

Первоначально этот способ усиления излучения оказался реализованным в радиодиапазоне, а точнее в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ диапазоне). В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров сделали доклад о принципиальной возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его «молекулярным генератором» (предполагалось использовать пучок молекул аммиака). Практически одновременно предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн было высказано в Колумбийском университете в США американским физиком Ч. Таунсом.

В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух точках земного шара — в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР (группой под руководством Н. Г. Басова и А. М. Прохорова) и в Колумбийском Университете в США (группой под руководством Ч. Таунса).

Впоследствии от термина «мазер» и произошел термин «лазер» в результате замены буквы «М» (начальная буква слова Microwave — микроволновой) буквой «L» (начальная буква слова Light — свет). В основе работы как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип — принцип, сформулированный в 1951 г. В. А. Фабрикантом. Появление мазера означало, что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его называли квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.

Спустя десять лет после создания мазера, в 1964 г. на церемонии, посвященной вручению Нобелевской премии, академик А. М. Прохоров сказал: » Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы в оптическом диапазоне. Однако этого не случилось. Они были созданы только через пять-шесть лет. Чем это объясняется? Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона длин волн, и вторая — не были предложены конкретные системы и методы получения инверсной заселенности в оптическом диапазоне».

Упомянутые А. М. Прохоровым шесть лет действительно были заполнены теми исследованиями, которые позволили, в конечном счете, перейти от мазера к лазеру. В 1955 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров обосновали применение метода оптической накачки для создания инверсной заселенности уровней. В 1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В том же 1957 г. В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и небольших количествах водорода и гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и независимо от него американский физик Ч. Таунс теоретически обосновали возможность применения явления вынужденного испускания в оптическом диапазоне; они (а также американец Р. Дикке) выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ диапазоне), а открытых резонаторов. Заметим, что конструктивно открытый резонатор отличается от объемного тем, что убраны боковые проводящие стенки (сохранены торцовые отражатели, фиксирующие в пространстве ось резонатора) и линейные размеры резонатора выбраны большими по сравнению с длинной волны излучения.

В 1959 г. вышла в свет работа Н. Г. Басова, Б. М. Вула и Ю. М. Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых квантовых генераторов и анализом условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась обосновательная статья Н. Г. Басова, О. Н. Крохина, Ю. М. Попова, в которой были всесторонне рассмотрены принципы создания и теория квантовых генераторов и усилителей в инфракрасном и видимом диапазонах. В конце статьи авторы писали: «Отсутствие принципиальных ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы генераторы и усилители в инфракрасном и оптическом диапазонах волн».

Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели ученых в самом конце 50-х годов к созданию лазера. Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана. В 1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого «оптического мазера» — лазера на рубине. Первый образец лазера выглядел достаточно скромно: маленький рубиновый кубик (1x1x1 см), две противоположные грани которого, имели серебряное покрытие (эти грани играли роль зеркала резонатора), периодически облучались зеленым светом от лампы-вспышки высокой мощности, которая змеей охватывала рубиновый кубик. Генерируемое излучение в виде красных световых импульсов испускалось через небольшое отверстие в одной из посеребренных граней кубика.

В том же 1960 г. американскими физиками А. Джавану, В. Беннету, Э. Эрриоту удалось получить генерацию оптического излучения в электрическом разряде в смеси гелия и неона. Так родился первый газовый лазер, появление которого было фактически подготовлено экспериментальными исследованиями В. А. Фабриканта и Ф. А. Бутаевой, выполненными в 1957 г.

Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые) занимают прочное место в оптических лабораториях. Осваиваются новые активные среды, разрабатывается и совершенствуется технология изготовления лазеров. В 1962-1963 гг. в СССР и США одновременно создаются первые полупроводниковые лазеры.

Так начинается новый, «лазерный» период оптики. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно быстрыми темпами. Появляются новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые. Это послужило причиной глубокого проникновения лазеров во многие отрасли народного хозяйства.

Принцип работы лазера

Рис.1 Схема работы лазера

Принципиальная схема лазера крайне проста (рис. 1): активный элемент, помещенный между двумя взаимно параллельными зеркалами. Зеркала образуют так называемый оптический резонатор; одно из зеркал делают слегка прозрачным, сквозь это зеркало из резонатора выходит лазерный луч. Чтобы началась генерацию лазерного излучения, необходимо «накачать» активный элемент энергией от некоторого источника (его называют устройством накачки).

Действительно, основной физический процесс, определяющий действие лазера, — это вынужденное испускание излучения. Оно происходит при взаимодействии фотона с возбужденным атомом приточном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (или молекулы).

В результате этого взаимодействия возбужденный атом переходит в невозбужденное состояние, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона. Таким образом, следствием данного процесса является наличие уже двух абсолютно идентичных фотонов. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами, аналогичными первому атому, может возникнуть «цепная реакция» размножения одинаковых фотонов, «летящих» абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлению узконаправленного светового луча. Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда, в которой возбужденных атомов было бы больше чем невозбужденных, поскольку при взаимодействии фотонов с невозбужденными атомами происходило бы поглощение фотонов. Такая среда называется средой с инверсной населенностью уровней энергии (рис. 2).

Рис.2. Схематическое изображение среды с инверсной населенностью уровней энергии.

Итак, кроме вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами происходят также процесс самопроизвольного, спонтанного испускания фотонов при переходе возбужденных атомов в невозбужденное состояние и процесс поглощения фотонов при переходе атомов из невозбужденного состояния в возбужденное. Эти три процесса, сопровождающие переходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы, как уже говорилось выше, А. Эйнштейном в 1916 г.

Если число возбужденных атомов велико, и существует инверсная населенность уровней (в верхнем, возбужденном состоянии атомов больше, чем в нижнем, невозбужденном), то первый же фотон, родившийся в результате спонтанного излучения, вызовет нарастающую лавину появления идентичных ему фотонов. Произойдет усиление спонтанного излучения.

При одновременном рождении (принципиально это возможно) большого числа спонтанно испущенных фотонов возникает большое число лавин, каждая из которых будет распространяться в своем направлении, заданном первоначальным фотоном соответствующей лавины.

Рис.3. Спонтаннородившиеся фотоны, направление распространения которых не перпендикулярно плоскости зеркал, создают лавины фотонов, выходящие за пределы среды

В результате мы получим потоки квантов света, но не сможем получить ни направленного луча, ни высокой монохроматичности, так как каждая лавина инициировалась собственным первоначальным фотоном. Для того чтобы среду с инверсной населенностью можно было использовать для генерации лазерного луча, т. е. Направленного луча с высокой монохроматичностью, необходимо «снимать» инверсную населенность с помощью первичных фотонов, уже обладающих одной и той же направленностью излучения и одной и той же энергией, совпадающей с энергией данного перехода в атоме. В этом случае мы будем иметь лазерный усилитель света.

Существует, однако, и другой вариант получения лазерного луча, связанный с использованием системы обратной связи. На рис. 3 видно, что спонтанно родившиеся фотоны, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркал, создают лавины фотонов, выходящие за пределы среды. В то же время фотоны, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины, многократно усилившиеся в среде вследствие многократного отражения от зеркал. Если одно из зеркал будет обладать небольшим пропусканием, то через него будет выходить направленный поток фотонов перпендикулярно плоскости зеркал. При правильно подобранном пропускании зеркал, точной их настройке относительно друг друга и относительно продольной оси среды с инверсной населенностью обратная связь может оказаться на столько эффективной, что излучение «вбок» можно будет полностью пренебречь по сравнению с излучением, выходящим через зеркала. На практике это, действительно, удается сделать. Такую схему обратной связи называют оптическим резонатором, и именно этот тип резонатора используется в большинстве существующих лазеров.

Некоторые уникальные свойства лазерного излучения

Рассмотрим некоторые уникальные свойства лазерного излучения. При спонтанном излучении атом излучает спектральную линию конечной ширины. При лавинообразном нарастании числа вынужденно испущенных фотонов в среде с инверсной населенностью интенсивность излучения этой лавины будет возрастать, прежде всего, в центре спектральной линии данного атомного перехода, и в результате этого процесса ширина спектральной линии первоначального спонтанного излучения будет уменьшаться. На практике в специальных условиях удается сделать относительную ширину спектральной линии лазерного излучения в 107 — 108 раз меньше, чем ширина самых узких линий спонтанного излучения, наблюдаемых в природе.

Кроме сужения линии излучения в лазере удается получить расходимость луча менее 10-4 радиана, т. е. На уровне угловых секунд.

Известно, что направленный узкий луч света можно получить в принципе от любого источника, поставив на пути светового потока ряд экранов с маленькими отверстиями, расположенными на одной прямой. Представим себе, что мы взяли нагретое черное тело и с помощью диафрагм получили луч света, из которого посредством призмы или другого спектрального прибора выделили луч с шириной спектра, соответствующей ширине спектра лазерного излучения. Зная мощность лазерного излучения, ширину его спектра и угловую расходимость луча, можно с помощью формулы Планка вычислить температуру воображаемого черного тела, использованного в качестве источника светового луча, эквивалентного лазерному лучу. Этот расчет приведет нас к фантастической цифре: температура черного тела должна быть порядка десятков миллионов градусов! Удивительное свойство лазерного луча — его высокая эффективная температура (даже при относительно малой средней мощности лазерного излучения или малой энергии лазерного импульса) открывает перед исследователями большие возможности, абсолютно не осуществимые без использования лазера.

Применение лазеров в различных технологических процессах

лазер излучение технологический мощность

Появление лазеров сразу оказало и продолжает оказывать влияние на различные области науки и техники, где стало возможным применение лазеров для решения конкретных научных и технических задач. Проведенные исследования подтвердили возможность значительного улучшения многих оптических приборов и систем при использовании в качестве источника света лазеров и привели к созданию принципиально новых устройств (усилители яркости, квантовые гирометры, быстродействующие оптические схемы и др. ). На глазах одного поколения произошло формирование новых научных и технических направлений — голографии, нелинейной и интегральной оптики, лазерных технологий, лазерной химии, использование лазеров для управляемого термоядерного синтеза и других задач энергетики. Ниже приведен краткий перечень применений лазеров в различных областях науки и техники, где уникальные свойства лазерного излучения обеспечили значительный прогресс или привели к совершенно новым научным и техническим решениям.

Высокая монохроматичность и когерентность лазерного излучения обеспечивают успешное применение лазеров в спектроскопии, инициировании химических реакций, в разделении изотопов, в системах измерения линейных и угловых скоростей, во всех приложениях, основанных на использовании интерференции, в системах связи и светолокации. Особо следует, очевидно, выделить применение лазеров в голографии.

Высокая плотность энергии и мощность лазерных пучков, возможность фокусировки лазерного излучения в пятно малых размеров используются в лазерных системах термоядерного синтеза, в таких технологических процессах, как лазерная резка, сварка, сверление, поверхностное закаливание и размерная обработка различных деталей. Эти же свойства и направленность лазерного излучения обеспечивают успешное применение лазеров в военной технике.

Направленность лазерного излучения, его малая расходимость применяются при провешивании направлений (в строительстве, геодезии, картографии), для целенаведения и целеуказания, в локации, в том числе и для измерения расстояний до искусственных спутников Земли, в системах связи через космос и подводной связи.

С созданием лазеров произошел колоссальный прогресс в развитии нелинейной оптики, исследовании и использовании таких явлений, как генерация гармоник, самофокусировка световых пучков, многофотонного поглощения, различных типов рассеивания света, вызванных полем лазерного излучения.

Лазеры успешно используются в медицине: в хирургии (в том числе хирургии глаза, разрушение камней в почках и т.д.) и терапии различных заболеваний, в биологии, где фокусировка в малое пятно позволяет действовать на отдельные клетки или даже на их части.

Большинство из перечисленных выше областей применения лазеров представляет собой самостоятельные и обширные разделы науки или техники и требует, естественно, самостоятельного рассмотрения. Цель приведенного здесь краткого и неполного перечня применений лазеров — проиллюстрировать то громадное влияние, которое оказало появление лазеров на развитие науки и техники, на жизнь современного общества.

Применение лазеров в ювелирной отрасли

В последние годы наметилась тенденция расширения применения лазеров в ювелирной отрасли. Наиболее широкое распространение получили станки для обработки с твердотельными лазерами на алюмо-иттриевом гранате, излучение которых достаточно хорошо поглощается основными материалами ювелирной промышленности — драгоценными металлами и камнями. Часть технологических процессов лазерной обработки полностью отработана и внедрена в ювелирной отрасли, некоторые процессы и технологии находятся в стадии разработки, и возможно, в скором времени могут быть применены для обработки изделий ювелирной промышленности. Поэтому я постараюсь рассмотреть все возможные варианты применения лазеров в технологических процессах ювелирной промышленности.

Пробивка отверстий в камнях. Одним из первых применений лазеров была пробивка отверстий в часовых камнях. Сверление отверстий всегда было чрезвычайно трудоемкой операцией. Современная лазерная технология позволяет прошивать отверстия требуемой формы в камнях различных типов с высокой скоростью и качеством.

Лазерная сварка. Одним из первых применений лазеров в ювелирной отрасли были операции ремонта различных изделий с помощью лазерной сварки. Примером применения в серийном массовом производстве лазерной сварки является лазерная сварка цепей при их производстве.

Рис. 4. Типы свариваемых цепей.

Рис. 5. Пример лазерной сварки золотой заколки

Действительно, всем известно и с успехом применяется оборудование для производства цепочек, особенно итальянских фирм. Особенностью этого процесса является его двухстадийность: сначала формируется цепочка, потом производится ее пайка традиционными методами. Лазеры позволяют производить сварку звена цепи непосредственно при его формировании на одной технологической операции и одном и том же оборудовании. Впервые такая технология была разработана для сварки золотых цепочек итальянской фирмой Lаservall. Также возможно применение сварки при соединении различных узлов ювелирных изделий, закреплении иголок знаков (рис.2), сварка большого кольца для замка и т.п. Преимущества сварки лазером — локальность ввода тепла, отсутствие флюсов и присадочного материала (припоя), низкие потери материала при сварке, возможность соединения деталей изделий с камнями, практически без нагрева всего изделия в целом. Следует особо отметить, что лазерная сварка один из наиболее сложных технологических процессов и требует отработки технологии (правил сборки, режимов сварки, подготовку и конструирование узла под сварку) практически в каждом случае применения этого процесса.

Лазерная сварка с присадкой (наплавка). Такой процесс может осуществляться аналогично сварке, но с переплавлением в сварочной зоне дополнительно присадочного материала — припоя. Так может быть решен вопрос заварки внутренних пустот и раковин изделий, вскрывающихся при полировке и шлифовки изделий после литья, а также сварка соединений с большими зазорами.

Лазерная маркировка и гравировка. Одним из наиболее интересных методов обработки драгоценных металлов является маркировка и гравировка. Современные лазеры, оснащенные компьютерным управлением, позволяют наносить на металл методом лазерной маркировки и гравировки (модификации поверхности под воздействием лазерного излучения.) практически любую графическую информацию — рисунки, надписи, вензеля, логотипы. Причем изображение можно наносить как в растровом, так и в контурном изображении. Современное оборудование позволяет перемещать лазерный луч со скоростью более двух метров в минуту и обеспечивать графическое разрешение на металле до 10…15 линий на миллиметр. В такой технике возможно изготовление с низкой себестоимостью различных подвесок, заколок, и других ювелирных изделий со своеобразной лазерной графикой (рис.3). Также интересным применением лазерной технологии гравировки является нанесение лазером различных логотипов, вензелей владельцев, товарных марок и знаков на элементы столовой посуды, как из драгоценных металлов, так и недрагоценных металлов, например для обозначения «нерж. » на клинках ножей.

Рис.6. Образцы лазерной маркировки и гравировки ювелирных изделий.

Высокое разрешение (тонкие линии), точность и повторяемость (менее 5 мкм) графичес-кого рисунка на металле позволяет эффективно применить лазер для маркировки разметки изделий под дальнейшую ручную гравировку, например при изготовлении памятных знаков, медалей или инструмента для их производства. Широкий диапазон режимов обработки на лазерах позволяет точно дозировать энергию лазерного излучения, что в свою очередь обеспечивает возможность высокоточной обработки двухслойных материалов, например ювелирных изделий из недрагоценных металлов предварительно покрытых лаком. Удаление лака под воздействием лазерного излучения без нарушения геометрических параметров поверхности металла, дает возможность провести в последующем гальваническое осаждение драгоценного металла практически любого графического изображения и получить необычное изделие.

Маркировка бриллиантов. Современное развитие лазеров и лазерной техники, совершенствование параметров лазерного излучения, разработка принципиально новых лазерных излучателей открыло возможности маркирования бриллиантов.

Рис. 4. Внешний вид маркировки синтетического алмаза.

По сообщениям журнала «Ювелирное Обозрение» американский институт геммологии с целью улучшения характеристик рынка бриллиантов приступил к маркированию лазером бриллиантов весом от 0,99 карат. Аналогичные работы проводятся и в России. Так на рис. 4. приведен пример нанесения изображения лазером на синтетический алмаз, который по физико-химическим свойствам очень близок к натуральному камню и является хорошим модельным материалом для исследования технологического процесса маркировки бриллиантов. Поскольку, размер хорошо идентифицируемых знаков на приведенном рисунке составляет около 125 мкм, то открывается возможность маркировки лазером по рундисту бриллиантов весом от 0,2 карат, так как размер рундиста при этом составляет около 200 мкм. Это очень перспективная технология.

Клеймение. Клеймение является разновидностью лазерной маркировки, когда изображение формируется на металле в результате проецирования предварительно созданного рисунка лазерным лучом. Такой метод позволяет легко получать небольшие размеры на металле и применяется для постановки именников предприятия-изготовителя изделия и пробирных клейм. Высокое разрешение позволяет получать изображения с высокой степенью защиты от воспроизведения (подделки) и может применяться для постановки пробирных клейм.

Клеймо на изделии одновременно является знаком его качества. Технология нанесения клейма лазером не приводит к потери качества изделий, не требует операций заправки клейма, обладает высокой производительностью и эргономичностью. Особенно эффективно применение лазерного клеймения на легковесные и тонкостенные изделия из драгоценных металлов.

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

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

Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылается зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически высвечивается перед оператором расстояние до объекта. Используя ранее рассмотренную формулу, оценим точность такого метода дальнометрирования, если известно, что точность измерения интервала времени между зондирующим и отраженным сигналами соответствует 10-9 с. Поскольку можно считать, что скорость света равна 3*1010 см/с, получим погрешность в изменении расстояния около 30 см. Специалисты считают, что для решения ряда практических задач этого вполне достаточно.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону. При этом интенсивность излучения меняется в значительных пределах. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза сигнала, упавшего на объект. Отраженный от объекта сигнал придет на приемное устройство также с определенной фазой, зависящей от расстояния. Это хорошо показано в разделе геодезических дальномеров. Оценим погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых условиях. Специалисты утверждают, что оператору (не очень квалифицированному солдату) не сложно определить фазу с ошибкой не более одного градуса. Если же частота модуляции лазерного излучения составляет 10 Мгц, то тогда погрешность измерения расстояния составит около 5 см.

Первый лазерный дальномер ХМ-23 прошел испытания, и был принят на вооружение армий. Он рассчитан на использование в передовых наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем является лазер на рубине с выходной мощностью 2.5 Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко используются интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отчета азимута и угла места цели. Питание дальномера производится то батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24в, обеспечивающей 100 измерений дальности без подзарядки. В другом артиллерийской дальномере, также принятом на вооружение армий, имеется устройство для одновременного определения дальности до четырех целей, лежащих на одной прямой, путем последовательного стробирования дистанций 200,600,1000, 2000 и 3000м.

Интересен шведский лазерный дальномер. Он предназначен для использования в системах управления огнем бортовой корабельной и береговой артиллерии. Конструкция дальномера отличается особой прочностью, что позволяет применять его в сложенных условиях. Дальномер можно сопрягать при необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режим работы дальномера предусматривает либо измерения через каждые 2с. в течение 20с. и с паузой между серией измерений в течение 20с. либо через каждые 4с. в течение длительного времени. Цифровые индикаторы дальности работают таким образом, что когда один из индикаторов выдает последнюю измеренную дальность, и в памяти другого хранятся четыре предыдущие измерения дистанции.

Весьма удачным лазерным дальномерам является LP-4. Он имеет в качестве модулятора добротности оптико-механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно визиром оператора. Диаметр входной оптической системы составляет 70мм. Приемником служит портативный фотодиод, чувствительность которого имеет максимальное значение на волне 1,06 мкм. Счетчик снабжен схемой стробирования по дальности, действующей по установке оператора от 200 до 3000м. В схеме оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения глаза оператора от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса. Излучатель в приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели определяется в пределах + 25 градусов. Аккумулятор обеспечивает 150 измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1 кг. Дальномер прошел испытания и был закуплен в ряде стран таких как — Канада, Швеция, Дания, Италия, Австралия. Кроме того, министерство обороны Великобритании заключило контракт на поставку английской армии модифицированного дальномера LP-4 массой в 4.4.кг.

Портативные лазерные дальномеры разработаны для пехотных подразделений и передовых артиллерийской наблюдателей. Один из таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе, с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в качестве источника излучения используется аллюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1,5 Мвт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью, составляющей всего 10-9 Вт. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов, находящихся в стволе с целью, исключается с помощью схемы стробирования по дальности. Источником питания является малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных и гибридных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2 кг.

Установка лазерных дальномеров на танки сразу заинтересовала зарубежных разработчиков военного вооружения. Это объясняется тем, что на танке можно ввести дальномер в систему управления огнем танка, чем повысить его боевые качества. Для этого был разработан дальномер AN/VVS-1 для танка М60А. Он не отличался по схеме от лазерного артиллерийского дальномера на рубине, однако, помимо выдачи данных о дальности на цифровое табло в счетно-решающее устройство системы управления огнем танка. При этом измерение дальности может производится как наводчиком пушки так и командиром танка. Режим работы дальномера — 15 измерений в минуту в течение одного часа. Зарубежная печать сообщает, что более совершенный дальномер, разработанный позднее, имеет пределы измерения дальности от 200 до 4700м. с точностью + 10 м, и счетно-решающее устройство, связанное с системой управления огнем танка, где совместно с другими данными обрабатывается еще 9 видов данных о боеприпасах. Это, по мнению разработчиков, дает возможность поражать цель с первого выстрела. Система управления огнем танковой пушки имеет в качестве дальномера аналог, рассмотренный ранее, но в нее входят еще семь чувственных датчиков и оптический прицел. Название установки Кобельда. В печати сообщается что она обеспечивает высокую вероятность поражения цели и несмотря на сложность этой установки переключатель механизма баллистики в положение, соответствующее выбранному типу выстрела, а затем нажать кнопку лазерного дальномера. При ведении огня по подвижной цели наводчик дополнительно опускает блокировочный переключатель управления огнем для того, чтобы сигнал от датчика скорости поворота башни при слежении за целью поступал за тахометром в вычислительное устройство, помогая вырабатывать сигнал учреждения. Лазерный дальномер, входящий в систему Кобельда, позволяет измерять дальность одновременно до двух целей, расположенных в створе. Система отличается быстродействием, что позволяет произвести выстрел в кратчайшее время.

Если для неподвижных целей вероятность поражения при использовании лазерной системы по сравнению с вероятностью поражения при использовании системы со стереодальномером не составляет большой разницы на дистанции около 1000м, и ощущается лишь на дальности 1500м, и более, то для движущихся целей выигрыш явный. Видно, что вероятность поражения движущейся цели при использовании лазерной системы по сравнению с вероятностью поражения при использовании системы со стереодальномером уже на дистанции 100м, повышается более чем в 3,5 раза, а на дальности 2000м., где система со стереодальномером становиться практически неэффективной, лазерная система обеспечивает вероятность поражения с первого выстрела около 0,3.

В армиях, помимо артиллерии и танков, лазерные дальномеры используются в системах, где требуется в короткий промежуток времени определить дальность с высокой точностью. Так, в печати сообщалось в разработана автоматическая система сопровождения воздушных целей и измерения дальности до них. Система позволяет производить точное измерение азимута, угла места и дальности. Данные могут быть записаны на магнитную ленту и обработаны на ЭВМ. Система имеет небольшие размеры и массу и размещается на подвижном фургоне. В систему входит лазер, работающий в инфракрасном диапазоне. Приемное устройство с инфракрасной телевизионной камерой, телевизионное контрольное устройство, следящее зеркало с сервопроводом, цифровой индикатор и записывающее устройство. Лазерное устройство на неодимовом стекле работает в режиме модулированной добротности и излучает энергию на волне 1,06 мкм. Мощность излучения составляет 1 Мвт в импульсе при длительности 25нс и частоте следования импульсов 100 Гц. Расходимость лазерного луча 10 мрад. В каналах сопровождения используются различные типы фотодетекторов. В приемном устройстве используется кремниевый светодиод. В канале сопровождения — решетка, состоящая из четырех фотодиодов, с помощью которых вырабатывается сигнал рассогласования при смещении цели в сторону от оси визирования по азимуту и углу места. Сигнал с каждого приемника поступает на видеоусилитель с логарифмической характеристикой и динамическим диапазоном 60 дБ. Минимальной пороговый сигнал при котором система следит за целью составляет 5*10-8 Вт. Зеркало слежения за целью приводится в движение по азимуту и углу места сервомоторами. Система слежения позволяет определять местоположение воздушных целей на удалении до 19 км. при этом точность сопровождения целей, определяемая экспериментально составляет 0,1 мрад. по азимуту и 0,2 мрад по углу места цели. Точность измерения дальности + 15 см.

Лазерные дальномеры на рубине и неодимовом стекле обеспечивают измерение расстояния до неподвижной или медленно перемещающихся объектов, поскольку частота следования импульсов небольшая. Не более одного герца. Если нужно измерять небольшие расстояния, но с большей частотой циклов измерений, то используют фазовые дальномеры с излучателем на полупроводниковых лазерах. В них в качестве источника применяется, как правило, арсенид галлия. Вот характеристика одного из дальномеров: выходная мощность 6,5 Вт в импульсе, длительность которого равна 0,2 мкс, а частота следования импульсов 20 кГц. Расходимость луча лазера составляет 350*160 мрад т.е. напоминает лепесток. При необходимости угловая расходимость луча может быть уменьшена до 2 мрад. Приемное устройство состоит из оптической системы, а фокальной плоскости которой расположена диафрагма, ограничивающая поле зрения приемника в нужном размере. Коллимация выполняется короткофокусной линзой, расположенной за диафрагмой. Рабочая длина волны составляет 0,902 мкм, а дальность действия от 0 до 400м. В печати сообщается, что эти характеристики значительно улучшены в более поздних разработках. Так, например уже разработан лазерный дальномер с дальностью действия 1500м. и точностью измерения расстояния + 30м. Этот дальномер имеет частоту следования 12,5 кГц при длительности импульсов 1 мкс. Другой дальномер, разработанный в США имеет диапазон измерения дальности от 30 до 6400м. Мощность в импульсе 100Вт, а частота следования импульсов составляет 1000 Гц.

Поскольку применяется несколько типов дальномеров, то наметилась тенденция унификации лазерных систем в виде отдельных модулей. Это упрощает их сборку, а также замену отдельных модулей в процессе эксплуатации. По оценкам специалистов, модульная конструкция лазерного дальномера обеспечивает максимум надежности и ремонтопригодности в полевых условиях.

Модуль излучателя состоит из стержня, лампы-накачки, осветителя, высоковольтного трансформатора, зеркал резонатора, модулятора добротности. В качестве источника излучения используется обычно неодимовое стекло или аллюминиево-натриевый гранат, что обеспечивает работу дальномера без системы охлаждения. Все эти элементы головки размещены в жестком цилиндрическом корпусе. Точная механическая обработка посадочных мест на обоих концах цилиндрического корпуса головки позволяет производить их быструю замену и установку без дополнительной регулировки, а это обеспечивает простоту технического обслуживания и ремонта. Для первоначальной юстировки оптической системы используется опорное зеркало, укрепленное на тщательно обработанной поверхности головки, перпендикулярно оси цилиндрического корпуса. Осветитель диффузионного типа представляет собой два входящих один в другой цилиндра между стенками которых находится слой окиси магния. Модулятор добротности рассчитан на непрерывную устойчивую работу или на импульсную с быстрым запусками. основные данные унифицированной головки таковы: длина волны — 1,06 мкм, энергия накачки — 25 Дж, энергия выходного импульса — 0,2 Дж, длительность импульса 25нс, частота следования импульсов 0,33 Гц в течение 12с допускается работа с частотой 1 Гц), угол расходимости 2 мрад. Вследствие высокой чувствительности к внутренним шумам фотодиод, предусилитель и источник питания размещаются в одном корпусе с возможно более плотной компоновкой, а в некоторых моделях все это выполнено в виде единого компактного узла. Это обеспечивает чувствительность порядка 5*10-8 Вт.

В усилителе имеется пороговая схема, возбуждающаяся в тот момент, когда импульс достигает половины максимальной амплитуды, что способствует повышению точности дальномера, ибо уменьшает влияние колебаний амплитуды приходящего импульса. Сигналы запуска и остановки генерируются этим же фотоприемником и идут по тому же тракту, что исключает систематические ошибки определения дальности. Оптическая система состоит из афокального телескопа для уменьшения расходимости лазерного луча и фокусирующего объектива для фотоприемника. Фотодиоды имеют диаметр активной площадки 50, 100, и 200 мкм. Значительному уменьшению габаритов способствует то, что приемная и передающая оптические системы совмещены, причем центральная часть используется для формирования излучения передатчика, а периферийная часть — для приема отраженного от цели сигнала.

Бортовые лазерные системы. Зарубежная печать сообщает, что в военной авиации стран США и НАТО стали широко использоваться лазерные дальномеры и высотомеры, они дают высокую точность измерения дальности или высоты, имеют небольшие габариты и легко встраиваются в систему управления огнем. Помимо этих задач на лазерные системы сейчас возложен ряд других задач. К ним относятся наведение и целеуказание. Лазерные системы наведения и целеуказания используются в вертолетах, самолетах и беспилотных летательных аппаратах. Их разделяют на полуактивные и активные. Принцип построения полуактивной системы следующий: цель облучается излучением лазера или непрерывно или импульсно, но так, чтобы исключить потерю цели лазерной системы самонаведения, для чего подбирается соответствующая частота посылок. Освещение цели производится либо с наземного, либо с воздушного наблюдательного пункта; отраженное от цели излучение лазера воспринимается головкой самонаведения, установленной на ракете или бомбе, которая определяет ошибку в рассогласовании положения оптической оси головки с траекторией полета. Эти данные вводятся в систему управления, которая и обеспечивает точное наведение ракеты или бомбы на освещаемую лазером цель.

Лазерные системы охватывают следующие виды боеприпасов: бомбы, ракеты класса «воздух-земля», морские торпеды. Боевое применение лазерных систем самонаведения определяется типом системы, характером цели и условиями боевых действий. Например, для управляемых бомб целеуказатель и бомба с головкой самонаведения могут находиться на одном носителе.

Для борьбы с тактическими наземными целями в зарубежных лазерных системах целеуказание может быть производиться с вертолетов или с помощью наземных переносных целеуказателей, а поражение выполняться с вертолетов или самолетов. Но отмечается и сложность использования целеуказателей с воздушных носителей. Для этого требуется совершенная система стабилизации для удержания лазерного пятна на цели.

Лазерные системы разведки. Для разведки с воздушных в зарубежных армиях используются самые различные средства: фотографические, телевизионные, инфракрасные, радиотехнические и др. Сообщается, что наибольшую емкость полезной информации дают средства фоторазведки. Но им присущи такие недостатки, как невозможность ведения скрытной разведки в ночных условиях, а также длительные сроки обработки передачи и предоставления материалов, несущих информацию. Передавать оперативно информацию позволяют телевизионные системы, но они не позволяют работать ночью и в сложных метеоусловиях. Радиосистемы позволяют работать ночью и в плохих метеоусловиях, но они имеют относительно невысокую разрешающую способность.

Принцип действия лазерной системы воздушной разведки заключается в следующем. Излучение с бортового носителя облучает разведуемый участок местности и расположенные на нем объекты по-разному отражают упавшее на него излучение. Можно заметить, что один и тот же объект, в зависимости от того, на каком фоне он расположен имеет различный коэффициент яркости, следовательно, он имеет демаскирующие признаки. Его легко выделить на окружающем фоне. Отраженный подстилающей поверхностью и объектами, на ней расположенными, лазерное излучение собирается приемной оптической системой и направляется на чувствительный элемент. Приемник преобразует отраженное от поверхности излучение и электрический сигнал, который будет промодулирован по амплитуде в зависимости от распределения яркости. Поскольку в лазерных системах разведки реализуется, как правило, строчно-кадровая развертка, то такая система близка к телевизионной. Узконаправленный луч лазера развертывается перпендикулярно направлению полета самолета. Одновременно с этим сканирует и диаграмма направленности приемной системы. Это обеспечивает формирование строки изображения. Развертка по кадру обеспечивается движением самолета. Изображение регистрируется либо на фотопленку, либо может производиться на экране электронно-лучевой трубки.

Голографические индикаторы на лобовом стекле. Для использования в прицельно-навигационной системе ночного видения, предназначенной для истребителя F-16 и штурмовика A-10 был разработан голографический индикатор на лобовом стекле. В связи с тем, что габариты кабины самолетов невелики, то с тем, чтобы получить большое мгновенное поле зрения индикатора разработчиками было решено разместить коллимирующий элемент под приборной доской. Оптическая система включает три раздельных элемента, каждый из которых обладает свойствами дифракционных оптических систем: центральный изогнутый элемент выполняет функции коллиматора, два других элемента служат для изменения положения лучей. Разработан метод отображения на одном экране объединенной информации: в форме растра и в штриховой форме, что достигается благодаря использованию обратного хода луча при формировании растра с интервалом времени 1.3мс, в течении которого на ТВ-экране воспроизводится информация в буквенно-цифровой форме и в виде графических данных, формируемых штриховым способом. Для экрана ТВ-трубки индикатора используется узкополосный люминофор, благодаря чему обеспечивается хорошая селективность голографической системы при воспроизведении изображений и пропускание света без розового оттенка от внешней обстановки. В процессе этой работы решалась проблема приведения наблюдаемого изображения в соответствие с изображением на индикаторе при полетах на малых высотах в ночное время (система ночного видения давала несколько увеличенное изображение), которым летчик не мог пользоваться, поскольку при этом несколько искажалась картина, которую можно бы было получить при визуальном обзоре. Исследования показали, что в этих случаях летчик теряет уверенность, стремится лететь с меньшей скоростью и на большой высоте. Необходимо было создать систему, обеспечивающую получение действительного изображения достаточно большого размера, чтобы летчик мог пилотировать самолет визуально ночью и в сложных метеоусловиях, лишь изредка сверяясь с приборами. Для этого потребовалось широкое поле индикатора, при котором расширяются возможности летчика по пилотированию самолета, обнаружению целей в стороне от маршрута и производству противозенитного маршрута и маневра атаки целей. Для обеспечения этих маневров необходимо большое поле зрения по углу места и азимуту. С увеличением угла крена самолета летчик должен иметь широкое поле зрения во вертикали. Установка коллимирующего элемента как можно выше и ближе к глазам летчика была достигнута за счет применения голографических элементов в качестве зеркал для изменения направления пучка лучей. Это хотя и усложнило конструкцию, однако дало возможность использовать простые и дешевые голографические элементы с высокой отдачей.

В США разрабатывается голографический координатор для распознавания и сопровождения целей. Основным назначением такого коррелятора является выработка и контроль сигналов управления наведения ракеты на среднем и заключительном участках траектории полета. Это достигается путем мгновенного сравнения изображений земной поверхности, находящейся в поле зрения системы в нижней и передней полусфере, с изображением различных участков земной поверхности по заданной траектории, хранимым в запоминающем устройстве системы. Таким образом обеспечивается возможность непрерывного определения местонахождения ракеты на траектории с использованием близко лежащих участков поверхности, что позволяет проводить коррекцию курса в условиях частичного затемнения местности облаками. Высокая точность на заключительном этапе полета достигается с помощью сигналов коррекции с частотой меньше 1 Гц. Для системы управления ракетой не требуется инерциальная система координат и координаты точного положения цели. Как сообщается, исходные данные для данной системы должны обеспечиваться предварительной аэро- или космической разведкой и состоять из серии последовательных кадров, представляющих собой Фурье-спектр изображения или панорамные фотографии местности, как это делается при использовании существующего площадного коррелятора местности. Применение этой схемы, как утверждают специалисты, позволит производить пуски ракет с носителя, находящегося вне зоны ПВО противника, с любой высоты и точки траектории, при любом ракурсе, обеспечит высокую помехоустойчивость, наведения управляемого оружия после пуска по заранее выбранным и хорошо замаскированным стационарным целям. Образец аппаратуры включает в себя входной объектив, устройство преобразования текущего изображения, работающего в реальном масштабе времени, голографической линзовой матрицы, согласованной с голографическим запоминающим устройством лазера, входного фотодетектора и электронных блоков. Особенностью данной схемы является использование линзовой матрицы из 100 элементов, имеющих формат 10×10. Каждая элементарная линза обеспечивает обзор всей входной аппаратуры и, следовательно, всего сигнала от поступающего на вход изображения местности или цели. На заданной фокальной плоскости образуется соответственно 100 Фурье спектров этого входного сигнала. Таким образом, мгновенный входной сигнал адресуется одновременно к 100 позициям памяти. В соответствии в линзовой матрице изготавливается голографическая память большой емкости с использованием согласованных фильтров и учетом необходимых условий применения. Сообщается, что на этапе испытания системы был выявлен ряд ее важных характеристик. Высокая обнаружительная способность как при низкой, так и при высокой контрастности изображения, способность правильно опознать входную

информацию, если даже имеется только часть ее. Возможность плавного автоматического перехода сигналов сопровождения при смене одного изображения местности другим, содержащимся в запоминающем устройстве.

Применение лазеров в компьютерной технике

Основным примером работы полупроводниковых лазеров является магнитно-оптический накопитель (МО).

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.

В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается.

Такой способ в отличие от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничеваниие участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничевания очень низкая, в отличие от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.

Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранение резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.

Основные перспективы развития МО дисков связанны прежде всего с увеличением скорости записи данных. Медленная скорость определяется в первую очередь двухпроходным алгоритмом записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы, из-за того, что магнитное поле, задающие направление поляризации конкретных точек на диске, не может изменять свое направление достаточно быстро.

Наиболее реальная альтернатива двухпроходной записи — это технология, основанная на изменение фазового состояния. Такая система уже реализована некоторыми фирмами производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями и модуляциями магнитного поля и мощности излучения лазера.

Технология основанная на изменении фазового состояния, основана на способности вещества переходить из кристаллического состояния в аморфное. Достаточно осветить некоторую точку на поверхности диска лучом лазера определенной мощности, как вещество в этой точке перейдет в аморфное состояние. При этом изменяется отражающая способность диска в этой точке. Запись информации происходит значительно быстрее, но при этом процессе деформируется поверхность диска, что ограничивает число циклов перезаписи.

Технология основанная на полимерных красителях, также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается двумя слоями полимеров, каждый из которых чувствителен к свету определенной частоты. Для записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний слой разбухает и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства поверхности диска. Для стирания используется другая частота, на которую реагирует только верхний слой полимера, при реакции выпуклость сглаживается. Этот метод, как и предыдущий, имеет ограниченное число циклов записи, так как при записи происходит деформация поверхности.

В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля на противоположную всего за несколько наносекунд. Это позволит изменять магнитное поле синхронно с поступлением данных на запись. Существует также технология, построенная на модуляции излучения лазера. В этой технологии дисковод работает в трех режимах — режим чтения с низкой интенсивностью, режим записи со средней интенсивностью и режим записи с высокой интенсивностью. Модуляция интенсивности лазерного луча требует более сложной структуры диска, и дополнения механизма дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет два рабочих слоя — инициализирующий и записывающий. Инициализирующий слой сделан из такого материала, что инициализирующий магнит может изменять его полярность без дополнительного воздействия лазера. В процессе записи инициализирующий слой записывается нулями, а при воздействии лазерного луча средней интенсивности записывающий слой намагничивается инициализирующим, при воздействии луча высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии с полярностью магнита смещения. Таким образом, запись данных может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.

Безусловно, МО диски перспективные и бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не только от технологии записи на них, но и от прогресса в области других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски, возможно, займут доминирующие роли.

Заключение

За последнее время в России и за рубежом были проведены обширные исследования в области квантовой электроники созданы разнообразные лазеры, а также приборы, основанные на их использовании. Лазеры теперь применяются в локации и в связи, в космосе и на земле, в медицине и строительстве, в вычислительной технике и промышленности, в военной технике. Появилось новое научное направление — голография, становление и развитие которой также немыслимо без лазеров.

Однако, ограниченный объем этой работы не позволил отметить такой важный аспект квантовой электроники, как лазерный термоядерный синтез, об использовании лазерного излучения для получения термоядерной плазмы, устойчивость светового сжатия. Не рассмотрены такие важные аспекты, как лазерное разделение изотопов, лазерное получение чистых веществ, лазерная химия и многое другое.

Мы еще не знаем, а вдруг может произойти научная революция в мире, основанная на сегодняшних достижениях лазерной техники. Вполне возможно, что лет через 50 действительность окажется гораздо богаче нашей фантазии…

Может быть, переместившись в машине времени на 50 лет вперед, мы увидим мир, затаившийся под прицелом лазеров. Мощные лазеры, нацелившись из укрытий на космические аппараты и спутники. Специальные зеркала на околоземных орбитах приготовились отразить в нужном направлении беспощадный лазерный луч, направить его на нужную цель. На огромной высоте зависли мощные гамма-лазеры, излучение которых способно в считанные секунды уничтожить все живое в любом городе на Земле. И негде укрыться от грозного лазерного луча — разве, что спрятаться в глубоких подземных убежищах.

Но это все фантазии. И не дай бог она превратиться в реальность.

Все это зависит от нас, от наших действий сегодня, от того, насколько активно все мы будет относиться к достижениям нашего разума правильно, и направлять наши решения в достойное русло этой необъятной реки, имя которой — лазер.

Список использованной литературы

1. Авиация и космонавтика № 5 1981г. с 44-45
2. Горный С.Г. «Применение лазеров в ювелирной отрасли» 2002г.
3. Донина Н.М. Возникновение квантовой электроники. М.: Наука, 1974.
4. Квантовая электроника М.: Советская энциклопедия, 1969.
5. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1988.
6. Лазеры в авиации (под ред. Сидорина В.М.) Воениздат 1982г.
7. Петровский В.И. Локаторы на лазерах Воениздат
8. Реди Дж. Промышленной применение лазеров Мир 1991г.
9. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989.
10. Тарасов Л.В. Знакомьтесь — лазеры Радио и связь 1993 г
11. Тарасов Л.В. Лазеры действительность и надежды изд Наука 1985г
12. Тарасов Л. В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического
13. Федоров Б.Ф. Лазерные приборы и системы летательных аппаратов Машиностроение 1988г.

Лазерные дальномеры. Принцип работы и использование

Никого не удивляет наличие техники, которая помогает любому человеку решить множество задач. В этот список вошли и лазерные дальномеры.

Лазерный дальномер – это оптический прибор, который используется для точного определения дистанции – от точки отсчета (месторасположения) до конкретной цели наведения.

Основы устройства лазерного дальномера

Главными составляющими прибора, именуемого лазерным дальномером, являются: излучатель и приемник.

Слово излучатель говорит само за себя, в данном приборе это генерирование лазерного луча определенной силы, что определяет длину волны. Луч абсолютно безопасен как для человека, так и для окружающей среды. Приемник предназначен для приема отраженного луча от выбранного вами объекта наведения. Для улучшения параметров дальномера в его конструкции всегда присутствует качественная оптика, которая позволяет самым точным способом сфокусировать сгенерированный луч и принять рассеянный луч на приемнике. Этот оптический усилитель имеет название – видоискатель. Если говорить доступной терминологией, то оптический видоискатель данного типа дальномера имеет принцип действия монокуляра с величиной кратности — 6х,12х.

Виды лазерных дальномеров

По типу обработки излучаемого сигнала такие устройства делятся на два вида:

Фазовые дальномеры – принцип работы основан на сравнении величины фазы посланного и отраженного луча. Такие приборы имеют доступную стоимость и просты в эксплуатации. Обычно в приобретении такого оборудования заинтересованы охотники и любители стрелкового оружия.

Импульсные дальномеры – работают на основании определения времени отклика, посланного лазерного луча.

Особенности дальномеров, применяемых в охотничьих угодьях

Дальномер является отличным аксессуаром для стрельбы, как для охотничьего оружия, так и для спорта – стрельбы из лука. Размер прибора можно соизмерить с большим яблоком. Дальномер имеет автономное питание.

Охотники предпочитают приобретать приборы, которые могут измерить путь (дистанцию) от 500 м до 1,5 км. Погрешность вычисления расстояния зависит от типа оптики и самого прибора. Таким образом, у более дорой техники меньше погрешность измерений предполагаемой дистанции.

Немаловажным фактором для лазерного дальномера считается водозащищенность. Ведь процесс охоты происходит в любых погодных условиях, поэтому этот параметр очень важен. Водонепроницаемость защитит не только оптику, но и элементы питания от выхода из строя. Очень популярными становятся приборы такого назначения со встроенным баллистическим калькулятором. На охоте они особенно удобны: вы точно знаете расстояние до цели. Поэтому стрельба на критических дистанциях нуждается в применении дальномеров.

Охотимся с помощью дальномера

Охота на медведя: дальность прицельной и безопасной стрельбы равна от 50 до 150 метров.

Варминтинг – зимняя охота на лис, стрельба только с дальней дистанции.

Охота на лося и косуль – неплохо применять дальномер с баллистическим калькулятором.

Охота в горной местности тоже нуждается в таком приборе, желательно наличие опции «угломер».

Какой прибор купить решать только его будущему владельцу. Ведь он конкретно знает, какие задачи будут поставлены перед устройством. Лидами рынка стали мировые компании, давно зарекомендовавшие себя как надежные и качественные производители оптических приборов:

Приобретая прибор такого назначения, вы можете быть полностью уверенными, что ваш выстрел будет произведен в выбранную цель.

Дальномеры просты в использовании, достаточно один раз прочесть инструкцию и попробовать измерить расстояние до цели, которое вам известно заранее. Таким образом, вы точно будете знать, какая погрешность измерения в этой модели.

Уход за лазерными дальномерами аналогичен всем оптическим приборам. Это содержание в сухих помещениях, протирание оптики, чистка крепежей, своевременная замена элементов питания, которые исчерпали свой часовой ресурс.

Лазерный дальномер: что это и зачем нужен инструмент

Лазерный дальномер является «современной» рулеткой, и основным его предназначением является измерение расстояний. Данный прибор существенно облегчает работу не только профессиональных строителей, существуют также упрощенные модели, которые великолепно подходят для домашнего использования. Они имеют массу достоинств и значительно ускоряют выполнение любой задачи по строительству либо ремонту. Ассортимент моделей лазерных дальномеров, представленных на рынке, делает выбор нужного прибора весьма непростым. Попробуем исправить данную ситуацию и максимально упростить задачу.

Выбор лазерного дальномера 

Данное устройство стоит не очень дешево, поэтому перед тем, как его приобрести, нужно четко знать, какая именно модель нужна, и какими техническими характеристиками она должна обладать. Тем более, что прибор покупается не для одноразового использования, а будет служить многие годы. Рассмотрим основные критерии, которые следует обязательно учитывать, отдавая предпочтение той либо иной модели лазерного дальномера.

Место работы 

• Первым делом следует определиться, для каких условий работы нужен лазерный дальномер. Если внутри помещения, то все предельно просто — подойдет любая модель. А вот если нужно будет работать вне помещения, то задача по выбору автоматически усложняется. Дальномер, который планируется использовать на улице, должен быть обязательно оснащенным визиром. 
• Наличие этого оптического отражателя позволит видеть точки лазера при солнечной погоде. Можно, конечно же, приобрести визир дополнительно, но это создаст некоторые неудобства в работе. Мнение, что без него можно будет обойтись, ошибочное, поскольку на расстоянии более десяти метров рассмотреть точку лазера, будет проблематично, а при очень ярком свете — практически невозможно.  

Визир может быть цифровым либо оптическим. Первый вариант является более распространенным, хотя некоторые современные модели оснащены именно оптическим визиром, что существенно снижает их стоимость. Устройства с цифровым визиром более дорогие, но они и гораздо более удобные в работе. Такие приборы оснащены дисплеем, на котором отражается вся необходимая информация, тогда как оптический визир представляет собой устройство, по принципу работы схожее с дверным «глазком».

Рабочее расстояние 

Вторым фактором, который необходимо учитывать при выборе лазерного дальномера, является длина замеров, какие потребуются в процессе работы. Диапазон замеряемых дальномерами расстояний варьируется в пределах от 30 до 300 метров, так что выбирать есть из чего. От дальности работы прибора напрямую зависит его стоимость, поэтому здесь важно правильно определить нужные параметры, чтобы не переплачивать за функции, которые вряд ли когда-нибудь пригодятся. 

При этом следует обязательно учитывать и минимальное расстояние, измеряемое той либо иной моделью дальномеров. Данный показатель колеблется в диапазоне от 5 до 50 сантиметров. Причем данный показатель на стоимость устройства никоим образом не влияет, так что, принимая решение, нужно ориентироваться исключительно на индивидуальные потребности.

Точность измерения 

Данный параметр напрямую зависит от вида работ, для которого нужно будет проводить измерения лазерным дальномером. Модели, представленные в более низком ценовом диапазоне, дают точность в диапазоне 1,5-3 миллиметра. Приборы с более высокой стоимостью имеют погрешность в пределах 1 миллиметра. 

Точность измерений лазерного дальномера напрямую зависит от правильности использования прибора, а также условий, в которых это происходит. Яркость солнечного света, расстояние, неподвижность прибора — все эти параметры оказывают непосредственное влияние на точность полученных результатов.

Определение функционала 

Лазерные дальномеры различаются по функциям, которые при их помощи можно осуществлять. Простейшие модели рассчитаны на измерение расстояний в пределах 30 метров, и для бытового использования этого зачастую вполне достаточно. Далее идут модели, которые могут измерять расстояния до 80 метров. Обычно они могут автоматически выполнять некоторые простые функции, такие как сложение результатов, вычитание, подсчет площади либо объема. 

Также некоторые модели, которые относятся к данной группе, могут делать некоторые вычисления по Пифагору, имеют различные единицы измерения, запоминают данные замеров, обладают подсветкой экрана и звуковым сопровождением работы. Ну и существуют также модели лазерных дальномеров, которые автоматически делают различные сложные вычисления, что существенно упрощает работу при сооружении капитальных зданий. Они имеют максимальную дальность измерений и являются весьма надежными. 

От функциональных возможностей дальномеров зависит их стоимость. Поэтому очень важно обдумать и проанализировать задачи, для выполнения которых нужно приобрести лазерный дальномер.

Принцип работы лазерного дальномера 

Понимание того, как работает лазерный дальномер, поможет определиться с тем, какая модель является оптимальной, в зависимости тех либо иных требований. Данный прибор может быть импульсным либо фазовым. Импульсный принцип работы устройства базируется на двух составляющих — лазере и детекторе. Луч света (лазер) направляется на нужный объект, а время, которое тратится на его движение до точки измерения и позволяет определить расстояние. После фиксации на нужной точке и передачи информации, лазер сразу же отключается, что делает его работу максимально незаметной. Поэтому подобные модели обычно используются военными при выполнении поставленных им задач. 

Фазовый принцип работы также заключается в направлении лазера на удаленный объект. В зависимости от расстояния изменяется моделированная частота луча, она имеет свои фазы, по изменению которых и происходит определение расстояния. 

Лазерные дальномеры являются электронным прибором, поэтому для их работы необходимо подключение к сети. Существуют модели, которые работают от аккумулятора либо батареек. Они более удобны в использовании, но нужно постоянно следить за уровнем заряда, поскольку от этого зависит точность полученных измерений.

Важные моменты 

Работа лазерного дальномера несколько усложняется в ясную солнечную погоду. Дело в том, что при ярком свете лазерную точку практически не видно, из-за чего существенно усложняется ее наведение на конкретную цель. Улучшить ситуацию можно при помощи специальных очков со светофильтром красного цвета, но они работают лишь на незначительных дистанциях. В иных ситуациях лучше воспользоваться светоотражающей пластиной. 

В целом инфракрасные лазеры безопасные для людей, но ни в коем случае нельзя допускать попадание их лучей в глаза. Это может серьезно травмировать сетчатку, поэтому, чтобы избежать подобной беды, при работе обязательно следует обязательно пользоваться защитными очками. 

Точность работы лазерного дальномера напрямую зависит от того, насколько ровно он стоит на поверхности, поэтому прибор нужно устанавливать на жесткую плоскость. Измерения, когда прибор будет находиться в руке, точными вряд ли получатся. 

Если лазерный дальномер планируется использовать на улице, нужно дополнительно приобрести оптический визир (если он не встроен в прибор производителем). Это позволит сделать работу максимально удобной, а результаты — точными. 

Такой прибор, как лазерный дальномер, является очень полезным. Он существенно упрощает выполнение многих задач, поскольку измерения с его помощью можно проводить самостоятельно, затрачивая на это минимум времени. При этом получаемые результаты будут максимально точными. Нужно только правильно определиться с моделью прибора, он должен быть функциональным и надежным.

Речь о принципе работы лазерного дальномера?

Лазерный дальномер — это прибор, использующий лазеры для точного измерения расстояние до цели. Лазерный дальномер излучает очень тонкий лазерный луч, цель во время работы. Фотоэлемент принимает лазерный луч отражается от цели, а таймер измеряет время от выброса до прием лазерного луча для расчета расстояния от наблюдателя до цель. Лазерный дальномер легкий, компактный, простой в использовании. работать, быстро и точно, а погрешность составляет всего от одной пятой до одной сотой другие оптические дальномеры.

принцип

1. Принцип инфракрасной или лазерной локации

Принцип дальнометрии в основном можно отнести к измерению время, необходимое свету для входа и выхода из цели, а затем рассчитать расстояние D через скорость света c=299792458 м/с и атмосферное показатель преломления n. Поскольку трудно измерить время напрямую, обычно измеряют фазу непрерывной волны. Это диапазон измерения фазы детектор.Есть, конечно, и импульсный дальномер, обычно ДИ-3000 фирмы ДИКИЙ.

Следует отметить, что измерение фазы не измеряет фазу инфракрасный или лазерный, но измеряющий фазу сигнала, модулированного инфракрасным или лазер. В строительной отрасли есть портативный лазерный дальномер для дома съемка, которая работает таким же образом.

2. Плоскость объекта должна быть перпендикулярна свету.

Как правило, для точной дальности требуется призма полного отражения, и дальномер, используемый для измерения дома, измеряется непосредственно по отражению от гладкой стены, в основном потому, что расстояние относительно близко и Интенсивность сигнала отраженного света достаточно велика. Можно узнать, что это должен быть вертикальным, иначе обратный сигнал будет слишком слабым для получения точное расстояние.

3. Плоскость объекта можно измерить как диффузное отражение

Обычно это тоже возможно. В реальном машиностроении тонкие пластиковые пластины используются в качестве отражающих поверхностей для решения серьезных проблем с диффузным отражением.

4. Точность ультразвуковой дальнометрии относительно низкая, а использование относительно маленький.

5. Лазерный дальномер может достигать точности 1 мм и подходит для различные высокоточные измерения.

Лазерные дальномеры, описание RP Photonics Encyclopedia; времяпролетный метод, фазовый сдвиг, дальность действия, лазерная безопасность, приложения

Энциклопедия > буква Л > лазерные дальномеры

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

.

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Определение: устройства для измерения расстояний до объектов с использованием лазеров

Немецкий: Laser-Entfernungsmesser

Категория: оптическая метрология

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: д-р Рюдигер Пашотта

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

Лазерные дальномеры — это устройства, содержащие лазер, с помощью которых можно измерять расстояние до объекта. Обычно такое устройство работает либо прямым времяпролетным методом, либо методом фазового сдвига.Оба метода объясняются ниже. Другие методы измерения расстояний с помощью лазеров см. в статье об измерениях расстояний с помощью лазеров.

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

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

Дальномер часто содержит смотровое устройство для точного определения цели.

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

Помимо лазера, фотоприемника и оптических частей лазерный дальномер содержит электронику, обычно включающую микропроцессор, для управления лазером, расчета и отображения измеренного расстояния, контроля и зарядки аккумулятора и т. д.

Прямые времяпролетные измерения

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

Сочетание высокой чувствительности и высокого временного разрешения фотоприемника достигается непросто.

Очевидно, что достижимое пространственное разрешение ограничено длительностью импульса и/или быстродействием фотодетектора. Часто используются импульсы от лазера с модуляцией добротности, длительность которых составляет несколько наносекунд, а иногда даже меньше 1 нс, что можно получить от особенно компактных лазеров, например. г. монолитные микросхемные лазеры с пассивной модуляцией добротности. Быстродействующий фотодиод может обеспечить временное разрешение того же порядка, хотя этого нелегко достичь при очень низкой принимаемой оптической мощности, что является результатом больших расстояний наблюдения, особенно когда необходимо использовать свет от диффузного рассеяния. Обратите внимание, что полученная энергия оптического импульса пропорциональна обратному квадрату расстояния наблюдения, если расходимость исходящего луча незначительна; в противном случае он затухает еще быстрее при увеличении расстояния.

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

Могут быть приняты различные меры для улучшения уровня принимаемого сигнала и отношения сигнал/шум, чтобы можно было выполнять измерения на больших расстояниях:

Можно принять ряд мер для оптимизации диапазона расстояний дальномера.

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

Для быстрого обновления измерений или для целей усреднения можно использовать обычную последовательность импульсов с определенной частотой повторения импульсов. При высокой частоте повторения это приводит к неоднозначности диапазона; устройство должно определить, какому отправленному импульсу принадлежит полученный импульс. Для решения этой проблемы можно использовать переменную частоту повторения или пачки импульсов.

Лазерным дальномерам, возможно, также придется справляться с дополнительными проблемами, такими как ложные сигналы от мелких объектов, летящих по воздуху (например, листьев), или попытки создания помех или ослепления (в военных приложениях).

Многочастотный метод фазового сдвига

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

При фиксированной частоте модуляции f имеет место неоднозначность измерения: если расстояние до объекта изменяется на целое число, кратное c  / (2  f ), фаза сигнала детектора изменяется на кратное целое число 2π, т.е.д., фактически никак. Эту неоднозначность можно устранить, выполняя измерения на нескольких разных частотах и ​​объединяя результаты, как правило, с помощью подходящего программного обеспечения, работающего на микропроцессоре. Этот принцип хорошо работает, особенно если требования к максимальному расстоянию до объектов и пространственному разрешению не слишком строги.

Проблемы обнаружения слабых сигналов для объектов на больших расстояниях в принципе аналогичны задачам прямого измерения времени пролета, но можно использовать синхронный усилитель для обнаружения модуляций с сильным подавлением влияния случайных шумов.В целом обнаружение становится значительно проще реализовать, чем при прямом времяпролетном методе. Поэтому большинство портативных лазерных дальномеров для умеренных расстояний до объекта работают по методу фазового сдвига.

Дополнительные функции

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

• Усовершенствованные устройства просмотра, возможно, с переменным увеличением, облегчают идентификацию и точное нацеливание на определенные объекты.
• Помимо расстояний, некоторые лазерные дальномеры могут измерять относительную скорость между объектом и наблюдателем, обнаруживая сдвиги оптической частоты, вызванные эффектом Доплера. Обычно это требует использования одночастотного лазерного источника и дополнительных средств оптического гетеродинного обнаружения и обработки сигналов.
• Некоторые устройства предлагают расчет площадей или объемов на основе нескольких измеренных расстояний.
• Возможно сохранение нескольких результатов измерений и/или их передача на другие устройства, например.г. через беспроводное соединение с ноутбуком или планшетом.

Аспекты лазерной безопасности

Определение дальности с помощью лазеров может вызвать серьезные проблемы с лазерной безопасностью, особенно когда используются интенсивные импульсы от лазеров с модуляцией добротности; это часто требуется для больших расстояний обнаружения, чтобы не только получить обнаруживаемое количество отраженного света, но и избежать преобладающего влияния окружающего света. Тогда, однако, могут потребоваться дополнительные неудобные меры для обеспечения безопасности, особенно для глаз человека.

Часто пытаются спроектировать устройства для работы с классом лазерной безопасности I, так что специальные дополнительные меры безопасности при работе с лазером не требуются. Это, однако, может серьезно ограничить оптическую мощность, которая может быть отправлена ​​​​на цель, и, следовательно, возможности обнаружения.

Такие компромиссы можно смягчить, применяя безопасные для глаз лазеры, т.е. в спектральной области 1,5 мкм, где можно безопасно использовать гораздо большую оптическую мощность, чем, например. в районе 1 мкм. Однако в этом случае как выбор лазеров, так и фотоприемников (и их производительность) существенно ограничены, а стоимость системы может быть значительно выше.

Различные вопросы

Как упоминалось выше, расходимость луча может быть серьезной проблемой для объектов на большом расстоянии. Тогда желательны большой оптический телескоп и лазер с высоким качеством луча.

Как и все другие методы измерения с использованием лазеров, лазерные измерения расстояния могут зависеть от лазерного шума, хотя шум обнаружения обычно является доминирующей проблемой. Другие проблемы, связанные с шумом, могут возникать из-за рассеянного света и лазерных спекл-эффектов.

Мишени могут иметь очень разные свойства отражения и рассеяния.Проблемы могут возникнуть при очень слабом отражении или при зеркальном отражении. В последнем случае большая часть падающего света может отражаться в направлениях, не пригодных для обнаружения.

Применение лазерных дальномеров

Лазерные дальномеры имеют ряд совершенно разных применений:

• Существуют военные приборы, которые часто позволяют проводить измерения на расстояниях в несколько километров или даже десятков километров, напр. в разведывательных целях.Они могут использовать довольно интенсивные лазерные импульсы с энергией в несколько миллиджоулей, которые довольно опасны для человеческого глаза (→ лазерная безопасность ) даже при использовании «безопасной для глаз» длины волны.
• Подобные устройства, как правило, следящие расстояния, используются, например. для геодезических измерений и на крупных строительных площадках.
• Существуют устройства для использования в лесном хозяйстве, например, для проведения инвентаризации леса. Они могут содержать специальные оптические фильтры для подавления вредного влияния листьев на измерения.
• Различные типы дальномеров используются для различных промышленных производственных процессов и в гражданском строительстве.
• Существуют дешевые портативные дальномеры для использования внутри помещений, которые подходят только для довольно ограниченных расстояний, но с ошибками расстояния, например, всего несколько миллиметров. Их можно использовать, например. для быстрого измерения размеров комнат, требующего только одного человека. Они могут предоставлять дополнительные функции, например. расчет площадей или объемов по нескольким измеренным расстояниям.
• Некоторые виды спорта (например, гольф) и охота требуют измерения расстояний, которые можно выполнить с помощью относительно недорогих бытовых дальномеров.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 22 поставщика лазерных дальномеров. Среди них:

TOPTICA Photonics

Лазерные дальномеры могут использоваться для контроля или измерения расстояний или длин объектов. Они также могут обеспечивать позиционное местоположение на больших расстояниях, например.г. нескольких километров, не касаясь физически наблюдаемого объекта. Лазерные дальномеры регулярно используются в геодезии, спорте, охоте или армии. Обычно расстояния измеряются с точностью до миллиметра, при этом измеряемый объект может даже находиться в движении. Кроме того, возможны измерения на естественных поверхностях с низкой отражательной способностью.

Beam smart WS — лучший выбор, если вы ищете компактную OEM-систему с диодным лазером с узкой шириной линии. Это стабилизированная по длине волны версия iBeam smart с надежными диодами со стабилизацией по длине волны.В сочетании с гибкой микропроцессорной электроникой iBeam smart это позволяет быстро интегрировать систему.

G&H

Light-MiLES был исследовательским проектом, финансируемым Innovate UK (ранее Советом по технологической стратегии), который финансировался с декабря 2012 г. по май 2015 г. Цели проекта заключались в разработке нового лазерного передатчика и интеграции его с массивом изображений для получения активного датчик изображения с лазерной подсветкой. Консорциум проекта возглавил Thales Optronics с участием G&H, Glass Technology Services и Университета Лидса.Задача G&H состояла в том, чтобы предоставить подходящее решение для фотонной упаковки для этого требовательного приложения.

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

Вопросы и комментарии от пользователей

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

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним по электронной почте.г. по электронной почте.

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

Смотрите также: лазерные измерения расстояний, времяпролетные измерения
и другие статьи в категории Оптическая метрология

Если вам понравилась эта страница, пожалуйста, поделитесь ссылкой с друзьями и коллегами, напр.г. через социальные сети: Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о лазерных дальномерах 
 в  
 Энциклопедия RP Photonics  

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

   
  alt ="статья">  

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

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_rangefinders.html 
 статья о «Лазерных дальномерах» в RP Photonics Encyclopedia]  

Как работает дальномер? »

Существует множество причин, по которым вам может понадобиться дальномер . Если вы охотитесь с луком или стреляете пулями на дальние дистанции, вам придется корректировать прицел, чтобы попасть в цель.

Почему? Ну, гравитация притягивает и пули, и стрелы к земле в тот момент, когда они выпущены из чего-то.

Чем больше расстояние до цели, тем дольше падение.

Некоторые люди оценивают расстояние на глаз и на практике, но с предлагаемой сегодня технологией самый простой и быстрый способ оценки расстояния до цели — использование дальномера.

Так как же работает дальномер?

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

Как работают лазерные дальномеры

Лазерный дальномер работает по довольно простому принципу.Он стреляет лазерным лучом из излучателя в цель и измеряет время, необходимое для того, чтобы луч отразился обратно к приемнику на искателе.

Поскольку лазер движется со скоростью света , а скорость света является известной скоростью , ее можно использовать вместе со временем, необходимым для расчета расстояния до целевого объекта.

Расходимость луча

Лазерный луч, испускаемый дальномером, обычно очень узок, но из-за влияния воздуха в атмосфере луч расходится и распространяется на большие расстояния.

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

Лазерные лучи расходятся и распространяются по мере их распространения

Отражение и отклонение

Некоторые объекты труднее измерить, чем другие.

Дальномер работает некорректно на всех объектах. Вот несколько примеров…

Когда луч падает на оконное стекло, почти весь он проходит сквозь него и не отражается.Таким образом, чтение трудно достичь.

Предположим также, что луч падает на зеркало (или другой объект), наклоненное так, что весь свет полностью отражается в сторону, а не обратно к приемнику. Этот объект также будет трудно ранжировать.

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

На самом деле любой объект, расположенный под углом к ​​дальномеру, будет отклонять часть луча в сторону, но каждая поверхность будет отражать часть доступного света назад, иначе мы не смогли бы увидеть их сами. То, сколько света возвращается, определяет, насколько легко дальномер сможет получить показания.

Почему дальномер не сбивает с толку окружающее освещение?

Лазерный свет, излучаемый устройством, имеет определенную длину волны, которая отличается от длины волны любого обычного света, исходящего из окружающей среды. Используя эту частоту, можно легко отфильтровать все сигналы от приемника на дальномере, кроме лазерного излучения, отраженного от цели.Нашедший видит только свой собственный свет. Это также очень помогает, когда большая часть исходящего света отражается от цели, даже если отраженный свет составляет часть исходного излучаемого света, искатель сможет выделить его там, где человеческий глаз не смог бы.

Как дальномер выбирает показания для отображения?

Лазерные дальномеры

обычно работают очень быстро и посылают десятков, сотен или тысяч импульсов на целевой объект и используют весь этот выборочный диапазон, чтобы определить, какое расстояние является правильным для сообщения.

Во всех этих показаниях будут некоторые от самой цели, а некоторые от других объектов и местности впереди, сбоку и позади нее.

Дальномер примет во внимание все эти показания, проанализирует их и использует алгоритм для выбора наиболее подходящего расстояния.

Во всех показаниях, если одно расстояние встречается чаще, чем другие, есть большая вероятность, что это тот объект, который пользователь пытается определить. Так что это то, что будет возвращено.

Как работают оптические дальномеры

Оптический дальномер имеет свои преимущества. Вам не нужна отражающая мишень, а оптику никогда не смущают погода, атмосферные условия или окружающая местность, а компоненты делают их дешевыми в сборке. В видео ниже от Mr Wizard вы увидите, как можно выполнить примитивную дальномерку с помощью 2 маленьких зеркал и небольшого количества дерева.

Однако… оптический дальномер сегодня не так популярен, как когда-то. Вам будет трудно найти хорошую оптику в продаже где-либо, кроме антикварного магазина, потому что лазерные дальномеры настолько дешевы и легко доступны, а также имеют множество функций, с которыми оптический дальномер просто не может сравниться.

Оптические дальномеры могут работать по принципу совпадения или стереоскопического дальномера .

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

Стереоскопический дальномер использует оба глаза оператора и заставляет их совмещать контрольные метки внутри сетки для определения расстояния.

Это действительно отличное видео из сериала «Мистер Волшебник» 80-х годов для детей, в котором показана концепция с разделенным изображением для поиска с использованием 2 зеркал и измерительной шкалы.

Вот еще одно видео от Jimmym40a2, которое показывает вам дальномер Barr and Stroud 1942 года и кратко объясняет, как он работает.

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

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

Другие типы дальномеров

Хотя они не применимы к повседневному дальномеру, используемому стрелками по мишеням или охотниками, стоит упомянуть эти другие типы дальномерного оборудования и немного объяснить, как они работают.

РАДАР

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

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

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

ЛИДАР

LIDAR работает аналогично RADAR, но восходит к принципу лазерного дальномера, но в гораздо большем масштабе.Он посылает световые импульсы на большие расстояния вместо радиоволн или звуковых импульсов.

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

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

СОНАРА

Сонарный дальномер использует звуковой импульс и измеряет время прохождения звуковых волн до цели и обратно вместе со скоростью звука, что позволяет рассчитать расстояние до цели.

Сонар

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

Ультразвуковой

Ультразвук — это высокочастотная звуковая волна, которую человеческое ухо не слышит, поскольку она выше частоты, слышимой нами (20 000 Гц). Когда эти волны ударяются о объект, они отскакивают назад, и если вы знаете скорость звуковой волны (скорость звука 330 м/с), вы можете рассчитать расстояние до цели.

У вас есть датчик парковки на вашем автомобиле? Скорее всего, он работает с использованием принципов ультразвуковой дальномеры.Ультразвук работает в темноте на коротких дистанциях (что нужно в машине) и безвреден для человека.

Хотя ультразвук отлично подходит для датчиков парковки и других приложений, он не подходит для обнаружения целей на больших расстояниях.

Как пользоваться дальномером: полное руководство 2021

источник изображения: usatoday.com

Если вы любитель гольфа и думаете о покупке дальномера, вы узнаете как пользоваться дальномером? Дальномер или лазерный дальномер прост и удобен в использовании.

Предназначен для измерения только и особенно длины. Удивительно думать, что такой инструмент, как лазерный дальномер, по-прежнему намного проще в использовании, чем смартфон, и что он может облегчить выполнение иногда сложной задачи по измерению расстояний с помощью измерителя или рулетки.

Метрика, особенно если в месте измерения есть поверхности или пространства, которые могут быть неудобными или даже опасными.

Кроме того, лазерный дальномер позволяет проводить измерения без посторонней помощи, просто наведя лазер, нажав кнопку, и готово! Давайте узнаем больше об этом невероятно полезном инструменте для гольфа.

Что такое дальномер для гольфа?

img source: gearhunting.com

Дальномер можно определить как устройство, позволяющее измерять расстояние, то есть дистанционно. В гольфе, строительстве и домашнем хозяйстве наиболее широко используемым дальномером является электронный дальномер с лазерным излучением, но есть и другие типы дальномеров.

Типы дальномеров для гольфа

Сегодня на рынке доступны различные типы дальномеров для гольфа:

Лазерный дальномер

Лазерный дальномер — один из самых точных.Более того, лазерный дальномер работает, измеряя время полета луча лазерного света. Луч лазерного света движется сосредоточенно; то есть свет не рассеивается.

Из-за этого при отражении от объекта он по-прежнему сохраняет достаточную интенсивность, чтобы вернуться обратно к излучателю, то есть к дальномеру.

Оптический дальномер

Оптический дальномер использует как оптический, так и механический принципы для определения расстояния между оператором дальномера и целью.Один из простейших оптических дальномеров известен как дальномер совпадений.

Следовательно, это устройство похоже на телескоп и состоит из длинной трубы с двумя окнами на концах, обращенных к цели. В центре трубы оптический дальномер имеет прицел, через который смотрит оператор.

Принцип работы оптического дальномера заключается в следующем. При ориентации на объектив свет входит через одно из окон трубки и отражается пентапризмой по направлению к центру трубки.

Пентапризма — отражательная призма с пятью гранями, позволяющая отклонять свет на угол 90º без инвертирования изображения, также используемая в зеркальных камерах.

Однако изображение проходит через призму, которая позволяет сконцентрировать изображение в глазке. На другом конце дальномера изображение цели также входит в трубку и совмещается с идущим с противоположного конца через другую призму, перекрывающую оба изображения в смотровом стекле.

Ультразвуковой дальномер

Ультразвуковые дальномеры работают как радар.Эти устройства излучают ультразвуковые электромагнитные волны, которые поражают цель и отражаются обратно к излучателю. Расстояние рассчитывается путем измерения эха.

Преимущество ультразвуковых дальномеров заключается в том, что они хорошо работают днем ​​и ночью, в темноте или при ярком свете, поскольку для измерения расстояния они используют звуки. Для сравнения, у лазерных измерителей могут быть проблемы, если уровень освещенности чрезмерный. Чтобы предотвратить это, некоторые лазерные дальномеры включают светофильтры.

Ультразвуковые дальномеры

используются для измерения расстояний, но также имеют и другие применения.Например, одним из типов датчиков присутствия является именно ультразвуковой.

Ультразвуковые извещатели имеют преимущество перед инфракрасными: они реагируют на движение людей и любого другого объекта. Кроме того, они более чувствительны и точны.

Как это работает? Этот детектор диапазона излучает ультразвук, который распространяется по воздуху, пока не достигнет объекта. Волны отражаются и возвращаются к излучателю. В этот момент электронная схема ультразвукового дальномера вычисляет время пути туда и обратно и делит его на два.

Как пользоваться дальномером

Лазерный дальномер измеряет время, необходимое для появления и исчезновения света. Это работает следующим образом:

1. При нажатии кнопки лазерный дальномер излучает луч света.
2. Луч отражается от объекта и возвращается к излучателю, то есть к лазерному дальномеру.
3. При повторном нажатии кнопки луч прерывается.
4. Датчик принимает луч света, отразившийся от объекта.
5. Электронная схема дальномера умножает время, необходимое свету для перемещения вперед и назад.
6. Зная время прохождения света, можно рассчитать расстояние.

Как рассчитывается расстояние по времени? Это возможно, потому что лазерный луч движется с почти постоянной скоростью. Точно так же, как сегментный радар рассчитывает скорость с фиксированного расстояния и время в пути, дальномер делает обратное.

Он точно рассчитывает расстояние по времени в пути, зная, что в этом случае скорость не меняется.

Держи и целься

Для измерения с помощью лазерного дальномера удерживайте лазерное устройство в направлении объекта, расстояние до которого вы хотите определить. Устройство проецирует лазерный луч на целевой объект. Таким образом, вы можете точно измерять и определять расстояния с точностью до миллиметра.

Затем лазерные дальномеры

могут вычислять площади и объемы по измерениям длины. Это чрезвычайно полезно, если, например, вы хотите потренироваться на двух разных клюшках для гольфа.

С лазерным дальномером с датчиком наклона вам нужно только нацелиться на верхний край стены, а устройство использует функцию синуса для расчета высоты стены.Для этого в приборе сохраняются формулы.

Быстрое и простое измерение площади основания с помощью лазера

Если необходимо измерить площадь основания, идеальным помощником станет лазерный измерительный прибор. Складная линейка и рулетка были вчера. Теперь измерение выполняется вручную быстро, легко и чрезвычайно точно.

Если измеряемая поверхность имеет уклон, лазерный дальномер имеет особенно большое преимущество. Так как участки под склоном высотой менее одного метра в грунт не включаются.

Они не учитываются при измерении. Высоты от 1 до 2 метров включены пополам. Здесь особенно хорошо себя зарекомендовал лазерный измерительный прибор. Вместо правильного позиционирования громоздкой складной линейки или использования отвеса лазерный нож вычисляет правильное значение расстояния за секунды.

В так называемом режиме непрерывного измерения поместите устройство на пол так, чтобы лазер был направлен вверх, пока не будет достигнута высота 1 или 2 метра. От этой точки на полу затем нужно отмерить площадь комнаты.Затем они перетекают в расчет общей жилой площади в виде частичных площадей.

Но лазерный дальномер подходит не только для простого измерения длин и площадей. Также можно проверить точность размеров. Таким образом, можно измерить прямые углы комнат, а также определить, параллельны ли стены.

Советы по военным действиям с дальномером для гольфа

img source: Independent.co.uk

При использовании дальномера, работающего с лазерным лучом, необходимо соблюдать некоторые важные инструкции по технике безопасности. Основным источником этой информации является руководство по эксплуатации. Это включено в каждое устройство. Однако в целом существуют некоторые основные правила использования лазерного дальномера.

1. Устройство может использоваться только в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Если вы арендуете или продаете устройство, обязательно передайте эти инструкции.
2. Наклейку с предупреждающими надписями снимать нельзя.
3. Никогда не направляйте лазерный луч на людей или животных. Кроме того, никогда не смотрите прямо на лазерный луч.Луч может ослепить и повредить глаза.
4. Никогда не используйте лазерный измерительный прибор в среде с легковоспламеняющимися жидкостями или горючими газами, так как в лазерном ноже могут возникнуть искры.
5. Устройство нельзя открывать. Ремонт может выполняться только специализированной компанией.
6. Лазерные очки для работы с лазерным измерителем
7. При использовании лазерного измерительного устройства целевая точка всегда должна быть видна. Особенно в очень яркой среде, например, на открытом воздухе, очки лазерного зрения гарантируют, что красная светящаяся точка всегда будет в поле зрения.
8. Это также эффективно увеличивает измеряемое расстояние, поскольку целевая точка просто видна на больших расстояниях. Однако очки с лазерным зрением обеспечивают только улучшение зрения и не обеспечивают прямой защиты от лазерных лучей.
9. Поэтому следует избегать прямого взгляда на лазер даже в таких очках. В противном случае происходит необратимое повреждение зрения. Кроме того, лазерные очки не должны использоваться в дорожном движении, а должны использоваться только тогда, когда точка лазерной мишени должна быть более заметной.
10. При измерении расстояния на открытом воздухе наведение на точную цель затруднено. Хорошим средством является специальная лазерная мишень. Эти доски снабжены специальным покрытием, поддерживающим точный результат измерения.
11. Некоторые модели также складываются, что облегчает установку на открытой дороге и в то же время облегчает транспортировку. Это означает, что при проведении измерений вне помещения помощь второго человека не требуется.

Преимущества дальномеров для гольфа

Источник изображения: sndimg.com

Забудьте о устаревших измерительных инструментах, таких как рулетка и складная линейка. Лазерный дальномер не только делает большую работу за вас, когда вы находитесь на поле для гольфа. Устройство также может сэкономить деньги.

Измерение с помощью такого устройства экономит огромное количество времени. Нет необходимости отдельно маркировать промежуточные точки измерения. Это даст вам максимально точный результат.

Еще одним преимуществом является то, что для большинства измерений не требуется помощь второго человека.В сегодняшнюю цифровую эпоху данные или измеренные значения можно легко перенести в приложение.

Функциональность

В отличие от метра или рулетки, лазерный дальномер можно использовать одной рукой, не делая записей в блокноте. Часто может случиться так, что вам нужно провести измерение еще раз, потому что вы забыли или отметили его неправильно, или из-за некоторого отвлечения на работе из-за другой задачи. Так как он останется в лазерном измерителе после измерения.

Безопасность

Лазерный дальномер позволяет безопасно измерять труднодоступные места.Это очень полезно в ситуациях, когда структурная целостность здания или дома может представлять опасность, например, старая конструкция или очень крутые или влажные места.

Практика и уборка

В отличие от рулетки, вам не нужно тащить лазерный измеритель по земле или любой поверхности, которая во многих случаях может быть влажной или грязной и полной бактерий. С лазерным дальномером этот контакт уменьшается, защищая как пользователя, так и измеряемый объект.

Заключение

Мы уверены, и теперь вы очень хорошо знаете, как пользоваться дальномером? Лазерный дальномер, также известный как дальномер или лазерный дальномер, поможет вам легко и быстро определить расстояние до точки измерения с абсолютной точностью.

В настоящее время дальномер крайне необходим и используется в таких видах спорта, как гольф. Он также может использоваться в строительстве архитекторами, каменщиками, слесарями, сантехниками, плотниками и т. д.

Если вам интересно, точны ли лазерные дальномеры? Ну и надо сказать, что дальномеры могут точно измерять расстояния даже в несколько сотен метров. Другое дело, что датчик или свет имеют необходимую мощность, чтобы покрыть это расстояние.

Таким образом, дальномер для гольфа представляет собой сложный компас для занятий этим видом спорта, улучшающий гандикап как начинающих, так и опытных игроков.

Как работает дальномер — Физика зондового ПО

Введение в дальномеры

Дальномеры, иногда называемые датчиками движения или детекторами движения, обычно используются в зондовом программном обеспечении, автофокусировке камеры и робототехнике. Дальномер работает по принципу измерения времени пролета и состоит из передатчика и приемника. Передатчик излучает сигнал (ультразвуковой или оптический), затем приемник обнаруживает отражение или эхо сигнала. Количество времени между передачей и получением называется временем пролета и используется для расчета расстояния до отражающего объекта:

Расстояние = (время полета) / (2 x скорость сигнала)

Принцип действия прост, но конструкция датчиков сложна. Эта статья объяснит:

1. Принципы работы инфракрасных и ультразвуковых дальномеров
2. Коммерческие образцы компонентов дальномера
3. Приложения для дальномеров
4. Научная деятельность, связанная с дальномером

Вы можете более подробно изучить концепцию дальномера с помощью:

Изображение окрестностей, созданное на основе данных LIDAR, которые работают на тех же физических принципах, что и дальномеры. Кадр из клипа «Карточный домик.

Принцип работы — ультразвуковой

Человеческие уши могут слышать волны давления в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц, которые мы называем звуком. Ультразвук — это термин для волн давления выше слышимой частоты, а ультразвуковые дальномеры часто работают на частоте 50 кГц. Ультразвуковой дальномер содержит передатчик, который излучает короткий сигнал, называемый щебетом. Щебет передается по воздуху в радиальном направлении от передатчика со скоростью звука, которая составляет около 343 м/с = 767 миль в час = 1125 футов/с.2) по мере удаления от передатчика в радиальном направлении. Когда щебетание достигает объекта, волна давления делает три вещи:

1. Часть волны отражается обратно к источнику в виде эха
2. Часть волны отклоняется в другую сторону
3. Часть волны поглощается и передается в объект

Эхосигнал, который возвращается к датчику-детектору, является той частью сигнала, которую можно использовать для измерения. Если вы знаете время передачи щебета и время получения эха, вы можете использовать простое уравнение:

Расстояние = (время полета) / (2 x скорость сигнала)

для расчета расстояния до отражающего объекта. Точность измерения зависит от точности синхронизации и снижения погрешности от многократных отражений или внешнего шума.

Принцип работы — оптический

Оптический дальномер работает в основном так же, как ультразвуковой дальномер, но он излучает и принимает оптические сигналы. Передатчик датчика посылает импульс оптических сигналов, приемник измеряет отраженное излучение, а внутренние часы измеряют разницу во времени. Однако для оптических дальномеров требования по синхронизации намного быстрее.Скорость света в вакууме составляет 3×10 90 570 8 90 571 м/с, что примерно в 1 000 000 раз быстрее скорости звука, поэтому требования по времени в 1 000 000 раз выше для сопоставимого позиционного разрешения. Некоторые оптические дальномеры могут измерять изменение расстояния на 1 см, что составляет всего 67 пикосекунд для прохождения света к объекту и от него.

Коммерческие образцы оптических дальномеров

STMicroelectronics имеет семейство времяпролетных дальномеров, используемых для обнаружения приближения: VL53L0X, VL53L1X и VL6180X. Эти датчики работают в инфракрасном спектре с длиной волны 940 нм. Излучатель представляет собой самоизлучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL), а детектор представляет собой однофотонный лавинный диод (SPAD), и эти части интегрированы в систему с синхронизацией и обработкой на борту. SPAD может подсчитывать одиночные фотоны, попадающие в детектор, и использовать этот сигнал для измерения времени полета фотонов до цели и обратно. На фотографиях ниже вы можете увидеть, как выглядит кремниевый чип в VL53L0X. Чип имеет два SPAD, один для измерения отраженного сигнала, а другой, закрытый упаковкой, используется в качестве эталона для корректировки и калибровки датчика.

Разборка чипа VL53L0x с сайта teardown.com

Эти дальномеры наиболее широко используются в смартфонах и камерах для автофокусировки, а также для распознавания приближения, если вы проводите рукой перед устройством, например диспенсером для бумажных полотенец. PocketLab Voyager использует VL53L0X для измерения диапазона от 10 см до 2 м в сотнях научных и инженерных приложений. Оптические дальномеры, основанные на измерениях времени пролета, являются новой технологией, хотя датчики, основанные на интенсивности отраженного света, существуют на рынке уже много лет.

Датчики дальномера и внешнего освещения, используемые в iPhone 7

Коммерческие образцы ультразвуковых дальномеров

Если вы занимались робототехникой или собирали конструкторы, то наверняка видели ультразвуковой дальномер. Он выглядит как два металлических глаза жука, один металлический цилиндр излучатель, а другой приемник. Ультразвуковые дальномеры использовались в камерах Polaroid еще в 1980-х годах. Эти датчики использовали единую конструкцию преобразователя с одним элементом, который действовал как излучатель и приемник.

Приложения

Дальномер

в принципе аналогичен технологии LIDAR, которая используется в автономном вождении и других картографических приложениях. Вы можете представить себе размещение дальномера на вращающейся платформе и возможность измерять расстояния до объектов в пределах прямой видимости и составлять 2D-карту из данных о дальности.

Фотография с урока в верхней части этой страницы – это изображение с лидара из музыкального клипа Radiohead на «Карточный домик». Вместо использования камер группа использовала 3D-рендеринг из данных LIDAR, что придает видео уникальный стиль.

Научная деятельность с использованием дальномеров

Как они работают: дальномеры для гольфа — GPS и лазер

Как они работают: дальномеры для гольфа — GPS и лазер

---

Опубликовано 23 мая 2018 г.

Игра в гольф сильно изменилась со времен старого Тома Морриса, когда в конце 1800-х годов старый Том Моррис бил клюшками из гикори по мячам для гольфа. Хотя суть игры осталась прежней, оборудование и инструменты значительно улучшились. Клюшки для гольфа теперь состоят из стали или графита, а мячи для гольфа имеют резиновую сердцевину.Игроки в гольф теперь пожинают плоды технологий, чтобы ответить на извечный вопрос: «Как далеко это?» Дальномер для гольфа — это изысканная технология, которая может помочь игроку определить расстояние до объекта на поле.

В настоящее время доступно три типа дальномеров для гольфа, которые помогут вам в игре. Существуют дальномеры на основе GPS, лазерные дальномеры и гибридные дальномеры. Давайте посмотрим, как работает каждый тип дальномера, а также преимущества и недостатки каждого из них.

GPS-дальномер

GPS, глобальная система позиционирования, дальномер использует сеть спутников для определения расстояния от устройства до определенного места на трассе. Расстояние определяется GPS-дальномером, получающим сигнал от ряда спутников, которые затем вычисляют, где находится устройство, и экстраполируют расстояние до цели. Используя спутниковое картографирование, некоторые дальномеры GPS предлагают обзор схемы поля.

Прежде чем использовать GPS-дальномер на определенном курсе, вы должны сначала убедиться, что карта курса загружена на ваше устройство.Некоторые устройства поставляются с предварительно загруженными тысячами курсов, в то время как другие требуют, чтобы вы загружали их с их веб-сайта. Некоторые GPS-дальномеры даже требуют членского взноса для доступа к картам трасс.

Когда вы загружаете курс, он дает вам расстояние до штифта на каждой лунке. Некоторые предоставляют дополнительную информацию, включая расстояние до опасностей, перед и за грином или ориентиры на поле. Другие даже позволяют вам определить точку на курсе, расстояние до которой вы хотите узнать.

Основным преимуществом GPS-дальномера является то, что он основан на спутниковых картах и ​​не требует наведения устройства на цель.Это означает, что вы можете определить расстояние между вами и булавкой даже с группой деревьев на пути, чего вы не можете сделать с помощью лазера. С другой стороны, поскольку он основан на спутниковых снимках полей для гольфа, вы ограничены тем, что производитель устройства имеет в своей базе данных.

Лазерный дальномер

Лазерный дальномер использует лазерный луч, направленный на цель, чтобы определить расстояние до нее. Лазер направляется к цели, как булавка, и отражается обратно в дальномер. Время, за которое лазер отразился обратно к устройству, используется для расчета расстояния.

Некоторые лазерные дальномеры имеют встроенный «уклономер», который может определять наклон области цели. Наклон определяется расстоянием от уровня, на котором отражение возвращается к устройству. Еще одна функция, которая есть у некоторых, — это способность «PinSeeker», которая позволяет устройству фокусироваться на булавке, а не на фоновых объектах. Чтобы помочь игрокам в гольф прицеливаться с помощью лазерного дальномера, многие из них оснащены линзами с пятикратным увеличением.

Большим преимуществом лазерного дальномера является его гибкость и способность позволять игроку в гольф точно указывать любой объект на поле и определять расстояние до него. Кроме того, нет необходимости загружать карты маршрутов, как это может понадобиться при использовании некоторых GPS-дальномеров. Лазерные дальномеры имеют тенденцию быть немного более точными, чем дальномеры GPS. Однако, поскольку вы должны иметь прямую видимость цели, которую вы измеряете, это может стать громоздким, если вы застряли за деревьями или другим препятствием на трассе.

Гибридный дальномер

Воспользуйтесь преимуществами обоих миров с гибридным дальномером, который сочетает в себе GPS и лазерную технологию. Этот тип дальномера предоставляет игроку картографию спутникового курса GPS и гибкость при наведении лазерного прицела.

Используете ли вы дальномер? Какой тип вы предпочитаете, GPS, лазерный или гибридный? Расскажите нам в наших социальных сетях: Facebook, Twitter или Instagram.

Категории: Технологии для гольфа

---

Приобретите нужный дальномер в Optics4Birding

Optics4Birding

Дальномер имеет множество применений для активного отдыха.Их можно использовать для определения расстояния до цели для охота или спортивная стрельба. Игроки в гольф часто используют дальномеры, чтобы избавиться от догадок во время вождения. мяч на фервее. Исследователи дикой природы, орнитологи и даже лесники или лесорубы могут использовать их в своих целях. ход их работы тоже. Optics4Birding предлагает нашим клиентам один из самых больших выборов дальномеров. нашел в Сети.Лазерные дальномеры, которые мы предлагаем, произведены одними из самых уважаемых производителей в оптическая промышленность.

Марки дальномеров Optics4Birding

В дополнение к предоставлению нашим многочисленным клиентам превосходного обслуживания, выбора и цены, мы предоставляем им с выбором дальномера на любой бюджет, от любителя активного отдыха на выходных до опытного профессионала.Наши сотрудники компании используют эти дальномеры в своих приключениях на открытом воздухе, что дает им представление о том, как помочь нашим клиентам выбрать правильный дальномер для их нужд. Мы с гордостью предлагаем дальномеры от таких брендов, как:

Какой дальномер купить?

Хотите верьте, хотите нет, но сотрудники Optics4Birding часто задают этот вопрос от наших клиентов.Мы можем помочь тебе выберите лучший дальномер для ваших нужд на открытом воздухе и рады предложить вам некоторую базовую информацию о типах и модели дальномеров, чтобы помочь вам определиться.

Лазерные дальномеры делятся на три основных типа: гольф, охота/природа и лесное хозяйство. дальномеры для гольфа предназначены для обнаружения тонкого вертикального флажка и отделения его от фона.Хороший пример гольфа дальномер это Метрический/ярдовый дальномер Leica Pinmaster II. Другой стильный и портативный Nikon CoolShot 20 GII дальномер для гольфа. Дальномеры для охоты, стрельбы и общих измерений смотрят на более крупные объекты, от которых легче изолировать фон. Отличным спортивным стрелковым дальномером является Лейка Rangemaster CRF 2800.com Лазерный дальномер, в то время как более бюджетной моделью может быть Лазерный дальномер Nikon Prostaff 1000I. Хотя большинство дальномеров представляют собой монокуляры, охотничьи дальномеры также доступны в виде биноклей. Лучший выбор в бинокулярной дальномерности Бинокль Zeiss Victory RF 10×54 Дальномер. Некоторые дальномеры для гольфа и охоты могут учитывать разницу в высоте. между началом и концом траектории (баллистическая дальность). Лесные дальномеры используются для определения расстояние до дерева и высота дерева или расстояние от земли до гнезда. То Дальномер Nikon Forestry Pro II служит прекрасным примером профессионального инструмента, используемого во всем мире в лесной промышленности. Как и любой инструмент, выберите дальномер, который подходит для вашего предполагаемого использования.

Все лазерные дальномеры работают, направляя узкий лазерный луч к объекту и измеряя, сколько времени это занимает. луч должен отражаться обратно к дальномерному устройству.Это называется принципом «времени полета». Потребительский класс дальномеры, как правило, имеют точность от нескольких миллиметров до пары футов, с большей точностью у тех, которые используют короткие лазерные импульсы и быстродействующая схема детектора. Большинство дальномеров имеют цифровую индикацию, чтобы помочь вам быстро определить как далеко вы находитесь от цели.

Дальномеры бывают с различными оптическими покрытиями, защитой от атмосферных воздействий и прорезиненными корпусами.Некоторые предлагают хорошее увеличение, что позволяет использовать их как зрительную оптику и как дальномер. Важно понимать, как вы будете использовать оптики и какие погодные или полевые условия вы ожидаете при использовании дальномера, чтобы определить, какой из них прямо для ваших нужд.

Есть ли у вас аксессуары для дальномера?

Чтобы помочь вам получить максимальную отдачу от вашего лазерного дальномера, Optics4Birding предлагает широкий выбор привязи, которые прикрепляют дальномер к жилету или куртке, могут поможет защитить ваше дорогое оптическое устройство от потери или повреждения, держа его под рукой, пока вы наслаждаетесь прогулкой на свежем воздухе.

Разница в качестве Optics4Birding

Выбор, цены и разнообразие дальномеров, которые предлагает Optics4Birding, делают нас лидером в отрасли. Розничная продажа оптики. Мы серьезно относимся к мероприятиям на свежем воздухе, таким как наблюдение за птицами, наблюдение за дикой природой и спортивные мероприятия. и мы стремимся предоставить нашим клиентам лучшее оборудование по наиболее конкурентоспособным ценам.Наша компания имеет заслужил свою репутацию благодаря качеству, и это качество поддерживается одним из самых выдающихся клиентов в мире. оптическая промышленность. Optics4Birding поддерживает каждый продукт, который мы продаем, с нашей подписью без проблем политику возврата и нашу удобную витрину для покупок в Интернете.