Лазерный дальномер для чего используют. Лазерный дальномер — принцип работы и сравнение разных типов. Классификация приборов для определения дальности

На русском про устройство этой рулетки можно почитать .

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

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

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

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

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

Еще одна рулетка с неизвестным протоколом - BOSCH PLR 15.

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Длина волны лазера при этом остается неизменной (обычно выбирается лазер 500 — 1100 нм).
Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.
Расстояние определяется по формуле:

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

Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.
Если частота модуляции равна 10МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.
При превышении этого расстояния возникает неоднозначность — невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.

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

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

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

Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты. Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается.

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;

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.

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 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.

В строительстве часто приходится сталкиваться с проблемами при измерении каких-либо параметров конструкции на её труднодоступных участках. Использование ленточной рулетки в таких случаях не будет эффективным. Лазерные дальномеры работают с гораздо большими расстояниями и величинами. Неважно, прямоугольную или трапециевидную форму имеет стена, с помощью лазерной рулетки будет просто измерить её размеры и площадь.

Устройство лазерного дальномера

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

Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров

Топографический лазерный дальномер позволяет вычислять расстояние до территорий или участков земли Навигационный дальномер помогает определять расстояние до объектов на воде Лазерные дальномеры используют в военной отрасли для оружейных прицелов
Строительным лазерным дальномером можно определять расстояния до стен и высчитывать площадь и объём помещений

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

Основные элементы строительного дальномера

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

Виды дальномеров

По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

Фазовые измерители

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

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

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

Импульсные измерители

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

Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей

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

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

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

Работа с лазерной рулеткой

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

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

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

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

Видео: обзор лазерного дальномера ЛДМ-70

Дополнительные функции дальномера

Функция измерения площади полезна во время ремонта, когда требуется рассчитать необходимое количество материала. Нужно включить специальную опцию дальномера (кнопка обычно имеет обозначение в виде плоской и объёмной фигуры, они символизируют измерение площади и объёма соответственно) и измерить все стороны помещения. Далее аппарат проведёт расчёты путём умножения сторон и выдаст результат на дисплее. С помощью этой функции можно определить площадь пола, стен и потолка.
Выбор режима вычислений производится при помощи специальной кнопки с изображением плоской и объёмной фигуры
Измерение объёма проводится аналогично измерению площади. При нахождении объёма помещения сначала замеряются стороны пола, затем высота. Прибор анализирует полученные данные и вычисляет объём комнаты. Эта опция дальномера полезна, например, при выборе кондиционера, когда нужно знать объём расходуемого в помещении воздуха.
Выдвижная скоба. Для проведения измерений из неудобных точек некоторые модели дальномеров оборудованы специальной скобой. Например, для определения размера комнаты по диагонали можно упереть прибор скобой в один из углов и включить необходимый режим. Для получения точного результата нужно назначить точкой отсчёта начало скобы .

В современных дальномерах скоба может фиксироваться в нескольких положениях, чтобы можно было максимально просто проводить измерения из неудобных точек
Трекинг. Если нужно отмерить определённое расстояние от стены, например, для того, чтобы возвести перегородку, нужно воспользоваться функцией трекинга. Некоторые строительные модели лазерных рулеток оснащены режимом непрерывного измерения расстояния. Для нахождения нужного отрезка таким способом потребуется включить прибор и перемещать его вдоль выбранной линии до получения искомого расстояния.
Некоторые лазерные дальномеры оснащаются функцией поиска минимальных и максимальных расстояний. С её помощью также можно вычислить точную диагональ помещения. Для этого необходимо установить прибор в одном углу, а луч направить на противоположный угол комнаты, стараясь попасть в границу между стенами как можно точнее. Рулетка произведёт серию измерений и найдёт максимальное значение, которое и будет искомой диагональю. Таким же способом проводится и поиск минимального расстояния.
Измерение сторон стены в форме трапеции - ещё одна опция некоторых современных лазерных рулеток. Для этого необходимо включить нужный режим и измерить три стороны стены, расположенных под углом 90 o друг к другу. Далее дальномер с помощью полученных данных автоматически произведёт расчёт четвёртой стены и выведет результат на экран.
Одну из сторон трапеции (например, длину ската кровли) лазерный дальномер может рассчитать по трём остальным сторонам
Косвенный метод измерения расстояний - функция теоремы Пифагора. Позволяет определить расстояния и длины отрезков на труднодоступных участках. Допустим, нужно измерить расстояние от пола до шурупа в стене. Сначала выбираем начальную точку на небольшом расстоянии от стены на полу и измеряем расстояние от неё до стены. Затем направляем точку лазера на шуруп. Отрезок от рулетки до стены будет являться катетом, а длина от прибора до шурупа - гипотенузой. При включении рассматриваемой опции прибор автоматически произведёт вычисления, найдёт второй катет треугольника и выдаст, на какой высоте от пола находится шуруп.
В солнечную погоду удобно пользоваться специальными очками. Они имеют красный или зелёный цвет стекла в зависимости от цвета луча лазера. Эти защитные стёкла оснащены световым фильтром, который приглушает все остальные цвета, кроме своего, тем самым позволяя легко находить точку отражения луча.
Световой фильтр в очках приглушает все цвета, кроме своего, поэтому, например, в красных очках намного проще увидеть луч красного лазера

Видео: измерение площади непрямоугольных стен лазерным дальномером

Сделав правильный выбор лазерной рулетки, можно во многом облегчить работу. С использованием лазерного дальномера будет возможно вычислить любые нужные длины и площади. Несмотря на множество проводимых вычислительных операций, такой прибор прост для использования и не требует никаких особых знаний или навыков.

При выполнении измерительных работ применяются линейки или рулетки. Несмотря на то, что такому методу измерения уже много лет, его постепенно вытесняет лазерная методика. В основе такой методики лежит прибор, который называется лазерный дальномер. Этот прибор позволяет осуществлять измерения, находясь только в одной точке. Как работает лазерный дальномер, а также принцип его функционирования узнаем в материале.

Лазерный дальномер, или еще называют лазерная рулетка, нашел свое активное применение при выполнении строительных работ, а также в сфере ландшафтного дизайна, агрономии, топографии и других областях. При проведении строительных работ инструмент активно пользуется как при выполнении наружной отделки, так и внутренней.

Услышав впервые о дальномере, возникает вопрос о том, зачем и для чего же он нужен? Главным его предназначением является измерение расстояний, находясь только в одной точке. Такой инструмент предназначен не только для облегчения физического труда человека, так как выполнить замеры больших расстояний с помощью рулетки совсем не просто, но еще и повысить точность измерений.

Помимо измерения расстояния, дальномеры (в зависимости от функционала) могут выполнять следующие функции:

вычисление площади помещения;
определение объема помещения;
измерения по теореме Пифагора.

Устройство лазерного дальномера включает в себя такие ключевые элементы, как светодиодный излучатель красного или зеленого цвета, а также оптические элементы различной формы. Прибор представляет собой конструкцию, напоминающую мобильный телефон, только в несколько раз толще. Приборы оснащаются ЖК-дисплеями, на которых отображается измеряемая информация. В зависимости от модели, устройства могут быть оснащены визирами, а также видеокамерой или прочими оптическими устройствами.

Принцип работы лазерного дальномера

Принцип работы такого прибора, как лазерный дальномер, основывается на изменении времени, за которое проходит луч до отражателя и обратно. Такой принцип действия прибора позволяет не просто измерять расстояния, но и делать это с большей точностью. Электромагнитная волна создает лазерный луч, который отражается от рабочей плоскости. Луч возвращается в приемник, после чего осуществляется обработка информации.

Чтобы воспользоваться прибором, его изначально следует включить. После этого нужно приложить устройство к одной точки измеряемой поверхности, а затем навести луч на объект, к которому следует отмерить расстояние и нажать на кнопку. Таким простым способом определяют расстояние с помощью дальномера.

Полученные значения можно увидеть на мониторе дальномера в таких единицах измерения, которые были предварительно выставлены.

Важно знать! Первые дальномеры появились достаточно давно, а принцип их функционирования основывается на ультразвуковых колебаниях. Такие устройства не получили широкого распространения, так как имеют большие погрешности в работе.

Стандартные дальномеры стоимостью до 6 000 рублей способны мерить расстояния до 30 метров. Более дорогие модели позволяют производить измерения расстояний до 250-300 метров. При измерении расстояний на больших объектах требуется применение специального штатива, посредством которого можно установить прибор максимально точно. Точность измерительных действий намного выше в темное время суток, чем днем, что обусловлено низкой видимостью лазерного луча. В дорогостоящих моделях применяются визиры или видеокамеры, посредством которых повышается возможность хорошо видеть луч.

Как пользоваться лазерной рулеткой

Пользоваться лазерным дальномером достаточно просто.

К каждому прибору прилагается инструкция по эксплуатации, в которой описаны такие шаги по проведению измерительных работ:

Для начала нужно включить прибор путем нажатия кнопки «on/off».
После этого требуется выбрать необходимую функцию.
Выбирается единица измерений, в которой прибор отобразит конечное значение.
Теперь нужно расположить рулетку ровно в точку, от которой нужно замерять, и лучом направить в точку, до которой нужно померить.
Когда прибор установлен в нужном положении, необходимо нажать на кнопку измерения.
В течение нескольких секунд информация будет отображена на экране устройства.

Достичь эффективной работы лазерной рулетки можно путем использования ее в теплых помещениях с умеренным уровнем влажности и достаточным освещением. Инструменты предназначаются для измерения прямых расстояний, поэтому при наличии углублений в стене, потребуется дополнительно воспользоваться рулеткой.

Если планируется выполнить измерения на улице, то немаловажно обратить внимание на следующие рекомендации:

Для таких целей должны использоваться дальномеры, максимальная длина измерений у которых составляет 200-300 м.
Понадобится воспользоваться мишенью, так как луч на 200-300 метров не сможет пройти. Такие мишени обычно имеются в комплекте дальномеров для больших расстояний.
Осуществлять измерительные работы на улице рекомендуется с применением штатива.

Прибор имеет прямую зависимость от погодных условий:

При наличии солнечной погоды измерения получаются не точными, так как ухудшается видимость луча. Рекомендуется проводить работы во время пасмурной погоды или в вечернее время.
Если во время использования прибора наблюдается туман или сильная загазованность воздуха, то это также негативно отражается на точности измерений.
Во время ветреной погоды рекомендуется дальномер фиксировать на штативе, так как любые колебания прибора в руке отражаются на качестве измерений.

Использовать инструмент можно как внутри помещений, так и снаружи, но при проведении наружных измерений, следует обязательно учитывать погодные условия.

В заключение важно отметить, что такой инструмент является отличной альтернативой для замены обычной рулетки. Применяя современный дальномер можно не только облегчить физический труд, но и ускорить процедуру измерений.