|
|
Как работает дальномер лазерныйЧто 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
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:
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. Как работает лазерная рулетка: реверс-инжиниринг / ХабрРанее в своей статьея рассказывал о том, как устроены фазовые лазерные дальномеры. Теперь пришло время разобраться с тем, как работают бытовые лазерные рулетки. Разобраться — это не просто заглянуть, что же там внутри, а полностью восстановить всю схему и написать собственную программу для микроконтроллера. Принцип работы лазерных рулетокБольшинство лазерных рулеток используют фазовый, а не импульсный (времяпролетный, TOF) метод измерения расстояния. Для целостности этой статьи процитирую часть теории из своей предыдущей статьи: В фазовом методе, в отличие от импульсного, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм). Как я уже упоминал выше, для повышения точности нужно повышать частоту модуляции излучения лазера. Однако измерить разность фаз двух высокочастотных сигналов достаточно сложно. Поэтому в фазовых дальномерах часто применяют гетеродинное преобразование сигналов. Структурная схема такого дальномера показана ниже. Рассматриваемая мной лазерная рулетка устроена именно так.
В состав дальномера входят два высокочастотных генератора, формирующие два сигнала, близких по частоте. Сигнал с одного из них подается на лазер, сигнал от другого (гетеродина) перемножается с сигналом, принятым фотоприемником. Получившийся сигнал подается на фильтр, пропускающий только низкие частоты (LPF), так что на выходе фильтра остается только сигнал разностной частоты. Этот сигнал имеет очень маленькую амплитуду, и его приходится усиливать, прежде чем подавать на микроконтроллер. Стоит заметить, что сделать низкочастотный усилитель с большим коэффициентом усиления намного проще, чем высокочастотный, что также является преимуществом гетеродинной схемы. Поскольку в фазовом дальномере измеряется именно разность фаз сигналов, то в конструкции нужен еще один сигнал — опорный. Его получают перемножением сигналов от обоих генераторов. Оба получившихся низкочастотных сигнала обрабатываются микроконтроллером дальномера, который вычисляет разность фаз между ними. Отдельно стоит упомянуть, что в большинстве лазерных дальномеров в качестве фотоприемников используются лавинные фотодиоды (APD). Они обладают собственным внутренним усилением сигнала, что уменьшает требования к усилительным узлам дальномера. Коэффициент усиления таких фотодиодов нелинейно зависит от питающего напряжения. Таким образом, если модулировать напряжение питания APD сигналом гетеродина, то смешивание (перемножение) сигналов происходит прямо в самом фотодиоде. Это позволяет упростить конструкцию дальномера, и уменьшить влияние шумов. В тоже время, у лавинных фотодиодов много недостатков. К ним можно отнести:
Реверс-инжиниринг лазерной рулетки В качестве подопытного образца я использовал набор «50M DIY Rangefinder», найденный на просторах Aliexpress (справа приведена фотография включенной рулетки). Насколько я понял, этот набор — внутренности лазерной рулетки «X-40» (сейчас ее можно найти в продаже за 20$). Этот набор я выбрал только потому, что на его фотографиях было видно электронику устройства. По имеющейся у меня информации, схемотехника этой рулетки очень близка к схемотехнике рулетки U-NIT UT390B+, и другим китайским лазерным рулеткам и модулям лазерных дальномеров. Во время испытаний я смог проверить работу рулетки только на расстоянии в 10 м. Работала она при этом с большим трудом, время измерения было больше 5 секунд. Подозреваю, что даже расстояние в 20 метров она измерить бы уже не смогла, не говоря о заявленных производителем 50 м. Что же представляет из себя конструкция такой рулетки?
Как видно из фотографий, она достаточно проста. Конструктивно рулетка состоит из блока лазерного дальномера, индикатора и платы с кнопками. Очевидно, что самое интересное — это блок дальномера. Вот так он выглядит вблизи:
С верхней стороны платы расположены две основные микросхемы дальномера — микроконтроллер STM32F100C8T6 и сдвоенный PLL генератор Si5351. Эта микросхема способна формировать два сигнала с частотами до 200 МГц. Именно она формирует сигнал для модуляции лазера и сигнал гетеродина. Также на этой стороне платы расположен смеситель и фильтр опорного (REF) сигнала и часть деталей узла высоковольтного источника напряжения для APD (вверху фотографии). Так выглядит нижняя сторона блока дальномера:
Из фотографии может быть не понятно, но на самом деле здесь видно две печатные платы — вторая очень маленькая и закреплена вертикально. На этой фотографии хорошо видно выводы лазерного диода, маленький динамик (он постоянно пищал при работе, так что позже я его выпаял). Кроме того, здесь находятся компоненты, формирующие питающие напряжения рулетки. На маленькой платке расположен лавинный фотодиод со встроенным интерференционным светофильтром и усилитель принятого сигнала. Вот так выглядит эта плата сбоку:
На фотографии справа показан вид лавинного фотодиода через линзу-объектив рулетки. Следующий этап — восстановление схемы рулетки. Плата довольно маленькая и не очень сложная, хотя и многослойная, так что процесс восстановления схемы занял не очень много времени. В одном из китайских интернет-магазинов мне удалось найти картинку с изображением печатной платы модуля лазерного дальномера (версия 511F), которая была очень близка по конструкции с моей платой (версия 512A). Разрешение картинки довольно низкое, зато на ней видно расположение проводников и переходных отверстий под микросхемами. В дальнейшем я подписал на ней номера компонентов и выделил проводники:
К сожалению, по маркировке части SMD компонентов не удалось определить их названия. Номиналы большинства конденсаторов нельзя определить без выпаивания их из платы. Номиналы резисторов я измерял мультиметром, так что они могут быть определены неточно. В результате исследования у меня получилась вот такая структурная схема рулетки:
Электрическую схему я разбил на несколько листов:
Здесь все достаточно просто — тут показаны микроконтроллер STM32, некоторые элементы его обвязки, динамик, клавиатура, некоторые ФНЧ фильтры. Здесь же показан повышающий DC-DC преобразователь напряжения (микросхема DA1), формирующий напряжение питания рулетки. Рулетка рассчитана на работу от 2 батареек, напряжение которых может меняться в процессе работы. Указанный преобразователь формирует из входного напряжения VBAT постоянное напряжение 3.5 В (несколько необычное значение). Для включения и выключения питания рулетки используется узел, собранный на транзисторной сборке DA2. При нажатии кнопки S1 он включает DC-DC, после чего микроконтроллер сигналом по линии «MCU_power» начинает удерживать DC-DC включенным. Во время одного из измерений я случайно сжег микросхему этого DC-DC преобразователя (щуп мультиметра соскочил, и замкнул ее ножки). Так как я не смог определить название микросхемы, мне пришлось выпаять ее, и подавать на рулетку напряжение 3.5 В от внешнего источника напряжения. Снизу на краю платы есть 8 прямоугольных площадок, которые могут использоваться как отладочные или тестовые. Я отметил их на схеме «PMx». Из схемы видно, что все они подключены к выводам микроконтроллера. Среди них есть линии UART. Родная прошивка не ведет никакой активности на этих линиях, линия TX, судя по осциллографу, сконфигурирована на вход.
Микросхема PLL генератора Si5351 формирует прямоугольный сигнал, поэтому, чтобы убрать лишние гармоники, сигналы с выхода PLL подаются на два одинаковых полосовых фильтра. Тут же показан смеситель сигналов, собранный на диоде D1 — сигнал с него используется в качестве опорного при измерении разности фаз. Как можно видеть из схемы, один из сигналов c PLL («LASER_signal») выводится на лазерный диод D3 без каких-либо преобразований. С другой стороны, яркость лазера (которая определяется величиной тока, текущим через него) стабилизируется при помощи аналогового узла, собранного на микросхеме DA3 и окружающих ее компонентах. Реальный уровень яркости лазера этот узел получает от встроенного в лазер фотодиода (он не показан на схеме). При помощи линии «laser_power» микроконтроллер может полностью отключить лазер, а при помощи линии «line10», соединенной с ЦАП микроконтроллера — регулировать яркость лазера. Исследование осциллографом показало, что рулетка постоянно удерживает на этой линии значение 1.4 В, и оно не меняется ни при каких условиях.
Слева здесь показан линейный источник напряжения, формирующий питающее напряжение для усилителя фотодиода (DA5). Эта микросхема формирует напряжение 3.3 В, так что напряжение на ее входе должно быть выше 3.3 В. Насколько я понимаю, именно это служит причиной того, что остальная часть схемы питается от 3.5 В. Ниже показан повышающий DC-DC преобразователь, собранный на микросхеме DA4, формирующий высокое напряжение (> 80 В) для лавинного фотодиода. Микроконтроллер может изменять величину этого напряжения при помощи линии «MCU_APD_CTRL», соединенной с ЦАП контроллера. Название микросхемы DA4 мне не удалось установить, так что пришлось экспериментально определять, как зависит напряжение на APD от уровня управляющего сигнала. Эта зависимость получается какая-то странная, с ростом величины управляющего сигнала, выходное напряжение падает. В дальнейших экспериментах я использовал несколько константных значений ЦАП, для которых я знал соответствующие им выходные напряжения. Справа на схеме 3 показана схема маленькой печатной платы. Линиями M1-M8 показаны контактные площадки, соединяющие обе платы. Диод D6 — это лавинный фотодиод (APD). Он никак не промаркирован, так что определить его название и характеристики невозможно. Могу лишь сказать, что он имеет корпус LCC3. На катод APD по линии M8 подается высокое постоянное напряжение. Также можно видеть, что через конденсатор C41 по линии «APD_modul» к нему подмешивается высокочастотный сигнал от PLL. Таким образом, на APD смешиваются оптический сигнал и сигнал «APD_modul», имеющие разные частоты. В результате этого на выходе APD появляется низкочастотный сигнал, который выделяется полосовым фильтром (компоненты C55, R41, R42, R44, C58, C59). Далее низкочастотный сигнал усиливается операционным усилителем DA6B (SGM8542). Сигнал с выхода DA6B передается на АЦП микроконтроллера по линии M2. Также этот сигнал дополнительно усиливается транзистором T6 и передается на микроконтроллер по линии M1. Кроме того, рядом с APD установлен терморезистор R58, позволяющий определить температуру APD. Как я уже говорил, параметры APD сильно зависят от температуры, и терморезистор нужен для программной компенсации этой зависимости. В процессе работы APD нагревается, и даже это изменяет его характеристики. К примеру, при комнатной температуре из-за собственного нагрева усиление фотодиода падает более чем в 2 раза. В случае, когда уровня принимаемого сигнала не хватает, микроконтроллер повышает напряжение на APD, таким образом увеличивая усиление. Во время проверки работы рулетки с родной прошивкой я обнаружил, что там есть только два уровня выходного напряжения — 80 и 93 В. Однако в то время я не догадался, что эти уровни могу зависеть от температуры APD, и не проверил, меняются ли в рулетке какие-либо управляющие сигналы при нагреве. На фотографиях платы видно, что на ней есть контрольные площадки. Я отметил их на схеме и плате: «TPx». Среди них можно выделить:
ПрограммированиеПрежде чем пытаться сделать что-то с родной прошивкой контроллера, я решил снять логическим анализатором обмен между STM32 и PLL, который происходит по I2C шине. Для этого я припаял провода к подтягивающим резисторам шины:
Мне без проблем удалось перехватить обмен между упомянутыми микросхемами и декодировать данные в передаваемых посылках: Анализ результатов показал, что контроллер всегда только записывает информацию в PLL, и ничего не считывает. При хорошем уровне сигнала один цикл измерений занимает около 0.4 секунд, при плохом уровне сигнала измерения идут значительно дольше. Видно, что микроконтроллер передает в PLL достаточно крупные посылки с периодом около 5 мс. Как оказалось, каждые 5 мс STM32 полностью перезаписывает основные регистры PLL (длина пакета 51 байт), в результате чего PLL меняет обе частоты. Никакой инициализации PLL рулетка не проводит — то есть пакеты передаваемых данных несут полную конфигурацию PLL. При хорошем уровне сигнала цикл измерений состоит из 64 передач данных. Далее я добавил в программу расчет частоты по данным, передаваемым в пакетах. Выяснилось, что в процессе измерений рулетка использует четыре частоты модуляции лазера:
Частота гетеродина (второй выход PLL) при этом всегда имеет частоту, на 5 кГц меньшую, чем частота модуляции лазера. Судя по всему, 4 цикла переключения частот (по 5 мс каждый) позволяют обеспечить однократное определение расстояния. Таким образом, проведя 64 цикла, рулетка выполняет 16 измерений расстояния, после чего усредняет и фильтрует результаты, за счет чего повышается точность измерения. Далее я приступил к написанию своей программы для микроконтроллера рулетки. После подключения программатора к рулетке компьютер не обнаружил ее микроконтроллер. Насколько я понимаю, это значит, что в родной прошивке интерфейс SWD отключен программно. Эту проблему я обошел, подключив к рулетке линию программатора NRST и выбрав в настройках ST-LINK Utility режим «Connect under reset». После этого компьютер обнаружил контроллер, но, как и ожидалось, родная прошивка была защищена от чтения. Для того, чтобы записать в контроллер свою программу, Flash-память контроллера пришлось стереть. Первым делом в своей программе я реализовал включение питания аналоговой части дальномера, включение лазера и установку его тока, включение напряжения питания APD. После того, как я убедился, что все напряжения в норме, можно было экспериментировать с PLL. Для теста я просто реализовал запись в PLL тех данных, которые я ранее получил с рулетки. В результате после запуска своей программы я обнаружил, что на контрольных точках появился сигнал с частотой 5 кГц, амплитуда которого явно зависела от типа объекта, на которые светил лазер. Это значило, что вся аналоговая электроника работает правильно. После этого я добавил в программу захват аналогового сигнала при помощи АЦП. Стоит отметить, что для измерения разности фаз сигналов микроконтроллер должен захватывать уровни основного и опорного сигналов одновременно или с постоянной задержкой. В STM32F100 последний вариант можно реализовать, используя режим сканирования АЦП. Данные от АЦП при этом логично захватывать в память при помощи DMA, а для того, чтобы данные захватывались с заданной частотой дискретизации, запуск преобразования АЦП должен производиться по сигналу от одного из таймеров. В результате экспериментов я остановился на следующих параметрах захвата: — Частота дискретизации АЦП — 50 кГц, Для обработки захваченных данных я написал на C# небольшую программу:
График синего цвета — принятый сигнал, график оранжевого цвета — опорный сигнал (его амплитуда на этом графике увеличена в 20 раз). На графике снизу показан результат FFT преобразования принятого сигнала. Используя FFT, можно определить фазу сигнала — нужно рассчитать фазовый спектр сигнала, и выбрать из него значение фазы в точке, соответствующей 5кГц. Отмечу, что я пробовал выводить фазовый спектр на экран, но он выглядит шумоподобным, так что я от этого отказался. В то же время в действительности на микроконтроллер поступают два сигнала — основной и опорный. Это значит, что нужно вычислить при помощи FFT фазу каждого из сигналов на частоте 5 кГц, а затем вычесть из одного результата другой. Результат — искомая разность фаз, которая и используется для расчета расстояния. Моя программа выводит это значение под графиком спектра. Очевидно, что использование FFT — не самый подходящий метод определения фазы сигнала на единственной частоте. Вместо его я решил использовать алгоритм Гёрцеля. Процитирую Википедию: Алгоритм Гёрцеля (англ. Goertzel algorithm) — это специальная реализация дискретного преобразования Фурье (ДПФ) в форме рекурсивного фильтра.… В отличие от быстрого преобразования Фурье, вычисляющего все частотные компоненты ДПФ, алгоритм Гёрцеля позволяет эффективно вычислить значение одного частотного компонента. Этот алгоритм очень прост в реализации. Как и FFT, он может возвращать комплексный результат, благодаря чему можно рассчитать фазу сигнала. В случае использования этого алгоритма также нужно рассчитать фазы основного и опорного сигналов, после чего вычислить их разность. Эта же программа для ПК позволяет вычислять разность фаз и амплитуду сигнала при помощи алгоритма Герцеля. Результаты экспериментов показали, что при хорошем уровне сигнала точность измерения разности фаз может доходить до 0.4 градусов (СКЗ по 20 измерениям). На следующем этапе я написал программу для микроконтроллера, которая сама рассчитывала разность фаз сигналов для трех разных частот модуляции (при помощи алгоритма Герцеля), и передавала результат на ПК. Почему использовались именно три частоты — я объясню позднее. За счет того, что расчеты производятся на самом микроконтроллере, нет необходимости передавать большой объем данных по UART, что значительно увеличивает скорость измерений. Для ПК была написана программа, которая позволяла захватывать принимаемые данные и логировать их. Именно на этом этапе я заметил сильное влияние температуры лавинного фотодиода на результаты измерения разности фаз. Кроме того, я заметил, что амплитуда принимаемого светового сигнала также влияет на результат. Кроме того, при изменении напряжения питания APD вышеуказанные зависимости явно изменяются. Честно говоря, в процессе исследований я понял, что задача определения влияния сразу нескольких факторов (напряжения питания, амплитуды светового сигнала, температуры) на разность фаз достаточно сложна, и, в идеале, требует большого и длительного исследования. Для такого исследования нужна климатическая камера для имитации различных рабочих температур и набор светофильтров для исследования влияния уровня сигнала на результат. Нужно сделать специальный стенд, способный автоматически изменять уровень светового сигнала. Исследования осложняются тем, что при уменьшении температуры растет усиление APD, причем до такой степени, что APD входит в режим насыщения — сигнал на его выходе превращается из синусоидального в прямоугольный или вообще исчезает. Такого оборудования у меня не было, так что пришлось ограничится более простыми средствами. Я проводил исследования работы дальномера только при двух рабочих напряжениях лавинного фотодиода (Uapd) в 82 В и 98 В. Все исследования шли при частоте модуляции лазера 160 МГц. В своих исследованиях я считал, что изменения амплитуды светового сигнала и температуры независимо друг от друга влияют на результаты измерения разности фаз. Для изменения амплитуды принимаемого светового сигнала я использовал специальный подвижный столик с прикрепленной заслонкой, которая могла перекрывать линзу-объектив фотодиода:
С изменением температуры все было сложней. В первую очередь, как я уже упоминал ранее, у APD был заметный эффект саморазогрева, который хорошо отслеживался термодатчиком. Для охлаждения рулетки я накрыл ее коробом из пенопласта с установленным в нем вентилятором, и установил сверху емкость с холодной водой. Кроме того, я пробовал охлаждать рулетку на балконе (там было около 10 °C). Судя по уровню сигнала с термодатчика, оба метода давали примерно одинаковую температуру APD. С нагревом все проще — я нагревал рулетку потоком горячего воздуха. Для этого я использовал резистор, прикрепленный к кулеру — так можно было регулировать температуру воздуха. У меня не было никакой информации об установленном в рулетке терморезисторе, так что я нигде не пересчитывал результаты преобразования АЦП в градусы. При увеличении температуры уровень напряжения на АЦП падал. В результате получились такие результаты:
Для напряжения 98 В получилась такая зависимость фазового сдвига от температуры (в единицах АЦП):
Можно видеть, что при изменении температуры (примерно от 15 до 40 градусов) разность фаз изменяется более чем на 30 градусов. Для напряжения 82 В эта зависимость получилась практически линейной (по крайней мере, в том диапазоне температур, где я проводил измерения). В результате, я получил два графика для двух Uapd, которые показывали связь между температурой и фазовым сдвигом. По этим графикам я определил две математические функции, которые использовал в микроконтроллере для коррекции значения разности фаз. Таким образом, я смог избавиться от влияния изменения внешних факторов на правильность измерений. Следующий этап — определение расстояния до объекта по трем полученным разностям фаз. Для начала, я решил сделать это на ПК. В чем тут проблема? Как я уже упоминал ранее, если частота модуляции достаточно высокая, то на определенном расстоянии от дальномера при попытке определить расстояние возникает неоднозначность. В таком случае для точного определения расстояния до объекта нужно знать не только разность фаз, но и число целых фаз сигнала (N), которые укладываются в этом расстоянии. Расстояние в результате определяется формулой: Из анализа работы заводской программы рулетки видно, что частоты модуляции лежат в диапазоне 160-195 МГц. Вполне вероятно, что схемотехника рулетки не позволит модулировать излучение лазера с меньшей частотой (я это не проверял). Это значит, что метод определения расстояния до объекта по разности фаз в рулетке должен быть сложнее, чем простое переключение между высокой и низкой частотами модуляции. Стоит заметить, что из-за того, что частоты модуляции разные, то число целых фаз сигнала в одних случаях может иметь общее значение N, а в других — нет (N1, N2 ...). Мне известны только два варианта решения этой задачи. Первый вариант — простой перебор значений N и соответствующих им расстояний для каждой используемой частоты модуляции. В ходе такого перебора ищутся такие значения N, которые дают наиболее совпадающие друг с другом расстояния (полного совпадения можно не получить из-за ошибок при измерении разности фаз). Недостаток этого метода — он требует производить много операций и достаточно чувствителен к ошибками измерения фаз. Второй вариант — использование эффекта биений сигналов, имеющих близкие частоты модуляции. Можно предположить, что на дистанции до объекта количество целых периодов N1 и N2 равны между собой и равны некому значению N. В таком случае получается такая система уравнений: Из нее можно вывести значение N: Получив значение N, можно вычислить расстояние до объекта. Максимальное расстояние, на котором выполняется вышеупомянутое утверждение, определяется формулой: Из этой формулы видно, что чем ближе друг к другу длины волн сигналов, тем больше максимальное расстояние. В то же время, даже на указанной дистанции в некоторых случаях это утверждение (N1=N2) выполнятся не будет. Приведу простой пример. Пусть и . Но если при этом путь, который проходит свет, равен 1.53м, то получается что для первой длины волны N1 = 0, а для второй N2 = 1. В результате расчета величина N получается отрицательной. Бороться c этим эффектом можно, используя знание, что Используя эту систему уравнений, можно найти N1. Применение этого метода имеет определенную особенность — чем ближе друг друг к другу длины волн сигналов модуляции, тем больше влияние ошибок измерения разности фаз на результат. Из-за наличия таких ошибок значение N может вычисляться недостаточно точно, но, по крайней мере, оно оказывается близким к реальной величине. При определении реального расстояния до объекта приходится производить калибровку нуля. Делается она достаточно просто — на определенном расстоянии от рулетки, которое будет принято за «0», устанавливается хорошо отражающий свет объект. После этого программа должна сохранить измеренные значения разности фаз для каждой из частот модуляции. В дальнейшей работе нужно вычитать эти значения из соответствующих значений разностей фаз. В своем алгоритме определения расстояния я решил использовать три частоты модуляции: 162.5 МГц, 191.5 МГц, 193.5 МГц — по результатам экспериментов, это было наиболее подходящее количество частот. Мой алгоритм определения расстояния состоит из трех этапов:
В результате у меня получилась вот такая программа для ПК:
Эта программа позволяет отображать данные, передаваемые рулеткой — амплитуду сигнала, напряжение APD, температуру в единицах АЦП, значения разности фаз сигналов для трех частот и вычисленное по ним расстояние до объекта. Калибровка нуля производится в самой программе при нажатии кнопки «ZERO». Для автономно работающего лазерного дальномера важно, чтобы усиление сигнала можно было менять, так как при изменении расстояния и коэффициента отражения уровень сигнала может очень сильно меняться. У себя в программе микроконтроллера я реализовал изменение усиления за счет переключения между двумя напряжениями питания APD — 82 В и 98 В. При переключении напряжения уровень усиления менялся примерно в 10 раз. Я не стал реализовывать переключение между двумя каналами АЦП — «MCU_signal_high», «MCU_signal_low» — программа микроконтроллера всегда использует сигнал только с канала «MCU_signal_high». Следующий этап — окончательный, заключается в переносе алгоритма расчета расстояния на микроконтроллер. Благодаря тому, что алгоритм был уже проверен на ПК, это не составило особого труда. Кроме того, в программу микроконтроллера пришлось добавить возможность производить калибровку нуля. Данные этой калибровки микроконтроллер сохраняет во Flash памяти. Я реализовал два различных варианта прошивки микроконтроллера, отличающихся принципом захвата сигналов. В одной из них, более простой, микроконтроллер во время захвата данных от АЦП ничего не делает. Вторая прошивка — более сложная, в ней данные от АЦП одновременно записываются в один из массивов при помощи DMA, и в то же время при помощи алгоритма Герцеля обрабатываются уже захваченные ранее данные. За счет этого скорость измерений повышается практически в 2 раза по сравнению с простой версией прошивки. Результат вычислений микроконтроллер отправляет по UART на компьютер. Для удобства анализа результатов я написал еще одну маленькую программу для ПК:  РезультатыВ результате мне удалось точно выяснить, как устроена электроника лазерной рулетки, и написать собственную Open source прошивку для нее. Для меня в процессе написания прошивки наиболее важным было добиться максимальной скорости измерений. К сожалению, повышение скорости измерений заметно сказывается на точности измерений, так что требуется искать компромисс. К примеру, код, приведенный в конце этой статьи, обеспечивает 60 измерений в секунду, и точность при этом составляет около 5-10 мм. Если уменьшить количество захватываемых значений сигнала, можно повысить скорость измерений. Я получал и 100 измерений в секунду, но при этом влияние шумов значительно увеличивалось. Конечно же, внешние условия, такие как расстояние до объекта и коэффициент отражения поверхности сильно влияют на отношение сигнал-шум, а следовательно, и на точность измерений. К сожалению, при слишком низком уровне светового сигнал даже увеличение усиления APD не сильно помогает — с ростом усиления растет и уровень шумов. В ходе экспериментов я заметил, что внешняя засветка лавинного фотодиода тоже значительно увеличивает уровень помех. В модуле, который был у меня, вся электроника открыта, так что для уменьшения помех его приходится накрывать чем-нибудь непрозрачным. Еще одна замеченная особенность — из-за того, что оптические оси лазера и объектива фотодиода не совпадают, на близких расстояниях (<0.7 м) уровень сигнала значительно падает. В принципе, уже в таком виде электронику рулетки можно использовать в каком-нибудь проекте, например, в качестве датчика расстояния для робота. Видео, показывающее работу рулетки: Напоследок: какие рулетки еще можно встретить?Здесь я хочу рассказать о конструкциях других лазерных рулеток, о которых можно найти информацию в сети.
→ Файлы проекта→ Инструкция по подключению модуля лазерного дальномера к ArduinoПринцип работы лазерных дальномеровИзмерение 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: - где L - расстояние до обьекта, 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.лазерный или ультразвуковой? — ОбзорыЕсли вы разберетесь с тем, как работает дальномер, то вам будет проще ориентироваться в приборах представленных моделей. Обратите внимание на то, что наиболее точный показатель обеспечат устройства с короткими импульсами. Дальность измеряется тремя способами:
Большинство инструментов работают по принципу импульсного излучения. Расстояние фиксируется путем отражения светового потока, который достигает поверхности. В этот момент автоматически запускается счетчик, который и замеряет расстояние и скорость прохождения. После возвращения импульса останавливается счетчик. Ультразвуковой дальномер - одни из первых появившихся на рынке измерительных строительных приборов, но так и не с умевшие завоевать признание у строителей. Относится он к активным дальномерам, у которых расстояние вычисляется на основании времени и скорости прохождения сигнала от источника сигнала до объекта и обратно до приёмника сигнала, т.е. от прибора до препятствия и обратно до дальномера. Приобретение ультразвукового дальномера довольно сомнительное решение, так как такой инструмент имеет много минусов, один из которых низкая точность, и чем больше расстояние, тем выше погрешность. В основном точность у них указывается в процентах, к примеру +/- 0,5% от результата. Лазерный дальномер - точный прибор, востребованный как профессиональными строителями, так и домашними мастерами. По сравнению с ультразвуковыми, лазерные рулетки имеют массу преимуществ по точности и функционалу. Оптический дальномер относится к пассивному виду, в строительных приборах применяется в оптических нивелирах, теодолитах и другом оборудовании. Здесь он также называется нитяной дальномер, так как расстояние вычисляется благодаря оптике и сетке нитей. Лазерные дальномеры бывают не только строительными с дисплеем, на котором выводится результат измерений, но и монокулярными, это дальномеры для охоты. Такие приборы быстро высчитывают расстояние до цели на дистанции до 2000 метров, а результаты выводятся прямо в окуляре. Сейчас на рынке представлено огромное количество различных моделей лазерных измерителей расстояний от разных производителей. Как работает лазерный дальномер: его применениеЕсли вы знаете, как функционирует приспособление, то вы сможете использовать его с наивысшей эффективностью. Главная сфера применения - строительство объектов, а именно выполнение следующих заданий. Замер и вычисление площади территории. Функция передачи данных через подключенные электронные компьютерные устройства при помощи ультразвукового сигнала. При помощи луча осуществляется измерения прочих строительных пунктов. Поняв, как работает лазерный дальномер, вы также сможете применять его во время охоты и прочих действий, направленных на определение вида и уровня объекта. Характеристика лазерного дальномераОсновной измерительный прибор называют рулеткой из-за своих функциональных особенностей. Девайсу свойственны также следующие характеристики: хорошая степень защиты от механических воздействий. Сохранение нужного вида и состояния при эксплуатации во время дождя, ветра и снега. Вы сможете измерять постройку и использовать его при низких температурах. Внимание, к приборам часто прилагаются дополнительные аксессуары. Например, штатив (представлен в большом и миниатюрном варианте), батарейки, элементы питания. В магазине Территория Инструмента большой выбор лазерных дальномеров по доступным ценам. Энергетическое образование2. Лазерный дальномерДальномер — устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта. Благодаря тому, как работает лазерный дальномер, можно осуществлять замеры плоскостей с максимальной точностью. Поэтому его применяют в военном деле, астрономии строительстве, инженерной геодезии и т.д. Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной. Лазерный дальномер – удобное современное устройство для измерения площадей поверхностей.Возможности самого простого лазерного дальномера ограничиваются измерениями в пределах 40-60 м, в то время как более мощные модели имеют этот показатель в 100 м. Дальномер имеет два функциональных блока: излучательный, в составе которого есть лазерный диод, и приемник. За счет электромагнитной волны возникает лазерный луч. Сама волна производится дальномером, далее она отражается от рабочей плоскости, будь то полы, стены, потолок или другая рабочая сторона объекта. После этого идет ее возврат в приемник. Каждая волна имеет свою амплитуду и длину. Последний показатель изначально известен вычислителю дальномера, поэтому дальнейшие его вычисления производятся за счет принципа сложения всех длин волн, которые прошли путь до объекта и обратно. После этого выполняется деление данной суммы надвое. А если есть «обрезанная» волна, то и ее показатель приплюсовывается. Так как длина волны составляет 635 нм, человеческий глаз видит луч красного цвета. Поэтому, работая с таким прибором, следует быть аккуратными. Попадая в глаз, такой луч может нести разрушительное воздействие. Все зависит от класса используемого лазера: чем он выше, тем опаснее контакт луча и глаза. По стандарту дальномеры имеют луч со вторым классом излучения. Это, в свою очередь, означает, что при кратковременном воздействии перед глазами человека непродолжительный период будут мелькать пятна света. Но если луч будет напрямую и долго воздействовать, то последствия могут стать крайне неприятными.
Лазерный дальномер – выбираем лучшее устройствоПеред тем, как обзавестись новым инструментом, стоит убедиться в том, что прибор полностью удовлетворит Ваши потребности. Лазерный дальномер не является исключением.Несмотря на относительную простоту электронной рулетки запутаться в предложении довольно легко. Изобилие функций, конструктивных особенностей и различие характеристик приведет в замешательство любого.
Какой же дальномер выбрать? Разберемся по порядку, коснувшись каждой важной черты лазерного инструмента. Максимальное и минимальное расстояниеМаксимальное расстояние измерений – именно этот параметр стоит определить в первую очередь:
Для измерительных приборов с расстоянием более 100 м не лишним будет использовать штатив с возможностью крепления и дополнительные аксессуары. Многие лазерные дальномеры с максимальным расстоянием более 100 м обычно оснащаются мощным видоискателем. Минимальное расстояние будет важно для тех, кто использует прибор для измерения небольших расстояний. Хороший дальномер всегда справится с этой задачей. Но встречаются и такие модели, в которых отраженный луч на малых расстояниях не попадает в приемник.Точность и задержка в измеренииДля получения достоверных данных важными параметрами будут точность лазерного дальномера и задержка в измерении. Большинство доступных моделей обладают погрешностью до 3 мм. Значение превышает 3 мм? Задумайтесь – окупится ли такая экономия? Чем меньше погрешность, тем лучше. Оптимальный вариант – модели с точностью от 1 до 2 мм. Лазерные дальномеры FUBAG обладают погрешностью до 2 мм, чего вполне достаточно для большинства видов измерений.
Существуют охотничьи лазерные дальномеры, в которых точность не имеет такого значения. В них погрешность доходит до 1 м. Что же касается времени измерений, то оно должно быть минимальным. Лучше всего если данные получены менее чем за 1 секунду. Длина волны – красный или зеленый луч?Параметр длины волны определяет цвет лазерного луча:
Основное отличие зеленый лучше виден при ярком освещении, чем красный. Однако в окружении чаще встречается зеленый цвет, что делает точку хуже различимой. Именно поэтому дальномеры с красным лучом больше востребованы, к тому же они дешевле «зеленых» аналогов. Степень защиты и условия эксплуатацииДля нормальной работы любой электронный инструмент должен быть устойчив к окружающим условиям. Именно поэтому при выборе лазерного дальномера нельзя избегать вниманием такие параметры как степень защиты и диапазон рабочих температур. Маркировка IP AB указывает на степень защиты аппарата (здесь A – защита от твердых частиц, Y – устойчивость к влаге). Разобраться поможет таблица:
Степень защиты лазерных дальномеров FUBAG - IP 54. Инструменты абсолютно устойчивы к воздействию пыли и брызг. Что же касается диапазона, то подбирать его стоит с учетом деятельности. Работаете в помещениях круглый год – вам нет необходимости переплачивать за инструмент, который работает при отрицательных температурах. Функционал инструмента – что выбрать для работы
Особую важность в современных лазерных дальномерах представляют вычислительные функции.
Вычислительные функции: 1. Сложение/Вычитание.2. Расчет площади. 3. Расчет объема. 4. Вычисления по теореме Пифагора.
5. Сумма нескольких площадей. 6. Измерение трапеции.7. Подсчет углов наклона линий и плоскостей (такие дальномеры оснащены электронным уровнем (угломером)). Дополнение к функционалу, которое будет полезно всем: от строителей до ландшафтных дизайнеров.
Отличным подспорьем в работе с вычислениями станет модуль памяти. Он предусматривает специальные ячейки, в которых хранятся полученные данные. С его помощью удобно проводить множество измерений, а также суммировать или вычитать полученные результаты. Конструкция и дополнительные элементыКонструкция прибора должна быть эргономичной. Удобство использования – залог продуктивности. Хорошим считается аппарат, который не скользит в руке, благодаря рельефной части корпуса. Лазерный уровень должен легко умещаться в руке и не вызывать дискомфорта при долгих измерениях. Что же касается дополнительных элементов, то здесь могут быть:
Отверстие для ремешка присутствует у многих лазерных рулеток. Ремешок с такими приборами идет в комплекте и позволяет обезопасить инструмент от случайных падений.
Желательно, чтобы дальномер был оснащен пузырьковым уровнем для повышения точности измерения.
Упорные скобы или штыри – дополнительное удобство для измерения диагоналей. Благодаря этим элементам у дальномера есть еще одна точка отсчета. Однако современные приборы способны не менее эффективно измерять диагонали другими способами. Что же касается разъема под штатив, то в большинстве случаев для лазерных уровней до 60 м в нем нет необходимости. А вот «рулеткам» с максимальной длиной измерения более 100 м, он, скорее всего, понадобится. Используйте полученные знания, чтобы сложить впечатление об идеальном устройстве под Ваши запросы. Экономия на ненужных функциях, высоких характеристиках и дополнительных элементах позволит вам выбрать лучший лазерный дальномер, который станет достойным пополнением вашего инструментария.Получите 10 самых читаемых статей + подарок! * Подписаться Как работает и где применяется лазерный дальномерС лазерными лучами мы сталкиваемся в жизни довольно часто: от пульта дистанционного управления ТВ до указки, с которой играются дети и до впечатляющих и завораживающих глаз шоу. Альтернативные названия: лазерная рулетка или метр (в память о механических предшественниках). Принцип работы лазерного дальномераЛуч излучается и направляется в сторону объекта. Поверхность является препятствием. Часть энергии поглощается, превращаясь в тепло и нагревая место столкновения, а часть отражается. Но вернемся к эффекту поглощения. 3 фактора, когда замер дистанции может быть неустойчивым.
Чтобы представить этот процесс, вспомним самолет “Стелс”. Инновационное покрытие отражает электромагнитные волны, излучаемые радиолокатором, и на экране воздушное судно не видно или плохо наблюдается. Единственное, что следует сделать – вычесть толщину пластины из конечного результата. Принцип действия фазовых дальномеров состоит в измерении разницы фаз. Узконаправленный луч представляет собой высокочастотный импульс с заранее известной мощностью, частотой, амплитудой и периодом. Происходит сдвиг фаз, который прибор мгновенно преобразует в значение на дисплее. Мощность ограничена на уровне 1 мВт. Более мощный показатель опасен для органов зрения. Примеры применения лазерных дальномеров в строительствеИзмерение дистанций в интервале метров и десятков метров нашло широкое применение прежде всего в строительной отрасли, где в полной мере раскрывается потенциал портативных дистанционных измерителей линейных размеров:
Преимущества Вспомним, какие использовались инструменты для измерения расстояний на протяжении последних десятков лет – железный метр или пластиковая рулетка. В принципе, если постараться, каждый перечисленный измеритель может выдать результат с точностью до миллиметра. Но есть и другие важные аргументы: дистанция, скорость, удобство. И рассмотрим каждый из них по порядку. Другое дело - рулетки на основе лазерного луча ! Элегантно, быстро, и самое главное – никуда не нужно идти. Даже если капает дождик, можно расположиться под козырьком и оттуда "стрелять" лучом. Но вернемся к дистанции. Практического смысла измерять расстояние в десятки метров ручным способом нет. К тому же, ручная рулетка может изогнуться, зацепиться, внеся дополнительную погрешность. А луч всегда прямой. “Умный” измеритель расстояния Безусловно, самое главное, для чего разрабатывались дальномеры-рулетки – это скоростное, комфортное и точное измерение расстояния. Но если бы все было так просто, то прибор имел бы всего одну кнопку и строку на дисплее. Но клавиш несколько больше и строк как правило, минимум 3.
Столь полезный набор счетных операций для измерений угловых и линейных расстояний, требует дисплея в несколько строк - не меньше двух, а чаще как минимум трех. Полезные штрихи Может быть таймер, а также конструктивная особенность: резьбу для подключением винтового зажима и фиксации на штативе. Лазерный дальномер - как работает и какой выбрать? | Электронные компоненты. Дистрибьютор и интернет-магазин
Лазерный дальномер - бесценный измерительный прибор, который пригодится при строительстве, ремонте и отделке, в лесном хозяйстве, армии, спорте, энергетике, охоте, сельском хозяйстве и везде, где необходимо оперативно выполнять точные измерения расстояний, углов или уклонов. .Как работает это устройство и как выбрать хороший лазерный дальномер ? В этой статье вы узнаете:Лазерные дальномеры в настоящее время являются наиболее распространенными измерительными приборами, обеспечивающими эффективное измерение расстояния и другие пространственные измерения. Недаром профессионалы в своей повседневной работе отдают предпочтение преимуществам лазерных дальномеров перед их оптическими и ультразвуковыми аналогами. Как работает лазерный дальномер?Лазерные дальномеры работают за счет излучения электромагнитного импульса в виде лазерного луча оптико-электронной системой.Лазерный луч отражается от измеряемой плоскости и возвращается к измерительному прибору. Затем дальномерные системы обрабатывают луч и определяют измеренное расстояние. Схема устройства измеряет расстояние через время, необходимое для прохождения сегмента в двух плоскостях, на основе измерения фазового сдвига посылаемой и возвращаемой электромагнитной волны. Такое измерение осуществляется в лазерных фазовых дальномерах. Другой метод измерения расстояния по излучению лазерного волнового луча заключается в измерении непосредственного времени, которое потребовалось импульсу для прохождения между дальномером и объектом и между объектом и дальномером.Это измерение происходит в лазерных импульсных дальномерах. Также имеются лазерных дальномеров с интерферометрическими дальномерами дальномеров. Это, несомненно, самый точный и быстрый способ измерения расстояний , однако интерферометрические дальномеры дороги и подвержены повреждениям, что в полевых условиях лишает их права считаться проверенными средствами измерения. Лазерный дальномер позволяет проводить измерения как внутри, так и снаружи зданий, с точностью до 1 мм на километр.Профессиональные строительные лазерные дальномеры позволяют измерять расстояния до 150 м. Дальномер дальнего действия позволяет проводить измерения до 1500 м. Этот тип техники в основном используется в охоте, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и дорожном строительстве. Каковы преимущества лазерных дальномеров?Лазерные дальномеры по сравнению с оптическими и ультразвуковыми дальномерами являются наиболее функциональными и технологичными измерительными приборами.Их главное преимущество, помимо чрезвычайно точных измерений +/- 1-5 мм/км, заключается в том, что ими может управлять один оператор. Оптические дальномеры требуют не менее двух человек для точного измерения расстояния на строительных площадках или в полевых условиях. По этой причине использование лазерного дальномера позволяет снизить кадровую потребность и значительно ускорить выполнение измерительных работ. Лазерные дальномеры также менее подвержены ошибкам измерения из-за неправильного позиционирования устройства или других ошибок оператора.Более того, большинство профессиональных лазерных дальномеров оснащены электронным уровнем, функцией автокалибровки или возможностью производить измерения на основе функций Пифагора и «рисовальщика». Эти типы устройств также позволяют проводить непрерывные измерения, измерения с задержкой, измерение суммы или разности площадей, а также измерение объема. Высокотехнологичные процессоры и четкие экраны, отображающие результаты измерений в лазерных дальномерах , значительно повышают их функциональность и удобство использования, а значит, и удобство повседневного использования. Как выполняется измерение расстояния? Basic Измерения расстояния с помощью лазерного прибора чрезвычайно просты и быстры. Все, что вам нужно сделать, это включить устройство, навести лазерное пятно на заданную поверхность, а затем активировать измерение. Большинство лазерных приборов оснащены функцией запоминания до 100 выполненных измерений. Стоит обратить внимание на функцию непрерывного измерения, благодаря которой можно измерять самые высокие и самые низкие значения и узнавать разницу между ними за один цикл измерения. Лазерные дальномеры также позволяют точно измерять помещения. Процессоры и реализованные алгоритмы эффективно вычислят площадь поверхности или объем всего помещения. Для проведения таких измерений достаточно выбрать соответствующую опцию в меню прибора и измерить длину поверхности, а затем произвести измерение перпендикулярно ей. При проверке объема нужно измерить длину, ширину и высоту помещения. Лазерный дальномер Professional , напр.Модель EXTECH DT60M также позволяет проводить измерения с использованием математических функций. Эти измерения основаны на алгоритме теоремы Пифагора. Благодаря этому функционалу дальномер упростит оператору измерение высоты элемента с помощью двух точек измерения. Это чрезвычайно полезная функция, которая позволит вам проверить, среди прочего, высоту объектов, направляя лазерную точку сверху и снизу измеряемого объекта. При выполнении пространственных измерений с помощью лазерных дальномеров помните, что лазерный свет опасен для зрительной системы.Поэтому перед наведением пятна лазерного луча оператор должен убедиться, что это никому не угрожает. Кроме того, лазерные дальномеры требуют регулярного обслуживания – особенно при использовании в неблагоприятных погодных условиях. Какой лазерный дальномер выбрать? На рынке представлено множество лазерных дальномеров , которые различаются в очень широком диапазоне. Тем не менее, при поиске профессионального измерительного прибора, который будет использоваться в специализированных работах, следует обратить внимание на несколько ключевых особенностей этого типа приборов. Конструкция прибора и его технические параметры должны быть адаптированы к отрасли, типу выполняемых измерений, а также к местности и погодным условиям. Совсем другой прибор будет работать на стройке или при измерениях внутри зданий, и другой прибор для дальних измерений в сельском, лесном хозяйстве или энергетике. Вот аспекты, на которые стоит обратить особое внимание: Рабочий диапазонКлючевым параметром каждого лазерного дальномера является его рабочий диапазон.Большая часть строительного оборудования, например модель AXIOMET AX-DL 100, обеспечивает эффективную дальность действия 40–80 м. Более профессиональные конструкции позволяют производить измерения на расстоянии до 120м. Лазерные дальномеры дальнего действия способны измерять расстояния примерно до 1500 м. Точность измеренияКроме рабочего диапазона лазерного дальномера крайне важно, насколько точно он может измерять. Большинство дальномеров малого и среднего радиуса действия производят измерения с отклонением до +/- 5 мм, в то время как самые профессиональные лазерные дальномеры, т.е.EXTECH DT40M может гарантировать точность измерения с погрешностью в пределах 1-2 мм. Диаметр лазерного пятнаДиаметр лазерного пятна зависит от расстояния и типа измеряемого объекта. Например, на влажной штукатурке лазер будет менее заметен, чем на старой стене или бетонной стяжке. Обычно диаметр лазерного пятна лазерного дальномера составляет 6-60 мм. Для измерений, требующих утомительного наблюдения за пятном лазерного луча, рекомендуются специальные очки, повышающие контраст. Минимальная отображаемая единица измеренияЭтот параметр напрямую влияет на точность измерительного прибора. Чем меньше отображаемая минимальная единица измерения, тем точнее будут показания. Самые точные лазерные дальномеры представляют полученные результаты с разрешением 0,1 мм. Степень защиты IPПрочность и устойчивость конструкции лазерного дальномера к попаданию воды и пыли имеет принципиальное значение при эксплуатации прибора в полевых условиях.Для строительных работ стоит выбирать оборудование с достаточно высоким стандартом IP. Это снизит риск повреждения прибора при транспортировке или при измерениях в условиях высокой запыленности, влажности или дождя. Самые качественные профессиональные лазерные дальномеры характеризуются стандартом IP54 и выше.
Как работает дальномер? - магазин mieemy.plВсе мы знаем, для чего нужен дальномер. Но когда мы его используем, задумываемся ли мы, как он работает? В основном нет. Знакомиться с технологией, наверное, стоит, ведь эти знания позволят правильно проводить измерения. Ручные дальномеры, которые можно найти на польском рынке, делятся на две основные группы:
Первая группа включает, в свою очередь, для метода определения расстояния:
Проще говоря, дальномеры используются для неинвазивного определения расстояния одним человеком.Расстояние рассчитывается путем измерения времени, в течение которого электромагнитный или звуковой импульс проходит двухмерный путь.
Лазерные дальномеры являются самыми популярными и наиболее покупаемыми типами портативных дальномеров в мире. В основном из-за очень хорошего соотношения цены и качества и определенных технологических особенностей, которые делают эти устройства быстрыми, точными и потребляют мало энергии. Сердцем лазерного дальномера является оптико-электронная система, отвечающая за отправку электромагнитного (лазерного) импульса, прием отраженного сигнала и его анализ.Лазерный импульс, посланный передатчиком, достигает измеряемого объекта, отражается от его поверхности и возвращается в дальномер, где электронная система определяет расстояние:
Ультразвуковые дальномеры работают аналогично лазерным дальномерам.Однако здесь передающий блок излучает не электромагнитную волну, а звуковую волну. Электронный модуль измеряет время, которое проходит между отправкой ультразвукового сигнала передатчиком и приемом обратного эха приемником. Эти основные сведения уже показывают нам основные свойства дальномеров:
Подробнее о практическом использовании оборудования на www.блог.mieomie.pl. Мы приглашаем! Подробнее... Типы дальномеров - лазерные фазовые дальномеры .Как работает лазерный дальномер? - Benetech Poland К. Следзински, А. Роза С.К.Принцип работы лазерного дальномера
Вопреки видимому, их операционная модель очень проста и в то же время чрезвычайно точна, что значительно снижает риск неправильного измерения. Хорошие приборы, такие как предлагаемые компанией Benetech Польша, стоят недорого, и в то же время обеспечивают очень высокую точность.
Устройство работает благодаря излучению направленного лазерного луча. Он отскакивает от плоскости, которую мы хотим измерить, и возвращается к дальномеру. На основе этих данных программное обеспечение устройства точно определяет расстояние между точкой А и точкой Б.
Интерферометрические дальномеры уже можно купить в Польше, но это узкоспециализированные изделия, которые стоят недешево. На стройке куда лучше подойдет традиционное устройство этого типа, которое по многим параметрам может конкурировать с такими продвинутыми конструкциями, при этом стоит значительно дешевле.
Какую точность гарантируют лазерные дальномеры?
Это чрезвычайно точные устройства. Даже простые модели, за которые мы заплатим не более 100-150 злотых, предлагают точность, близкую к двум миллиметрам. Это результат, который было бы трудно воспроизвести даже при самом точном традиционном измерении с использованием измерительных устройств.
Устройство Mileseey S2 стоимостью менее 150 злотых соблазняет измеренным расстоянием, которое составляет целых 60 метров.Более того, вы можете выбирать из множества метрических единиц, включая, конечно же, метры, используемые в Польше.
Хорошие приборы этого типа также предлагают возможность непрерывного или мгновенного измерения, а также поддерживают режим автоматической калибровки. Это другие элементы, на которые стоит обратить внимание при выборе лазерного дальномера, прежде чем принимать окончательное решение.
Если у нас есть много поверхностей для измерения, встроенный режим записи измерений будет очень полезен.Чем их больше, тем лучше. На рынке без труда можно найти устройства, сохраняющие последние 20 измерений в памяти дальномера.
Какие дополнительные функции должен иметь лазерный дальномер?
Иногда, когда нам нужно сделать серию сложных измерений, определенно будет полезно автоматически измерить длину на основе теоремы Пифагора. Это большое удобство, которое может сэкономить массу времени даже мастерам, хорошо знающим свое дело.
Было бы также хорошо, если бы устройство автоматически предлагало сложение или вычитание расстояния. Это особенно полезно, когда нам нужно быстро измерить устройство, где, например, есть углубление. Вместо того, чтобы выполнять несколько измерений, проще использовать автоматическое сложение или вычитание расстояния.
Отдельные устройства этого типа также имеют встроенную дополнительную защиту, которая информирует пользователя о риске неправильного измерения.Несмотря на то, что дальномер является чрезвычайно точным прибором, иногда могут возникать ситуации, когда результат измерения искажается. Такую дополнительную безопасность обязательно оценят профессионалы.
Среди дополнительных функций стоит отметить индикатор угла измерения. Это решение особенно полезно на открытой местности. Чтобы дальномер не разряжался, было бы хорошо, если бы прибор отключался автоматически через какое-то время. Это обеспечит более длительный срок службы элемента питания или батарей, питающих наш лазерный дальномер. На рынке есть устройства, позволяющие измерять на разной длине. Чаще всего мы видим дальномеры, работающие на расстоянии 40 или 60 метров, но есть и специализированные приборы, справляющиеся с расстоянием в 200 метров. Лучшие, но и очень дорогие конструкции могут измерять с погрешностью до нескольких миллиметров с расстояния более 1000 метров. Дальномер - в каких отраслях применяется?Тот, кто скажет, что эти устройства работают только в сфере строительства и ремонта, ошибется.Конечно, именно здесь мы встречаем их чаще всего, но это не доказывает, что лазерные дальномеры встречаются и в ряде других отраслей экономики. Среди этой группы обязательно стоит упомянуть сельское хозяйство, лесоводство, геодезические работы и инженерные работы, например, связанные со строительством дорог, мостов или других путей сообщения. Охота и спортивная стрельба также являются специфической нишей, в которой может справиться это снаряжение. Специализированные военные дальномеры - отдельная категория.Лучшие приборы этого типа могут точно измерять расстояния до 25 километров. Дальномерами этого типа можно также измерять магнитный азимут, а также вертикальные и горизонтальные углы. Чрезвычайно ценное снаряжение подразделениями, которые по определению не имеют прямого контакта с силами противника, например снайперами. Такие устройства чрезвычайно популярны и сегодня их использует практически каждая современная оснащенная армия. Что говорит в пользу покупки лазерного дальномера?
Независимо от того, какой тип дальномера вы хотите купить, вы должны оценить скорость измерения.Это даже недостижимо, если бы мы хотели противопоставить традиционному измерению расстояния использование других инструментов. Даже на небольших участках дальномер обеспечивает скорость и точность, которым вы можете доверять.
Предполагается, что погрешность для точно выполненного измерения (и большинство устройств этого типа информируют нас, когда есть предположение о неправильном измерении расстояния) не превышает 2 миллиметров на каждые 100 метров, но некоторые производители даже дают расстояние, измеряемое в километрах - зависит от технических характеристик оборудования.
Дальномер — это устройство, которым может управлять один сотрудник. Обучение предельно простое, а само измерение в основном состоит из наведения прибора, нажатия на курок и сохранения измерения. Если сотрудник забудет его сохранить, большинство устройств этого типа кэшируют результат. Это еще одно облегчение.
Также невозможно оценить очень низкую цену покупки устройства, которое будет обеспечивать точные измерения.Лазерные дальномеры, имеющие соответствующие сертификаты и разрешения для использования в Европейском Союзе, являются расходом, который не должен превышать 200 злотых.
Небольшая сумма делает такое устройство отличным решением как для небольшой строительной компании, так и для мастера, который любит проводить свободное время, ремонтируя и улучшая дом и его окрестности. Что нужно знать о строительных дальномерах? Измерение с использованием базового прибора заключается в прикладывании дальномера к одному из концов отрезка, который мы хотим измерить, и последующем указании конца измеряемого отрезка лазерным лучом.Как известно, большинство приборов этого типа сохраняют точность измерения на расстоянии не менее 40-60 метров.
Стоит отметить, что в некоторых устройствах измерение может зависеть от освещения и типа материала, на который падает лазерное пятно. Чем он темнее, тем больше шансов на ошибку измерения и необходимость повторения процедуры.
Среди неблагоприятных условий иногда упоминается влажность.Если мы работаем на участке, который очень влажный, лучше повторить измерение несколько раз для безопасности. Хорошие устройства сразу усредняют результат, но в базовых моделях об этом должен заботиться пользователь.
Если возможно, рассмотрите возможность приобретения устройства, поддерживающего соединение Bluetooth со смартфоном. Затем вам нужно только соединить устройство с мобильным телефоном, запустить специальное приложение, и через некоторое время результаты могут быть автоматически отправлены на устройство.Это большое удобство, особенно полезное, когда мы пользуемся лазерным дальномером очень часто и боимся, что где-то по пути к мы потеряем какие-то сделанные нами замеры. 90 127 .Rangefinder - универсальный дальномерРемонт, подготовительные работы и контроль на производственных линиях требуют использования измерительных инструментов. Независимо от того, насколько точно они используются, меры или измерители имеют тенденцию давать значения измерений с большей ошибкой. Кроме того, для некоторых измерений метр совершенно бесполезен не столько из-за неточностей, сколько для длин (типичная мера длины 2 м). Поэтому для измерения более длинных элементов необходимо складывать расстояния, что увеличивает погрешность измерения.Эти проблемы могут исчезнуть, если мы решим использовать электронные измерительные приборы под названием дальномеры . Эти интеллектуальные измерительные устройства позволяют проводить точные измерения за очень короткое время. Эти инструменты могут не только измерять расстояния , но также угла наклона , площади и объема . В настоящее время существуют устройства, которые также могут определять положение измерения и нивелирование. С помощью одной кнопки вы можете легко начать измерение и остановить его.Само измерение занимает очень мало времени и не представляет проблемы даже для любителей. Измеренные значения могут храниться в памяти или архивироваться различными способами. Однако наиболее часто используемой функцией является измерение длины. Эта функция позволяет вычислять маршрут, расстояние, площадь и объем с помощью простых арифметических операций, таких как сложение, вычитание и умножение. Несомненным преимуществом электронных приборов является возможность измерения в выбранных единицах (см или дюймах) или свободно менять единицы измерения. Типы дальномеровИзмерительные устройства, используемые в настоящее время на рынке, используют различные технологии. Ультразвуковые дальномерыИзмерение расстояния с помощью ультразвукового дальномера посылает ультразвуковой луч определенной частоты в сторону измеряемого объекта. Излучаемый звук отражается от объекта, до которого должно быть измерено расстояние, а затем возвращается к приемнику в виде эха. Расстояние рассчитывается на основе времени между излучением и приемом звуковой волны.Результаты измерений выводятся на дисплей прибора в различном виде в зависимости от модели прибора. Приборы этого типа чаще всего используются в радионавигации или радиолокации. На рынке мы можем найти дальномеры, работающие по этой технологии, предназначенные для строительной отрасли. Преимуществом ультразвуковых дальномеров является низкая стоимость и хорошая точность на пустом месте. Недостатком является то, что измерение может быть искажено препятствиями, наклонными измерительными поверхностями, ветром и колебаниями температуры.Кроме того, звукопоглощающие материалы могут сделать измерение невозможным. Лазерные дальномерыИзмерение расстояния с помощью лазерного дальномера направляет лазерный луч на объект и измеряет время, необходимое для того, чтобы отраженный луч вернулся к передатчику. Эта технология чрезвычайно точна, поэтому лазерные дальномеры практически полностью заменяют оптические и ультразвуковые приборы. Преимуществом лазерной технологии является возможность ее использования внутри и вне помещений и высокая точность даже на больших расстояниях. Недостатком являются помехи, такие как туман, дождь и сильный солнечный свет, которые могут повлиять на результат измерения. Точка измерения на поверхности с высокой отражающей способностью (зеркало, стекло, металл) может помешать правильному измерению. Оптические дальномерыИзмерение расстояний с помощью оптического дальномера использует измерение угла параллакса оптических осей двух почти параллельных линз. Этот тип дальномера используется, в частности, в фотографии и в армии. Какой дальномер купитьДальномер можно использовать для разных целей. На рынке есть модели, предназначенные для охотников или для строительной отрасли . В зависимости от назначения они могут измерять расстояние в сотнях метров или рассчитывать площадь и кубатуру помещений. Поэтому перед покупкой стоит определить свои требования и предпочтения к дальномеру. Рекомендуемые марки дальномеровПредложение дальномеров на рынке очень широкое.К наиболее известным производителям относятся:
Измерители расстояния для строительства
Фото. Лазерный дальномер STABILA LD 520 с цифровым захватом цели, Bluetooth Smart 4.0 Ценовой диапазон дальномеров очень широк. Самые дешевые модели можно купить менее чем за 100 злотых. Однако, если мы хотим купить устройства более высокого класса, мы должны подготовиться к расходам в размере 1000 злотых. Однако за лучшие профессиональные решения с широким набором функций вам придется заплатить более 2 000 злотых. Рабочий диапазон дальномераЛюди, работающие в строительной отрасли, которым важны точные и надежные измерения, должны искать сертифицированные устройства. В случае строительных дальномеров важна точность и верхний диапазон измерения. Дальность действия таких дальномеров в среднем составляет 40 - 80 метров. Высококачественные строительные приборы (например, Leica Distro D510) имеют диапазон измерения от 5 см до 200 метров с точностью всего 1 - 1,5 мм! В дальномере диаметр лазерного пятна меняется в зависимости от измеряемого объекта.Для дистанций 10, 50 и 100 метров она составляет 6, 30 и 60 мм соответственно. Этот параметр важен, потому что на свежеоштукатуренной стене часто плохо видно лазер. Поэтому для точного измерения стоит использовать специальные, усиливающие контраст очки. Дальномеры, предназначенные для охотников и лесоводов, имеют гораздо большую дальность действия, в среднем от 5 до 1000 м. Кроме того, они обычно оснащены встроенным биноклем или зрительной трубой. Примером такого устройства является дальномер Bushnell Scout DX 1000 ARC.Дальность действия от 5 до 1000 метров. Так как охотничьи дальномеры имеют встроенный бинокль или подзорную трубу, то для них характерны такие параметры оптических приборов, как увеличение. Этот параметр сообщает нам, во сколько раз изображение, видимое устройством, будет увеличено по отношению к невооруженному глазу. Чаще всего в дальномерах этот параметр равен 4 - 7 х Диаметр объектива дальномера Это один из важнейших параметров в случае охотничьих дальномеров, он определяет удобство дальномера и определяет количество падающего света .Величина диаметра передней линзы колеблется от 20 до 30 мм. Вторым важным параметром в случае дальномеров, оснащенных оптикой, является расстояние зрачка от линзы , в котором наш глаз может располагаться и хорошо видеть. У качественных дальномеров это значение находится на уровне 16 – 20 мм. Поскольку дальномеры часто работают в различных условиях, например, на охоте или на стройке, они должны быть устойчивы к пыли, грязи и воде. Поэтому перед покупкой стоит проверить класс защиты IP. Типы дальномеров по заявкеПо назначению можно выделить три основные группы дальномеров с разными свойствами. Это:
Функции дальномераРучной дальномер очень популярен в строительной отрасли. Они облегчают и сокращают время, необходимое для определения расстояний и площадей и вычисления кубатуры. Применяемые в строительстве дальномеры являются наиболее часто покупаемыми приборами этого типа.Большинство строительных дальномеров представляют собой легкие портативные устройства небольших размеров. Эти устройства питаются от батареек или аккумуляторов. Это позволяет проводить даже несколько тысяч измерений. Результаты измерений выводятся на ЖК-экран. Строительные дальномеры (в зависимости от модели) могут предложить множество дополнительных функций, полезных в повседневной работе. К ним относятся:
|
