Лазерный дальномер - принцип действия, применение и преимущества

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
07/10/2020

С 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.
Но лазер это ключевой компонент при экспресс измерении расстояния и без него был бы невозможен дальномер - инструмент компактный, многофункциональный и благодаря конкуренции на рынке этих электронных измерительных приборов от разных брендов, представленный по вполне приемлемой цене.

Альтернативные названия: лазерная рулетка или метр (в память о предшественниках).

Принцип работы лазерного дальномера

Луч излучается и направляется в сторону объекта. Для лазерного излучения он является препятствием. Часть энергии поглощается, превращаясь в тепло и нагревая поверхность, а часть отражается.
Важный вывод.
Мощность отраженного сигнала должна быть достаточной, чтобы достигнуть приемника при возврате. К счастью, большинство материалов хорошо отражают сигнал, что и позволяет точно измерить расстояние. Также излученный импульс поглощает окружающее пространство, точнее сосредоточенные в воздухе мелкодисперсные частицы тумана, дождя, снега и дыма.

Но вернемся к эффекту поглощения.

3 фактора, когда замер дистанции может быть неустойчивым.

  • если лазерная рулетка-дальномер маломощная;
  • расстояние велико;
  • предмет исследования покрыт материалом, хорошо поглощающим лучи.

Чтобы представить этот процесс, вспомним, как мы выше отмечали, самолет “Стелс”. Инновационное покрытие отражает электромагнитные волны, излучаемые радиолокатором, и на экране воздушное судно не видно или плохо наблюдается.
Поэтому чтобы лазерный измеритель расстояния предоставлял достоверные результаты, в случаях, изложенных выше, ставится специальная пластина с высоким коэффициентом отражения и тогда материал самого покрытия не имеет никакого значения.

Единственное, что следует сделать – вычесть толщину пластины из конечного результата.
Такое же решение предлагается, чтобы красная точка была видна даже при ярком естественном освещении. Правда на солидном отдалении ее может быть не видно. Поэтому лучше действовать вдвоем, соблюдая технику безопасности, чтобы луч не попал в глаза.
Дистанционное, бесконтактное измерение расстояния проводится различными способами.
Например, замерить разницу во времени между отправленным и полученным сигналом. Зная скорость распространяемого излучения, можно произвести расчеты.

Принцип действия лазерного дальномера состоит в измерении разницы фаз.

Узконаправленный луч представляет собой высокочастотное излучение с заранее известной мощностью, частотой, амплитудой и периодом.
Если брать инфракрасную часть спектра в так называемом ближнем диапазоне с длиной волны 2,5 мкм, то на дистанции в 100 метров, в эту дальность уложится: 100м/2,5 мкм=40000000 раз. 40 миллионов !
При достижении препятствия и отражении, мощность, частота и период не изменяются, поскольку генератор излучения стабилизирован. А что меняется ?

Происходит сдвиг фаз, который анализирует фазовый дальномер и мгновенно преобразует в значение на дисплее.

 

Мощность излучателя ограничена на уровне 1 мВт. Более мощный показатель опасен для органов зрения.

Лазерный дальномер в строительстве

Измерение дистанций в интервале метров и десятков метров нашло широкое применение прежде всего в строительной отрасли.
Но рассмотрим, как многогранно раскрываются цифровые дальномеры при строительстве и отделочных работах.

  1. Прежде всего, это портативный прибор для измерения расстояния между двумя стенами, комнатами и даже отдельно стоящими сооружениями.
  2. Проверка параллельности. Насколько качественно выполнена кладка и оштукатурена поверхность ? Лазерный метр даст ответ ! Определяются контрольные точки – по горизонтали или вертикали, допустим на расстоянии 1 метр, можно чаще, хоть через 5 см – только пропорционально потребуется больше времени. Берем в руки устройство, главное чтобы он располагался строго перпендикулярно и плотно прилегал к плоскости. Проводим ряд замеров, анализируем отклонения. Если они укладываются в предельно допустимые – строители поработали на совесть и честно заработали свои деньги.
    Для получения гарантированно точного результата, если нужно измерить расстояние и проверить плоскостность, желательно купить дальномер со встроенным пузырьковым уровнем, цена не намного выше, чем у более простых моделей.

    В строительстве, электронные рулетки могут ввести в заблуждение, если не учитывать огрехи кирпичной или шлакоблочной кладки. Когда поверхность не оштукатурена и луч попадает на впадину между кирпичами, выемку между шлакоблоком, а при следующем замере на сам строительный элемент, разница в 1,2 см, может создать иллюзию, что стена выложена не ровно. Образно говоря, если кладка свежая, не поштукатурена, то прибор может “прицелиться” как в выступающий слой застывшего цемента, который удаляется позже при штукатурке или наоборот между двумя соседними кирпичами.
    И в одном случае показания будут завышены, в другом – занижены.

  3. Проверка откосов, контроль установки дверей, оконных рам и вертикальности углов. Дальномеры одинаково “дружат” как с бетоном, так и с деревом.
Преимущества

Вспомним, какой использовался инструмент для измерения расстояний на протяжении последних десятков лет – металлический метр или 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.
Измерение расстояний больше 10 метров или даже так – пусть в 50 метров металлической рулеткой, это как бы помягче сказать, не совсем разумно. Представим себе строителя, тянущего за собой такой родной и привычный инструмент, постепенно удаляясь на 10,20,30 метров, а драгоценное время идет. А если на улице прошел дождь, грязно и вся рабочая роба в кусочках глины и земли.

Другое дело - лазерная рулетка-дальномер ! Элегантно, быстро, и самое  главное – никуда не нужно идти. Даже если капает дождик, можно расположиться под козырьком и отттуда "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 лазерный луч всегда прямой. 
Второй тезис – скорость. Время на измерение сокращается в десятки раз.
Удобство. Как вообще можно замерить расстояние допустим от одного края котлована до другого или высоту потолков в строящемся спортивном зале ?
Все больше приходит понимание, что дальномеры при дальних замерах безальтернативны.

“Умный” измеритель расстояния

Безусловно, самое главное, для чего разрабатывались рулетки-дальномеры – 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.
Если уж внутри расположена специализированная микросхема, то в 21 веке, лазерный измеритель расстояний просто обязан выполнять больше одной операции. Это как калькулятор. Нет смысла проектировать счетное устройство, если оно будет только складывать и считать. Хотелось бы извлекать квадратные корни, возводить в степень и сохранять результаты в памяти.
Кратко озвучим все возможности, за каждую из которых правда придется немного доплатить. Но смысл в этом есть из-за встроенных алгоритмов математических рассчетов.

Площадь
  1. Измеряются две линейные величины – длина и ширина.
  2. На дисплее наблюдается искомое значение площади. Встроенный счетный блок подсчитывает показатель автоматически.

Очень удобно если нужно за несколько секунд оценить площадь стены, чтобы определить объем краски, число рулонов обоев или количество смеси для стяжки пола.

Объем

Считается точно также, только необходимо дополнительно замерять высоту, что позволяет:

  • заказать нужное количество кубов шлакоблока или кирпича;
  • подобрать обогреватель или кондиционер;
  • выбрать ультрафиолетовый бактерицидный облучатель.
Косвенные измерения по теореме Пифагора Производится измерение угла и расстояний - одной из сторон или гипотенузы и двух катетов. Все остальные величины вычисляются автоматически.
Функция удобна, например, при проектировании лестниц.
Режим калькулятора Или последовательное суммирование. Выгоден при большом количестве измерений. Каждое последовательное значение добавляется к предыдущему.
Память Как правило 10 ячеек, но бывает 20 и даже 100. Запись во встроенную память пригодится при большом количестве последовательных замеров, например при проверке плоскостности поштукатуренной стены, чтобы отклонение по всей плоскости было в пределах нормы. Не нужно ничего записывать. Измеряйте, сохраняйте, анализируйте и при необходимости оперативно вносите коррективы в строительные работы.

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.
А режим калибровки понадобится, если лазерная рулетка-дальномер стала “ошибаться”. Достаточно внести корректировочное значение и Вы снова получите достоверный результат. Такая же опция предусмотрена в инфракрасных анализаторах, калибруемых по стандартным образцам зерна, а также зерновым влагомерам, которые можно "подстроить" по данным лабораторного оборудования: сушильного шкафа.
В комплект могут входить:

  • USB-кабель – для подзарядки от ноутбука или Powerbank. Вторая функция юсб при наличии программного обеспечения – возможность экспорта данных в персональный компьютер (для продвинутых профессиональных дальномеров);
  • чехол на пояс;
  • ремешок для руки.

АНАЛИЗАТОР GRAINSENSE

Недавнее