Лазерный дальномер устройство и принцип работы. Дальномер. Виды и работа. Применение и как выбрать. Особенности. Конструкция и принцип работы

Потребность проведения точных измерений, возникает практически во всех сферах деятельности современного человека: от мелкого ремесла, до крупного строительства. До недавних пор, самым актуальным и удобным прибором для определения размеров, считалась рулетка, оснащенная лентой с мерной шкалой. Массовое же развитие технологий, заложило основу инновационного принципа измерения, на котором базируются все современные лазерные дальномеры. В данной теме, мы проведем детальный разбор подобных устройств, расскажем, как они работают и какие могут иметь неполадки. Опишем способы устранения самых распространенных дефектов, а в завершении, дадим краткую инструкцию по изготовлению лазерного дальномера своими руками.

Как работает лазерный дальномер

Способ точного бесконтактного определения расстояния с выводом данных на дисплей, представляет собой сложную электронную схему. В основе конструкции лежит излучатель, приёмник, блок измерения времени и микропроцессор, чья совокупность позволяет нам в полной мере эксплуатировать лазерный дальномер. Устройство прибора, в более детальном разборе процессорных плат и модулей, имеет приличную сеть, чья структура лежит далеко за гранью понимания среднестатистического обывателя. Даже радиолюбители, увлекающиеся электроникой, собирают дальномеры из готовых элементов при помощи пайки и программирования.

Говоря по сути, принцип работы лазерного дальномера базируется на скорости света и времени прохождения луча до поверхности и обратно. Выпущенный из излучателя лазер, отражается от первого попавшегося на пути твердого объекта (даже с большим углом преломления), и частично возвращается к устройству, где его распознает принимающий модуль и фиксирует время, потребовавшееся ему для преодоления этого расстояния. Поскольку свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду или 29.2 сантиметров в микросекунду (мкс), то, зная затраченное на путь время, можно легко вычислить длину проделанного им пути. Таким образом, основная формула, используемая дальномерами, имеет следующий вид.

L = ct/2 , где L – это искомая длина, c – скорость, t – время. В произведении данных величин заключается весь путь, проделанный лучом от прибора до объекта и обратно. Деление результата на 2, требуется для получения расстояния только в одну сторону.

Представленный выше принцип, относиться к импульсным дальномерам, имеющим максимально широкое представление на рынке строительного инструмента. Данные приборы имеют приличную точность с погрешностью от 0.5 до 3-х мм, в зависимости от встроенного датчика приема сигнала, чья скорость обработки должна быть молниеносно быстрой.

Помимо импульсного, существует ещё фазовый способ измерения, все также основанный на лазере, но кардинально отличающийся по способу получения информации. В основе данного принципа лежит частота испускаемого лазера, которая не превышает 450 МГц (в среднем от 10 до 150). Вместо времени, здесь определяется разница фаз (исходящей и принимаемой), на основе которой рассчитывается расстояние до объекта. Фазовому дальномеру требуется больше времени для получения значения, но точность измерений превосходит импульсный.

Неисправности лазерного дальномера

Производство электронных измерительных приборов, подразумевает высочайшую точность сборки с обязательным контролем качества каждого изделия. Сложную конструкцию лазерных рулеток, стараются максимально изолировать от контакта с внешней средой и обезопасить от грубого физического воздействия. Поскольку эксплуатация устройств зачастую проходит в условиях повышенной опасности (в мастерских, на производствах или стой-площадках), они нередко подвергаются ударам и сильным вибрациям, способным нанести фатальный ущерб мельчайшим узлам устройства.

Несмотря на общий принцип действия лазерных дальномеров, они зачастую имеют уникальный набор компонентов и программного обеспечения. Даже если корни неисправности будут схожими, то конструкция самой детали или схемы будет индивидуальной для каждой отдельно взятой модели. Проблемы физического характера, могут быть связаны с расфокусировкой лазерного луча, изломом откидной скобы, деформацией кнопок или корпуса. При желании и умелых руках, подобные дефекты можно устранить самостоятельно.

Ремонт электронных компонентов требует куда более специфичных навыков, и даже специального образования. Неисправности такого рода, часто выражаются в проблемах с включением устройства, дисплеем, приёмником сигнала, определением заряда батареи. Количество дефектов, пропорционально функционалу, которым оснащен конкретный дальномер. Ремонт прибора своими руками, в случае неисправной электроники, не удастся выполнить без определенных познаний, и лучше будет отнести его в специализированный сервис на диагностику.

Ремонт лазерного дальномера

Если повреждения несут в основном физический характер, а электроника работает исправно, прибор можно восстановить самостоятельно, при наличии желания и смекалки. В первую очередь необходимо установить источник проблемы, исходя из имеющегося дефекта. В данной теме, мы рассмотрим 2 случая поломок на конкретных моделях, и приведем рекомендации по их устранению.

Основываясь на изложенных далее принципах, можно отремонтировать практически любой лазерный дальномер. Разборка подобных приборов, зачастую имеет свои уникальные особенности, в связи с многообразием видов корпуса. В некоторых случаях, компоненты снимаются очень легко, но иногда приборы изначально задумываются неразборными и добраться до поломки бывает проблематично. Именно второй тип устройств рассмотрим далее.

В качестве первого пациента выступает дальномер Bosch DLE 50, с поврежденной фокусировкой луча в следствии падения со 2-го этажа. Вместо сконцентрированной точки, лазер принял форму фонарика с размытым пятном света. Измерительная способность устройства сократилась до 70 см, и при попытке измерения больших расстояний дисплей отображает ошибку “Error”. Задача заключается в калибровке фокусирующей линзы по отношению к измерительному каналу. Все элементы расположены внутри корпуса, поэтому разбирать необходимо.

Вполне вероятно, что производители модели Bosch DLE 50, исключили надобность в самостоятельном ремонте ещё на стадии проектирования. Корпус прибора, имеет всего 3 внешних резьбовых соединения (2 под батарейками и 1 на откидной скобе), в то время, как остальные элементы спаяны или приклеены. Разумеется, в гарантийном сервисе, разборка и сборка подобного монолита происходит без проблем, однако в быту этот процесс может вызвать затруднение. Потребуется паяльник, для отсоединения контактов питания, и термофен, для снятия приклеенной клавиатуры. Все соединительные элементы, представлены на приведенных ниже фотографиях, в порядке разборки инструмента.

Добравшись до линзы и блока привода штоки, можно приступать к фокусировке. Для этого отмеряем расстояние от 5 до 15 метров (чем больше, тем лучше), и в конце дистанции, располагаем ровный объект с хорошим отражением. Подключаем лазер к источнику питания (преобразователю) и начинаем аккуратно шевелить линзу, пока пучок света не примет вид точки. Процесс настройки достаточно кропотливый и стоит запастись терпением. При достижении оптимальной фокусировки, линзу следует зафиксировать термоклеем. Таким образом, можно продлить срок службы дальномеру с поврежденным лазером.

В качестве второго примера, рассмотрим поломку откидной скобы прибора того-же бренда “Bosch”, по уже под маркой “GLM 80”. Пластиковый элемент сломан пополам и подлежит замене. Крепление скобы к инструменту осуществляется винтом, поэтому процесс извлечения старой и установки новой детали, не составит труда. Загвоздка заключается в поиске и приобретении замены. Можно заказать новый крепежный комплект, который обойдется порядка 400 рублей (для данной модели), и с большой вероятностью будет доступен в крупных мегаполисах.

Альтернативным вариантом будет изготовление детали посредством печати на 3D-принтере. В таком случае, требуется провести точные измерения всех граней скобы и создать трехмерную модель в программе “Tinkercad” или ей подобной. Если у вас нет опыта моделирования, можно отнести лист с измерениями и сломанную деталь в ближайший сервис, где предоставляют услуги 3D-печати. Качество подобного изделия сравнимо с обычным гибким пластиком, чего вполне хватает для выполнения поставленных задач.

В большинстве случаев, ремонт лазерных дальномеров требует индивидуального подхода к каждой отдельно-взятой поломке. Разбор всех возможных неполадок займет объем стандартного учебника, что не возможно уместить в одну статью ознакомительного характера. Если вы хотите определить причину или узнать способ устранения поломки, изложите симптомы устройства к комментариях ниже. Наш мастер обязательно подскажет, где и как следует разбираться. Если же вы не уверены в своих навыках или терпении, то лучше всего будет обратиться в специализированный сервис.

Лазерный дальномер своими руками

Даже при поверхностном разборе дальномера, быстро приходит понимание сложности конструкции, состоящей из уникальных микросхем, плат и различных компонентов. Точное измерение расстояния, с выводом данных на дисплей, требует навыков уверенного радиолюбителя (минимум), и знаний программирования. Большинство элементов, выпускается индивидуально для производителей подобных устройств, и в открытой продаже не встречается, что осложняет процесс самостоятельной сборки.

По последним данным, на сегодняшний день, существует не много свободно распространяемых модулей лазерного измерителя, один из которых “CJMCU-530”, используемый в робототехнике, бытовых приборах, компьютерах и автофокусе камер. Производителем заявлена дистанция измерения до 2-х метров, но после 1.3 м, точность заметно падает. На оптимальной дистанции, погрешность составляет ± 1-3 мм. Подобные возможности мало подходят для строительных работ, и модель зачастую используется в автоматизации бытовых условий, как индикатор уровня воды в бочке, открывания дверей, лазерной сигнализации и прочих, разнообразных проектах.

Чтобы изготовить подобный дальномер своими руками, специализированные навыки не требуются. Достаточно иметь в наличии паяльник и компьютер для загрузки программы. Работает модель только в совокупности с аппаратной платформой (например, Arduino Uno), от напряжения 3.3 вольта. Первым делом, к модулю необходимо припаять штырьки, идущие в комплекте, и соединить его с ардуино кабелями DuPont, по следующей схеме.

По завершению соединения контактов, устанавливаем официальное программное обеспечение arduino и подключаем платформу к компьютеру через micro-USB. В текстовый редактор программы, помещаем нижеприведенный код и кликаем по кнопке загрузки. Когда данные будут преданы, на мониторе появиться окно с числовыми значениями, обозначающими расстояния от датчика до ближайшей поверхности, на которую он направлен.

Программа для загрузки в arduino:
#include #include VL53L0X sensor; // раскомментировать эту строку, чтобы использовать режим дальнего это // повышает чувствительность датчика и расширяет его // Потенциальный диапазон, но увеличивает вероятность получения // неточного чтения из-за отражений от объектов // кроме намеченной цели. Она лучше всего работает в темных // условиях. //#define LONG_RANGE // раскомментируйте одну из этих двух строчек, чтобы получить // - более высокая скорость за счет более низкой точности или // - более высокая точность за счет более низкой скорости //#define HIGH_SPEED //#define HIGH_ACCURACY void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); sensor.init(); sensor.setTimeout(500); #if defined LONG_RANGE sensor.setSignalRateLimit(0.1); sensor.setVcselPulsePeriod(VL53L0X::VcselPeriodPreRange, 18); sensor.setVcselPulsePeriod(VL53L0X::VcselPeriodFinalRange, 14); #endif #if defined HIGH_SPEED sensor.setMeasurementTimingBudget(20000); #elif defined HIGH_ACCURACY sensor.setMeasurementTimingBudget(200000); #endif } void loop() { Serial.print(sensor.readRangeSingleMillimeters()); if (sensor.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); } Serial.println(); }

При необходимости, собранный мини-дальномер, можно подключить к автономному источнику питания (аккумулятору или батарейному блоку). Для отображения результатов измерения, устройство должно соединяться с компьютером. При желании и более глубоких познаниях, его можно подключить к компактному дисплею, превратив в полностью портативный прибор.

Малый диапазон измерений и постоянной контакт с персональным компьютером, значительно сокращают область применения подобного модуля. Если самостоятельно собрать беспроводной дальномер, рекомендуем обратить внимание на ультрозвуковые датчики. В отдельной статье (), мы объяснили процесс сборки измерителя, основанного на этом принципе.

Сохраните эту страницу в своей соц. сети и вернитесь к ней в удобное время.

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.

Лазерный дальномер – удобное современное устройство для измерения площадей поверхностей.

Он представляет собой рулетку электронного типа. Такой прибор достаточно прост в эксплуатации, поэтому его используют профессиональные бригады, да и начинающие строители тоже.

Инструкция по работе с таким инструментом выглядит следующим образом:

Дальномер включается на необходимую опцию.
Далее он устанавливается вблизи одной из рабочих поверхностей.
Луч лазера наводится на противолежащую сторону помещения.
Аналогичным образом осуществляются замеры и других плоскостей.

Благодаря таким нехитрым действиям дальномер выдаст размер площади помещения. Если необходимо просчитать объем, действуют так же. Все приборы такого типа работают по схожему принципу.

Одно из главных удобств дальномера в том, что он заменяет калькулятор и блокнот с карандашом. Каждая модель может складывать и вычитать имеющиеся значения, а полученные цифры автоматически сохраняются. Но тут главное – знать о том, может ли потерять прибор данные, если извлечь из него флеш-карту.

Чтобы лазерный дальномер давал точные показания, очень важным моментом является соблюдение условий перпендикулярности рулетки. Чтобы облегчить эту задачу, современные производители оснащают свои изделия встроенным пузырьковым уровнем. Это значительно облегчает задачу.

Принцип работы лазерного дальномера

Чтобы осуществить замеры стен при помощи дальномера, сначала необходимо включить уровень. После этого измеряют поверхность стены по высоте и длине. От полученных значений следует отнять площадь, занимаемую окнами и дверными проемами.

Полученные цифры помогут сориентироваться в необходимом количестве строительных материалов, чтобы максимально избежать перерасхода. Для новичков лазерный дальномер является хорошим помощником.
Для удобства использования в различных условиях некоторые производители оснащают приборы встроенными камерами и визорами.

Но это касается геометрически правильных форм. Однако прибор используют и в инженерной сфере, например, для измерения котлованов. Тут будут присутствовать определенные погрешности. Кстати, на точность показаний во многом влияет и результативность самой рулетки, так как в темное время суток она выше, чем днем. Поэтому нередко используется дополнительное оборудование в виде визира или видеокамер, чтобы была возможность хорошо видеть лазер.

Чтобы определить дальность нахождения объекта, используют беспрерывное электромагнитное излучение. Дальномер может работать в трех режимах:

фазовом;

импульсном;

комбинированном, который объединяет в себе предыдущие два.

В первом случае принцип действия – модуляция синусоидального сигнала, при этом частота будет варьироваться от 10 до 150 МГц.

Во втором варианте идет отражение импульса и его периодическая задержка. Несмотря на то что такая техника достаточно умна, контроль за ней все-таки необходим, так как сбои свойственны любой аппаратуре. Для того чтобы иметь правильное представление о принципе работы дальномера, руководство по эксплуатации требует тщательного изучения.

В зависимости от того, насколько тщательно придерживаться требований инструкции, дальномер будет работать точно или давать погрешности.

Вернуться к оглавлению

Возможности лазерного дальномера

Несмотря на то что основной функцией такой техники является измерение расстояний, технологии развиваются. Поэтому современные модели могут иметь и дополнительные опции. Некоторые аппараты могут измерить дополнительно площадь и объем помещений. Отдельные дальномеры имеют функцию, которая позволяет применять теорему Пифагора.

Лазерные дальномеры используют в строительстве, астрономии, геодезии и других сферах.

Конечно, чем более усовершенствованная модель, тем дороже она стоит и тем профессиональнее можно вести строительство.

Чтобы максимально оценить пользу такого прибора, стоит поработать с большими объектами. Ведь для ручных расчетов в этом случае понадобилось бы немало времени.

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.

Профессиональные приборы могут справиться с расстоянием до 250 м.

Минимальное расстояние, с которым может справиться дальномер, 5 см.

Вернуться к оглавлению

Зависимость техники от условий

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.

Полученная цифра выводится на дисплей прибора. Измерительная величина, то есть метры или сантиметры, устанавливается по личным требованиям.

Дальномер отлично справляется в условиях закрытых помещений, так как в этом случае расстояния имеют небольшие значения, а помехи и вовсе отсутствуют. А что касается природы, то тут есть несколько факторов, которые могут создать погрешности в работе:

Солнце. Зачастую цвет лазеров является красным, поэтому чем ярче поверхность, тем хуже видна конечная точка. Почему это так важно? Потому что дальномер должен уметь обработать сигнал, а он будет слишком слабым, что может повлиять на точность показаний. Поэтому в темное время суток показания лазерного дальномера более точны.

Загрязненность окружающей среды. Лучший вариант – если работа проводится за городом, так как воздух там прозрачнее. В условиях загазованности или туманности опять-таки возникает риск возникновения погрешностей.

Надежность крепления дальномера. Ручные измерения всегда сопровождаются неточностями. Поэтому лучше для замеров использовать специальный штатив. Кстати, многие современные приборы имеют уже в стандартной комплектации такой элемент.

Рабочая поверхность. Если измеряемая плоскость будет иметь темный цвет или шершавую структуру, то луч станет поглощаться. Поэтому для таких целей используют светлую поверхность, которая за счет гладкости и цвета помогает повысить коэффициент отражения.

Дальномер – это устройство, которое предназначено для определения точного расстояния от наблюдателя до конкретного объекта. Прибор просто необходим в инженерной геодезии, строительстве линий передач и путей сообщения, сельском хозяйстве, туризме, навигации, военном деле…

Классификация приборов для определения дальности

Когда и где появились первые измерители дальности? Впервые в продаже это приспособление вышло в 1992 году на Западе, но его стоимость доходила до нескольких тысяч долларов. И только спустя четыре года эти устройства стали доступны более широкому кругу пользователей. Затем уже многие фирмы стали работать в данном направлении. А сегодня разновидностей этого инструмента довольно много, самые точные используют принцип лазера в работе, известной моделью считается дальномер лейка (Leica), в ассортименте имеются и другие приборы похожего назначения, например, на лазерах.

В чем же заключается принцип действия? Модели активного типа измеряют расстояние при помощи времени, затраченного посланным сигналом на прохождение пути до объекта и обратно . Скорость, с которой данный сигнал распространяется, предварительно, естественно, известна (звуковая и световая скорость). Определение расстояния с помощью пассивных вариантов прибора основано на вычислении высоты равнобедренного треугольника. Активные делят на три типа: звуковые, световые, лазерные. А пассивные на два: оптические и нитяные.

Дальномеры активного типа – изучаем работу инструментов

Звуковые модели измеряют расстояние до предметов, которые отражают звуковые волны. Работают по принципу эхолокатора, то есть сначала происходит излучение короткого звукового импульса, который имеет очень высокую частоту. Затем включается микрофон, и происходит отсчет времени, за которое звуковой импульс вернется обратно, отразившись от какого-либо объекта. Когда вернувшийся сигнал достигнет датчика, будет известен результат. Световые типы приспособления для измерения расстояния используют модуляции света по яркости с постоянной или же переменной частотой.

Расстояние высчитывается за счет разности фаз между отраженным и посланным светом. Для этого требуется наличие сложных электронных и электрических устройств в приборе. Именно с помощью световых моделей было установлено точное расстояние от Земли до Луны. Лазерные инструменты включают в себя главные элементы устройства – отражатель и излучатель. При помощи специальных функциональных клавиш можно задать точку отсчета и пользоваться всеми программными возможностями прибора. Также некоторые модели оснащены дополнительными функциями – отражательная панель для проверки, измерение температуры воздуха, выбор системы измерений, настройка автоматического отключения, индикатор батареи.

В процессе работы с лазерным приспособлением не требуется помощь второго человека, как, например, в случае с . Для того чтобы вычислить расстояние до определенного объекта, необходимо навести на него лазерный луч. Устройство измеряет время, за которое луч проходит от него до объекта, а после его отражения возвращается обратно. В результате производятся подсчеты, и данные выводятся на экран. Измерять можно как горизонтальные, так и вертикальные плоскости. С помощью лазерного дальномера можно также измерить объем помещения и его общую площадь.

Кроме того, такое устройство дает уникальную возможность измерить лишь определенный фрагмент стены, а не всю ее полностью. Можно также определить ширину и высоту объекта.

Огромным плюсом является то, что лазерный прибор может вычислить среднее значение нескольких измерений, а точность при этом будет на очень высоком уровне. Также имеется возможность узнать площадь и круглых предметов, а не только прямоугольных или квадратных. Если помещение имеет наклонный потолок, то инструмент определит не только площадь, но и угол наклона, и длину ската. Все измерения можно проводить на расстоянии до 200 метров. В случае, если прибор необходим вам для измерения исключительно только помещений, достаточно будет приобрести устройство, дальность измерений которого не превышает 50 метров. Если вы собираетесь работать с большими расстояниями, то необходимо также воспользоваться штативом и отражающей пластиной, это позволит получить более точные результаты. Но не все модели могут крепиться на штатив, это нужно уточнять у продавца.

Основные характеристики лазерных инструментов зависят не только от конструкции, например, диапазон измерения зависит от мощности источника излучения и от внешних условий работы, например, на дальность влиять будет освещение. Стоит отдельно отметить, что она снижается, если измерения проводятся под открытым небом. У бытовых моделей наблюдаются небольшие погрешности, и эти погрешности возрастают при измерениях на больших расстояниях. Но даже такие варианты лазерных устройств сравнительно дорогие.

Меряем дальность пассивными методами

Оптический дальномер может быть двух типов – стереоскопический и монокулярный. Несмотря на то, что они отличаются по конструкции деталей, основная схема у них одинаковая, кроме того, принципы работы идентичны. По двум известным углам треугольника, а также одной известной стороне определяется его неизвестная сторона. Два телескопа строят изображение объекта. Кажется, что объект наблюдается в разных направлениях. Кроме того, такие приборы могут быть как с полным наложением полей, так и с половинным – верхняя половина изображения от одного телескопа объединяется с нижней половиной другого.

Монокулярные модели являются разновидностью оптических, работают также по принципу совмещения изображений, очень часто встраиваются в фототехнику для получения более резкого изображения . Преимущества монокулярных дальномеров в том, что нет необходимости в точной горизонтальной наводке, а изображение при измерении смещается как в правом, так и в левом поле. К недостаткам монокулярных приборов относится высокая утомляемость оператора, так как работа производится одним глазом, также с ними практически невозможна работа с движущимися объектами, а объекту нужно иметь четкую образующую, которая расположена на девяносто градусов к линии раздела поля, иначе точность измерения значительно снизится.

Стереоскопические модели также являются разновидностью оптических, имеют двойную зрительную трубу. В фокальной плоскости находятся метки, и изображение объекта совмещается с изображением этих меток, расстояние полностью пропорционально смещению компенсатора. Основное преимущество стереоскопического инструмента над монокулярным – более точные измерения расстояния. Именно они используются для того, чтобы определить дальность, а также высоту полета и его угловые координаты. Самые мощные стереоскопические приборы способны работать на расстояния до 50 000 метров, что же касается измерения высоты, то здесь цифры немного меньше – до 20 000 метров.

Нитяной вариант измерителей дальности – самый простой вид инструмента подобного назначения, имеющий постоянный параллактический угол, именно поэтому можно сделать такой дальномер своими руками, если вдруг вам понадобилось измерить дальность, а бегать по магазинам нет времени, или жаль денег. Он может определять расстояния до 300 метров. В качестве базы у данного устройства используется нивелирная рейка, имеющая сантиметровое деление, а в поле зрения трубы видны специальные линии. Принцип работы: для точного определения расстояния подсчитывается число делений, которые находятся между линиями, а искомым, в конечном итоге, будет расстояние в метрах. Нитяной прибор имеет очень простую конструкцию и очень простой принцип работы, он также способен вычислить расстояние без особых погрешностей. Но электронный дальномер по своей точности всё-таки выигрывает.

Измерение дальности.

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:
L = ct/2, где L - расстояние до объекта, с - скорость распространения излучения, t - время прохождения импульса до цели и обратно.

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

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

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

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

Использование лазерных дальномеров в военных целях.

Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые опыты относятся к 1961 г., а сейчас лазерные дальномеры используются в наземной военной технике (артиллерийские, танковые), и в авиации (дальномер, высотомер, целеуказатель ), 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 2.5 Вт и длительностью импульса 30 нс. 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 24 В, 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 2 с в течение 20 с, 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 показателей 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 2 кг.

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

Примером 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 20 мм 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 20 мм 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.

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.