Лазерный дальномер

Виды дальномеров

Дальномерные приспособления делятся на активные и пассивные:

• активные:
  • звуковой дальномер
  • световой дальномер
  • лазерный дальномер
  • других конструкций
• пассивные:

• дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу
• других конструкций

Принцип работы

Устройство и принцип работы оптического дальномера

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.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB=l (базе) и противолежащему острому углу β (т.н. параллактическому углу).

Одна из величин, l или β, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

• AB = l — расстояние между объективами дальномера (база дальномера)
• C — объект, до которого надо определить расстояние
• h — расстояние между дальномером и объектом наблюдения

Устройство и принцип работы

Лазерные дальномеры имеют довольно непростое устройство и состоят из крепкого износостойкого корпуса, оснащённого протекторными накладками и предохраняющими приборы от повреждений при случайном падении. Внутри корпуса установлен оптический лазер-излучатель, служащий для генерирования и посыла луча на объект, и оптический отражатель, принимающий отраженный от объекта луч.

Конструкция дополнена оптическим прицелом, позволяющим чётко сфокусировать луч в заданной точке, и пузырьковым уровнем (ватерпасом), дающим возможность выровнять дальномер на твёрдой поверхности. Строительные модели дополнительно оснащены функцией блокнота и калькулятора, с помощью которых прибор сам выполняет нужные расчёты и сохраняет их в памяти. Практически все устройства оснащены графическим дисплеем с подсветкой, позволяющим работать в тёмное время суток, и мембранной герметичной клавиатурой с функциональными клавишами, не допускающей попадание воды внутрь инструмента.

Многие современные модели лазерных дальномеров оснащены дополнительными опциями. Особого влияния на работу прибора они не оказывают, зато сделать его эксплуатацию более удобной и понятной, безусловно, могут. К числу таких функций относят визир, предназначенный для визуального приближения объекта измерения. Он выполнен в виде миниатюрной камеры и работает наподобие цифрового увеличителя – зума. Опция является очень удобной при работе с большими расстояниями и позволяет более точно сфокусировать направление лазерного луча. Не менее приятными бонусами являются термометр, цифровой дисплей с цветным изображением и датчик измерения угла наклона, способный фиксировать уклон в пределах 45 градусов.

Принцип действия прибора достаточно прост и заключается в следующем: лазерный сигнал, испускаемый излучателем, доходит до заданного объекта, отражается от него и возвращается назад. Прибор, зная скорость сигнала, фиксирует время, за которое тот преодолел то или иное расстояние, после чего автоматически высчитывает удаление до объекта. Работа дальномера осуществляется от элемента питания, что делает инструмент абсолютно автономным и позволяет пользоваться им в полевых условиях.

Дальномеры в тахеометрах

Следует отметить, что расстояние измеряется с помощью данного оборудования косвенным образом, то есть его длина является не изначально измеряемой величиной, а функцией по отношению к другой измеряемой величине.

Классификация приборов

Всего используют три вида дальномеров в геодезии:

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

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

Оптические дальномеры в геодезии по типу работы являются пассивными, они измеряют длину по геометрическому принципу, при нахождении высоты треугольника по известной стороне и противоположному ей углу.

При этом одно из двух значений постоянное, а другое – переменное.

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

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

Ультразвуковые приборы имеют достаточно большую погрешность, поэтому применяются нечасто.

В отличие от них, лазерный дальномер (рулетка) пользуется большим спросом и в геодезии, и в строительстве. Это самый современный вариант светодальномера.

Его принцип действия также основан на отправке импульса (лазерного луча) до объекта и последующего приёма отраженного сигнала. По сравнению с предыдущей разновидностью приборов, в данном устройстве работу упрощает видимый луч.

А усовершенствование электронного оптического дальномера с лазером современным интерфейсом снизило риск погрешностей при измерениях до минимума.

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

Лучшие бытовые лазерные дальномеры

Condtrol SMART 40

Лазерный дальномер с ударопрочным корпусом наделен оптикой нового поколения. Используется для бытовых целей для измерения расстояний, длин, вычисления площадей, объемов и высот, оснащен режимом трекинга. Устройство позволяет работать при любом освещении. Можно эксплуатировать в помещении или на улице. Измеряет дистанции до 40 метров. Изделие отличается инверсным черно-белым экраном, помогающим считывать данные даже при ярком солнечном свете. Управление осуществляется посредством трех клавиш, наличие которых обеспечивает легкую работу наощупь или в перчатках.

Condtrol SMART 40 имеет следующие преимущества:

• Отличные показатели при плюсовых и минусовых температурах;
• Экономный расход батареек;
• Крепкий и легкий корпус;
• Компактность;
• Крупные кнопки управления;
• Понятный интерфейс;
• Есть сумка для хранения.

Прибор имеет несколько минусов:

• Отсутствует отверстие под штатив;
• Минимальный набор дополнительных опций.

Tesla Дальномер М-40

Измерительное устройство является необходимой вещью во время строительных или ремонтных работ, при планировке помещений. Прибор вычисляет дистанцию до точки в режиме реального времени, определяет площадь, объем, высоту, суммирует и вычитает значения. Дальномер оснащен памятью на 20 значений. В каркас интегрирован пузырьковый уровень для выравнивания в двух плоскостях. Замеры производятся в метрах, футах и дюймах. Жидкокристаллический экран с подсветкой позволяет получать данные при слабом освещении. Заряд батареек контролируется индикатором. Устройство отличается компактными размерами, помещается в карман. Большие кнопки обеспечивают удобство при работе в перчатках. При неиспользовании инструмента в течение 150 секунд он автоматически выключается. Отметим несколько плюсов данного оборудования:

• Продолжительный заряд батареек;
• Простой уход;
• Четкость измерений;
• Наличие уровня.

SNDWAY SW-M40

Лазерная рулетка от китайского производителя комплектуется двумя батарейками, чехлом, шнурком на руку, отражающей пластиной и инструкцией на русском языке. Корпус оснащен крупными прорезиненными клавишами, экран подсвечивается. Устройство позволяет вычислять промежутки от 5 см до 40 м, площадь и объем в кубометрах, длину по теореме Пифагора. Погрешность измерений составляет 2 мм. При необходимости можно сохранять до 30 значений. Прибор питается от батареек. Инструмент отличается небольшими параметрами, благодаря чему его удобно класть в карман. Облегченный корпус изготовлен из прочной пластмассы, защищенной от попадания влаги и пыли. Имеется встроенный уровень для более точных работ.

Достоинства данной модели состоят в:

• Высокой точности;
• Качественном исполнении;
• Наличии индикатора заряда;
• Понятном функционале;
• Легком весе;
• Компактных размерах.

Из недостатков отмечают отсутствие резьбы под штатив.

BOSCH PLR 25

Рулетка от BOSCH для бытового назначения помогает с высокой точностью рассчитывать расстояние до 25 м. Устройство имеет цветной дисплей с понятным интерфейсом для исключительно легкой работы. Большой набор функций позволяет выполнить любую задачу: от измерения дистанции до вычисления площади или объема. Кроме того, прибор вычитает и складывает измерительные результаты, что ограждает от расчетов на бумаге и способствует получению более точного замера.

Прочие характеристики указаны в таблице ниже:

Преимущества инструмента:

• Бюджетная цена;
• Небольшой размер;
• Комплектация батарейками и чехлом на липучке;
• Многофункциональность.

Минусы дальномера:

• Сложно эксплуатировать при ярком свете;
• Отсутствие звукового оповещения.

РЕСАНТА ДЛ-30

Лазерный инструмент РЕСАНТА ДЛ-30 гарантирует максимально точные измерения при небольших временных затратах. Отлично подходит для внутренних работ. Отличается оптимальной дальностью замеров, которая составляет 0,05 — 30 м. Показатель погрешности не превышает 2 мм. Комфорт сравнительных работ обеспечивается благодаря большой внутренней памяти устройства, которая способна записывать до 29 показателей. Измерения осуществляются только в метрах. Для функционирования электронной рулетки требуются две батарейки типа ААА, которые продаются отдельно.

Достоинства данной модели заключаются в:

• Высокой точности;
• Удобной подсветке;
• Невысокой стоимости;
• Малых размерах.

Данное оборудование имеет небольшую мощность, поэтому не подходит для задач расширенного назначения. Других недостатков нет.

На чем основана работа лазерного дальномера

Нет никакого сомнения в том, что все высокотехнологичные разработки в первую очередь проходят «апробацию» в военной сфере. Когда автор этих строк в далеком 1981 году поступил в Одесское высшее артиллерийское училище, первые навыки ведения разведки осваивались еще на стереоскопических дальномерах ДС-1 и ДС-2. Но, кстати, работать на них с достаточной степенью точности могли очень немногие. Поэтому великим «откровением» для нас стало изучение лазерного дальномера ДАК-1, который в те годы считался секретным образцом вооружения.

Дальномер артиллерийский квантовый ДАК-1 – когда-то считался чудом современной техники. Но это только приемо-передатчик, а к нему ещё шел массивный приборный блок с аккумуляторами питания.

Нашу радость омрачало лишь то, что доставка дальномера на наблюдательный пункт превращалась в немалое испытание. Комплект представлял собой два тяжеленных металлических ящика и треногу. Поэтому, хорошенько попотев на занятиях, мы строили смелые мечты, что когда-нибудь подобная техника станет намного компактнее, и будет являться чуть ли не предметом индивидуальной экипировки артиллерийского разведчика.

Так оно и получилось, но значительно позднее.

Со временем военные разработки перекочевали и в общедоступную сферу, в частности — в строительство. А развитие технологий привело к тому, что прибор такого принципа действия сейчас можно запросто купить в магазине.

Безусловно, лазерные дальномеры, которые сегодня предлагаются потребителю, по своим возможностям все равно уступают современной военной технике. Но от них и не требуется измерений, исчисляемых многими сотнями метров и километрами. А вот принцип работы и тех и других – очень схожий.

Измерение расстояния основано на способности оптически непрозрачной поверхности отражать направленный на нее световой поток. То есть, если направить на «цель» мощный световой импульс, выработанный встроенным излучателем (лазером), а затем засечь отраженный сигнал, то, зная скорость света, можно определить и расстояние до объекта.

Но на деле измерение производится несколько иначе. Дело в том, что скорость света – огромна, и при небольших измеряемых расстояниях приходится оперировать крайне малыми временными интервалами, измеряемыми наносекундами. Изготовить компактный таймер, который мог бы очень точно производить засечку столь малых интервалов – очень сложная и дорогостоящая задача. Поэтому в строительных дальномерах используется принцип зачески фазового сдвига отраженного светового инфракрасного импульса.

Принцип измерения дальности дол объекта по фазовому сдвигу отраженного инфракрасного луча

При нажатии кнопки пуска излучатель лазерного дальномера генерирует световой луч строго определенной длины волны и частоты. Направленный на в нужную точку луч отражается от неё, и принимается фотоприемником прибора. Во встроенном микропроцессоре сравниваются фазы луча на выходе из прибора и отраженного. Так как частота и длина волны излучения известны, с высокой точностью можно оценить расстояние, пройденное лучом. Погрешность обычно составляет не более половины длины волны, что дает ошибку в пределах 1÷1,5 мм на метр измеряемого расстояния, что для условий строительства считает отличным показателем.

Существуют и иные типы дальномеров. Так, в мощных приборах, способных точно оценивать дистанции в сотни и более метров, устанавливается мощный импульсный лазер, не дающий рассевания пучка света, и высокоточный таймер, способный с высочайшей точностью замерять временные интервалы. Но стоимость таких приборов – очень велика, и в бытовых условиях применения им не находится.

Для измерения расстояний применяется и принцип отражения звуковых волн. Он реализован в ультразвуковых электронных «рулетках».

Применяется для измерения дальности и принцип отражения звуковых волн. Такие ультразвуковые «рулетки» есть в продаже, они рассчитаны на работу на небольших дистанциях. Судя по отзывам, их не особо хвалят опытные строители, хотя, это и некатегоричное суждение.

Но в данной статье в дальнейшем остановимся только на лазерных дальномерах фазового типа.

Физические основы измерений и принцип действия

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

Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылается зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически высвечивается перед оператором расстояние до объекта.

Оценим точность такого метода дальнометрирования, если известно, что точность измерения интервала времени между зондирующим и отраженным сигналами соответствует 10 в -9 с. Поскольку можно считать, что скорость света равна 3*10в10 см/с, получим погрешность в изменении расстояния около 30 см. Специалисты считают, что для решения ряда практических задач этого вполне достаточно.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону. При этом интенсивность излучения меняется в значительных пределах. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза сигнала, упавшего на объект. Отраженный от объекта сигнал придет на приемное устройство также с определенной фазой, зависящей от расстояния.

Оценим погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых условиях. Специалисты утверждают, что оператору не сложно определить фазу с ошибкой не более одного градуса. Если же частота модуляции лазерного излучения составляет 10 Мгц, то тогда погрешность измерения расстояния составит около 5 см.

По принципу действия дальномеры подразделяются на две основные группы, геометрического и физического типов.

Первую группу составляют геометрические дальномеры. Измерение расстояний дальномером такого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (рис. 3) например по известной стороне АВ = I (базе) и противолежащему острому углу. Одна из величин, I обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

Дальномер с постоянным углом представляет собой подзорную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения, а базой служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. По такому принципу работают многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.).

Относительная погрешность нитяного дальномера — 0,3-1%. Более сложные оптические дальномеры с постоянной базой, построены на принципе совмещения изображений объекта, построенными лучами прошедшими различные оптические системы дальномера. Совмещение производится с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем, а результат измерения прочитывается по специальной шкале. Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяются в качестве фотографических дальномеров. Погрешность оптических дальномеров с постоянной базой менее 0,1% от измеряемого расстояния.

Принцип действия дальномера физического типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта.

Различают импульсный и фазовый методы измерения дальности. При импульсном методе к объекту посылается зондирующий импульс, который запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс возвращается к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса), с помощью встроенного микропроцессора, определяется расстояние до объекта:

L=ct / 2

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

АВ -база, h -измеряемое расстояние

При фазовом методе — излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, меняющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Отраженное излучение попадает в фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, измеряется расстояние до объекта.

Виды лазерных дальномеров

По назначению лазерные дальномеры делят на бытовые и профессиональные. Первые чаще всего имеют небольшую (до 10 м) или среднюю (до 50 м) дальность измерения, и ограниченный функционал. Профессиональные электронные рулетки способны измерять расстояния более двухсот метров, имеют широкий набор функций и могут работать в сложных погодных условиях. Большая дальность необходима при возведении крупных объектов, измерении территории и в других случаях.

По области применения лазерные рулетки делятся на разные категории. Есть дальномеры для промышленности, военной сферы, геодезии, строительства. Есть гаджеты для рыбалки, охоты и даже для гольфа! Они отличаются друг от друга как по внешнему виду, так и по набору функций, так как призваны решать разные задачи. Например, качественный лазерный дальномер для охоты ориентирован на работу в условиях дождя, пыли, высокой влажности, мороза, умеет игнорировать траву, ветки деревьев и рассеянные в воздухе частицы вроде снежинок или дождинок.

По принципу работы бывают импульсные дальномеры и фазовые. Импульсные содержат встроенный таймер, с помощью которого определяют время отражения луча от объекта. На основании времени и скорости света рассчитывается расстояние. У импульсных лазерных рулеток мощный лазер, так что они могут измерять значительные расстояния, но обладают меньшей точностью по сравнению с фазовыми. Снижение точности связано с тем, что на расстоянии даже в несколько сот метров световой луч отражается слишком быстро (скорость света 300 тыс. км/с), что требует сверхточного таймера. Свое название импульсные рулетки получили из-за того, что в них луч лазера посылается импульсами.

В фазовых лазерных дальномерах луч посылается постоянно и модулируется сигналом определенной частоты. Отраженная от объекта волна фиксируется фотоприемником. Волна посылается в одной фазе, а отражается в другой, так что разность фаз и позволяет вычислить расстояние до объекта. Фазовые рулетки более точны, но из-за постоянной работы лазера теряют в мощности луча, потому используются в основном для измерения на небольших расстояниях.

Рейтинг популярных моделей

Современный рынок измерительного оборудования представляет лазерные дальномеры в широком ассортименте. Ниже представлен обзор самых популярных моделей, отзывы о которых можно увидеть в интернете наиболее часто.

• Немецкий лазерный дальномер Tape оснащён влагоударным корпусом и памятью, хранящей информацию о 20 последних измерениях. Прибор выдерживает падение с 10-метровой высоты и способен работать при температуре воздуха от -30 до 55 градусов и влажности до 98%. Модель отличается высокой точностью измерений и имеет погрешность не более 2 мм. Программное обеспечение позволяет определять высоту конструкций с расстояния, используя при этом формулу Пифагора, а возможность работы с препятствиями даёт возможность производить замеры сквозь преграды. Модель оснащена подсветкой, четырёхстрочным жидкокристаллическим дисплеем и высокоточным мощным лазером, а время расчёта нужных параметров не превышает 2 секунд. Стоимость инструмента составляет 5200 рублей.
• Модель немецкого бренда Stabila LD 420 Set 18378 выпускается в Венгрии и стоит 15 880 рублей. Прибор предназначен для работы с большими расстояниями и относится к категории профессионального инструмента. Дальномер полностью отвечает строгим международным требованиям, выпускается в соответствии со стандартом ISO 16331-1, отличается пыле- и влагонепроницаемым корпусом и не боится падений с высоты. Прибор работает от двух элементов питания типа ААА напряжением 1,5 В, вес его составляет 150 г, габариты длины, ширины и высоты – 155х80х220 мм.

• Дистанционная лазерная модель Hilti PD-E оснащена светодиодным дисплеем, изображения на котором хорошо видны даже при ярком солнечном свете. На приборе установлен датчик, способный измерять угол наклона до 360 градусов, что позволяет использовать его в качестве угломера. Изделие также оборудовано видоискателем и может использоваться вне помещений. Величина погрешности составляет 1 мм, дальность измерения – до 200 м, класс защиты – IP 65. Модель оснащена лазером 2 класса мощностью до 1мВт, способна работать в температурном диапазоне от -10 до 50 градусов и выпускается в габаритах 129х60х28 мм. Алкалиновых элементов питания хватает на 5 000 измерений, весит прибор 200 г, стоит 24 000 рублей.
• Модель китайской сборки Instrumax Sniper 50 IM0107 выпускается в соответствии со стандартом IP54 и оснащена лазерным диодом с длиной волны 650 нм, способным работать с расстояниями до 50 м. Жидкокристаллический дисплей оборудован яркой подсветкой, вес прибора составляет 115 г, а в качестве источника питания используются три батарейки типа ААА напряжением 1,5 В. Дальномер имеет две точки отсчёта, весит 250 г, производится в габаритах 174х126х66 мм и стоит 3 159 рублей.

• Лазерный дальномер японского производства Makita LD050P предназначен для измерения расстояний дальностью до 40 метров, однако при наличии отражателя диапазон увеличивается до 50. Встроенный микропроцессор способен складывать и вычитать расстояния, а также вычислять площадь и хранить в памяти 5 последних результатов. Питается прибор от двух батареек типа ААА напряжением 1,5 В, имеет 2 точки отсчёта и весит 260 г. Модель не приспособлена для работы со штативом и не имеет прицела, из-за чего относится к категории непрофессионального инструмента и прекрасно подходит для домашнего использования. Устройство выпускается в размерах 180х130х65 мм и стоит 5 519 рублей.
• Модель американского бренда Dewalt DW 03050 выпускается в Венгрии, предназначена для ремонтно-строительных работ и способна выполнять замеры на расстоянии до 50 м. Микропроцессор может выполнять весь стандартный набор вычислений, хранить в памяти 5 последних результатов и производить измерения как в метрической, так и в дюймовой системах. Изделие соответствует классу защиты IP65, благодаря чему не пропускает пыль внутрь корпуса и может использоваться под дождём. Весит устройство 280 г, работает от двух батареек типа ААА, выпускается в габаритах 180х126х75 мм и стоит 6 925 рублей.
• Лазерный дальномер Tesla M-40 Touch способен работать в диапазоне от 20 до 40 м, работает от элементов питания ААА и имеет погрешность 2 мм. Прибор может эксплуатироваться при температуре от 0 до 40 градусов, оснащён лазером 2 класса с длиной волны 630 нм и предназначен для домашнего использования. Стоимость прибора составляет 2 550 рублей.

О том, в каких случаях применяется лазерный дальнометр, смотрите в видео ниже.