Как работает дальномер лазерный: Лазерный дальномер – как он работает и какой выбрать? | Электронные компоненты. Дистрибьютор и магазин онлайн

Как работает лазерная рулетка: реверс-инжиниринг / Хабр

Принцип работы лазерных рулеток

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).

Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.

Расстояние определяется по формуле:

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

Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.

Если частота модуляции равна 10 МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.

При превышении этого расстояния возникает неоднозначность— невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.

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

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

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

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:

• Напряжение питания должно быть достаточно высоким — сотня вольт и выше.
• Сильная зависимость параметров от температуры.
• Достаточно высокая стоимость (по сравнению с другими фотодиодами).

Реверс-инжиниринг лазерной рулетки

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:

Схема 1.

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.

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.
Также на краю платы есть 6 отверстий-контактов. На схеме они отмечены «Px». На них выведены линии питания рулетки и линии программирования STM32.

Схема 2. Узел PLL генератора, и узел управления лазерным диодом.

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.

Схема 3. Узел питания APD и усилитель сигнала с APD.

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.
Такое ступенчатое усиление нужно из-за того, что уровень входного сигнала меняется в очень широких пределах.

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:

• TP3, TP4 — низкочастотный сигнал с усилителя фотодиода. Именно этот сигнал несет информацию о расстоянии до объекта. При помощи осциллографа можно увидеть, что сигнал имеет частоту 5 кГц, и содержит постоянную составляющую.
• TP1 — опорный сигнал. Также имеет частоту 5 кГц и содержит постоянную составляющую. Амплитуда этого сигнала довольно мала — около 100 мВ.
• TP5 — высокое напряжение питания лавинного фотодиода.

Программирование

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.
Поскольку данных было много, для их анализа я написал специальную программу на Python. Программа определяла и подсчитывала посылки, определяла размер посылок, время между ними. Кроме того, программа выводила названия регистров PLL, в которые производится запись передаваемых байтов.

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:

• 162.0 MHz
• 189.0 MHz
• 192.75 MHz
• 193.5 MHz

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,
— Количество выборок — 250.
— Суммарное время захвата сигнала — 5 мс.
— Захваченные данные программа контроллера передает на ПК по UART.

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.

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:

• При увеличении Uapd (то есть с ростом усиления) заметно возрастает чувствительность APD к изменениям температуры и изменению уровня сигнала.
• При уменьшении амплитуды светового сигнала появляется небольшой сдвиг фазы — примерно +2 градуса при изменении амплитуды от максимальной до минимальной.
• При охлаждении APD появляется положительный сдвиг фазы.

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:

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.
Пусть в дальномере используются две частоты модуляции сигнала с длинами волн и , имеющие достаточно близкие значения.

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:

Максимальное расстояние, на котором выполняется вышеупомянутое утверждение, определяется формулой:

В то же время, даже на указанной дистанции в некоторых случаях это утверждение (N1=N2) выполнятся не будет.

Приведу простой пример.

Пусть и .
В таком случае .

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
.
В таком случае можно модифицировать систему уравнений:

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:

1. Проверка, не попали ли разности фаз в зону «нулевого» расстояния. В области, близкой к нулю калибровки, из-за ошибок измерения значение разности фаз может «прыгать» — от 0 градусов до 359 градусов, что приводит к большим ошибками при измерении расстояния. Поэтому, при обнаружении, что все три разности фаз одновременно получились близкими к нулю, можно считать, что измеряемое расстояние близко к нулевому значению, и за счет этого отказаться от вычисления величин N.
2. Предварительное вычисление расстояния по биениям сигналов с частотами 191.5 МГц и 193.5 МГц. Эти частоты выбраны близкими, за счет чего зона определенности получается достаточно большой: , но и результат вычислений сильно подвержен влиянию ошибок измерений. При низком уровне принимаемого сигнала ошибка может составлять несколько метров (несколько длин волн).
3. Вычисление расстояния методом перебора по разностям фаз сигналов с частотами 162.5 МГц и 191.5 МГц.

   Поскольку на предыдущем этапе уже определено приблизительное расстояние, то диапазон перебираемых значений N можно ограничить. За счет этого уменьшается сложность перебора и отбрасываются возможные ошибочные результаты.

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:

Результаты

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?

• В первую очередь стоит отметить проект реверс-инжиниринга лазерной рулетки BOSCH DLE50.

  Особенность этой рулетки — в ней в качестве PLL генератора используется заказная микросхема CF325, на которую в интернете нет никакой документации, что заметно усложняет процесс реверс-инжиниринга. Эта ситуация (заказные микросхемы без документации) очень часто встречается в лазерных рулетках, но, похоже, сейчас ситуация начинает меняться — заказные микросхемы начинают заменятся «универсальными».

  Используемый в этой рулетке микроконтроллер — ATmega169P.

  Еще одна особенность этой рулетки — использование механического узла, управляемого электромагнитом, который позволяет создавать «оптическое короткое замыкание», то есть перенаправляет свет от лазера к фотодиоду по известному пути. За счет того, что длина пути света и коэффициент отражения при этом известны, микроконтроллер может производить различные калибровки (по амплитуде и фазе). Во время работы этого узла лазерная рулетка достаточно громко щелкает.

  Вот здесь можно посмотреть фотографии электроники этой рулетки.

• Достаточно много что известно про лазерную рулетку UT390B.

  Некий энтузиаст смог произвести реверс-инжиниринг протокола отладочного UART интерфейса этой рулетки, и научился управлять ее работой. Есть даже библиотека для Arduino.

  На русском про устройство этой рулетки можно почитать здесь.

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

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

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

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

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

• Еще одна рулетка с неизвестным протоколом — BOSCH PLR 15.

  Энтузиасты уже пытались разобраться с ее протоколом, но пока в этом никто не преуспел.

  Раньше я тоже пробовал выяснить, как работает эта рулетка, и даже частично восстановил схему этой рулетки.

  Используемый в этой рулетке микроконтроллер — STM32F051R6. А вот других микросхем высокой степени интеграции в ней просто нет!

  Зато фотоприемник здесь использован очень необычный, я никогда не встречал даже упоминаний таких устройств:

  Судя по всему, он представляет собой систему на кристалле, и содержит два фотодиода (измерительный и опорный каналы), усилители фотодиодов, цифровую управляющую электронику и АЦП. Сигнал модуляции лазера идет тоже с него. Сам фотоприемник соединен с микроконтроллером через SPI.

  Я пробовал перехватывать данные, которые идут по SPI — там присутствуют команды от контроллера датчику и пакеты информации от датчика контроллеру.

  Если обработать эти пакеты в Excel — то явно видны синусоиды (то есть используется фазовый способ измерения расстояния). Это значит, что обработкой сигнала в этой рулетке занимается микроконтроллер.

  Однако информации по SPI идет очень много, частоты, на которых идут измерения, установить не удалось, так что даже считать с рулетки расстояние — достаточно проблематичная задача.
  Кое-какая информация по аналогичной рулетке Bosch GLM 20 собрана здесь.

• Различные китайские модули.

  В последнее время в китайских интернет-магазинах появилось большое количество модулей лазерных дальномеров (из можно найти по запросу «laser ranging module» и аналогичных ему).
  Среди них можно найти и модули, которые выглядят абсолютно так же, как и мой, но продаются они в два раза дороже (40$). Похоже, что это все те же внутренности лазерных рулеток, но с модифицированной прошивкой. Интересно, что среди различных конструкций мне несколько раз попадались дальномеры с двумя одинаковыми микросхемами PLL (судя по всему, эти микросхемы — не заказные).
  

Принцип работы лазерных дальномеров

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 обьекта,
– 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.

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.

Что 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

• максимальная точность измерений;

• время отклика прибора – несколько секунд даже при работе с расстояниями до 100 км;

• для работы с рулеткой чаще всего нужны два человека, а дальномером можно пользоваться без помощников.

Как работает дальномер?

В момент включения излучатель прибора выпускает лазерный луч, который отражается от поверхности объекта и улавливается приемником. Затем прибор определяет расстояние до объекта и высвечивает его на дисплее.

По принципу действия выделяют импульсные и фазовые дальномеры. Импульсные определяют расстояние в зависимости от того, сколько времени лазерному лучу потребовалось для его прохождения, а фазовые – на основании разности фаз отраженного и отправленного сигналов. Они имеют более высокую точность измерений и используются обычно в профессиональных целях: геодезистами, топографами, строителями.

Сегодня существуют различные типы лазерных дальномеров с дополнительными функциями. Они могут запоминать результаты измерений или переводить их из одной единицы измерения в другую (например, метры в дюймы), выполнять сложные вычисления.

Для чего нужен лазерный дальномер, кроме измерения расстояний?

Современные приборы имеют множество различных функций, позволяющих вычислять площадь поверхностей и объем помещений даже сложной формы. Применение дальномера поможет, если вам нужно:

• определить высоту здания или прямоугольной ниши;

• подсчитать общую площадь стен помещения и количество необходимых для ремонта материалов;

• измерить площадь многоугольного помещения, наклонного участка крыши сложной формы, фасада дома со скатной крышей;

• определить максимальное и минимальное расстояние до объекта;

• узнать угол наклона крыши;

• разметить несколько отрезков одинаковой длины.

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.

Дальномер лазерный как выбрать-какой дальномер выбрать

Строительные и ремонтные работы предполагают наличие соответствующего инструмента. Впрочем, и в повседневной жизни порой возникает потребность измерения точного расстояния до какого-либо объекта. Первое, что приходит на ум – воспользоваться линейкой или рулеткой. Однако когда речь заходит о больших расстояниях и высокой точности, эти инструменты уступают более профессиональным устройствам – лазерным дальномерам.

В рамках данной статьи мы рассмотрим, как выбрать лазерный дальномер и как им пользоваться. Этот несложный прибор будет незаменимым помощником в профессиональной работе, а более простые модели не раз пригодятся в быту и позволит быстро и точно измерить расстояние.

Луч с устройства проецируется на измеряемый предмет и моментально передает в прибор информацию о расстоянии до объекта, отображаемую на дисплее. Все, что от вас требуется – навести прибор на объект и нажать на соответствующую кнопку. Единственное условие для нормальной работы дальномера – отсутствие физических преград на пути луча к измеряемому объекту, а при измерении в открытых пространствах (на улице) – хороших погодных условий.

Преимущества

Лазерный дальномер имеет небольшие размеры, он легок, эстетичен и удобен в эксплуатации. Он позволяет измерить расстояние одним нажатием кнопки. Так же во многих моделях заложено множество разнообразных функций серьезно облегчающих работу. Результаты могут передаваться на компьютер. Эти устройства также используются и в промышленности, ведь они намного удобнее любых других средств при измерении глубины шахт, скважин и колодцев. Лазерный дальномер дает вам весомое преимущество при измерении расстояний до труднодоступных точек и объектов.

Поскольку цена в значительной степени определяется заложенными функциями, вам необходимо определить условия, в которых вы собираетесь использовать прибор.

• Дальномер для работы в помещении
• Дальномер для работы на улице

Если вы собираете измерять расстояние объектов в помещении, скорее всего, вам будет достаточно бытового лазерного дальномера, позволяющего измерять расстояния до 40-60 метров. Конечно, помимо дальности работы, есть и другие характеристики, заслуживающие внимания:

• Функциональность: измерение длины, высоты и ширины, вычисление площадей и их сложение, вычисления по теореме Пифагора, функция разметки, фиксация показаний на дисплее, сложение и вычитание измеренных значений, фиксация максимальных и минимальных значений, сохранение во внутреннюю память до нескольких десятков измерений, автоматическое отключение прибора, индикация заряда батарей питания, визир и прочее.
• Точность измерений. Как правило, лазерные дальномеры позволяют определять расстояние до объекта с погрешностью не более 2 мм. В большинстве случаев этого вполне достаточно, однако вы должны учесть, что: ручные измерения сопровождаются неточностями, поэтому следует использовать штатив; если поверхность, на которую направлен лазерный луч, темная или пористая, то во избежание поглощения луча необходимо использовать специальную светлую и гладкую пластину.
• Защита корпуса. Обратите внимание на степень защиты от пыли и влаги, а также на качество линз – лучше, если они будут изготовлены из высококачественного стекла, стойкого к перепадам температур.

В случае если вам придется работать на открытом пространстве, покупайте прибор с дальностью замеров от 60 метров. Современные модели позволяют производить измерения на расстоянии до 250 метров.

Работа на улице имеет свои особенности:

• Рекомендуется производить замеры со штатива. Если прибор изначально приобретается для работы с большими расстояниями, следует учесть наличие в корпусе прибора резьбы под штатив.
• Рекомендуется использовать отражающую пластину (в некоторых моделях она может идти в стандартной комплектации, но, как правило, ее приходится покупать отдельно). Как уже говорилось выше, она необходима при измерении темных и пористых поверхностей.
• Если проводится измерение очень больших расстояний, то необходимо приобретать дальномер с визиром, т.к. он выдает увеличенное изображение на дисплей дальномера. Визир может быть встроен с прибор или крепиться отдельно. Для измерения небольших расстояний можно использовать лазерные очки.
• Необходимо делать скидку на погодные условия. Максимальная дальность замера предполагает измерение расстояния при идеальной погоде, т.е. пасмурная без тумана. Такие погодные условия как яркое солнце, дождь, снег, пыль и тому подобное искажают результаты измерений.

Таким образом, наиболее важными параметрами при выборе лазерного дальномера являются условия среды, дальность измерений и заложенный функционал.

Ошибки и поверка лазерного дальномера

Главная » Статьи и полезные материалы » Бинокли, зрительные трубы и дальномеры » Статьи о биноклях и зрительных трубах » Принцип работы лазерного дальномера

Все лазерные дальномеры работают по одной схеме. Внутри прибора расположен излучатель, который по нажатию кнопки испускает лазерный луч. Этот луч преодолевает расстояние до объекта, отражается от него и возвращается обратно во встроенный приемник дальномера. Прибор фиксирует время, которое понадобилось лучу на возвращение, и по специальной формуле высчитывает расстояние. Таков принцип работы любого лазерного дальномера.

В зависимости от модели можно проводить измерения на разном удалении от объекта. Например, дальность действия простой лазерной рулетки обычно не превышает 50 метров, а профессиональный дальномер для охоты может эффективно работать и на расстоянии свыше 1000 метров. Погрешность лазерного дальномера тоже во многом зависит от расстояния и класса прибора. Чем расстояние больше, тем погрешность выше. На малых же расстояниях погрешность может быть крайне малой.

Но если погрешность – это нормированная величина, которая указана в технических характеристиках, то ошибки лазерного дальномера – уже отдельная история, которую нельзя игнорировать. Если прибор стал показывать значения вне допустимой погрешности или выполнять неправильные расчеты по формулам, стоит его поверить. И желательно это делать не самостоятельно, а в сертифицированном метрологическом центре.

Поверка лазерного дальномера позволит уточнить рабочие характеристики прибора и покажет, можно ли продолжать его использовать или следует провести ремонт. Если дальномер не подлежит ремонту, приобрести новый можно в нашем интернет-магазине в этом разделе.

4glaza.ru
Октябрь 2020

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www. 4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Другие статьи о биноклях, монокулярах и зрительных трубах:

• Обзор бинокля Levenhuk Sherman 10×50 в блоге masterok.livejournal.com
• Обзор зрительной трубы Levenhuk Blaze 70 PLUS на сайте prophotos.ru
• Видео! Монокуляр Bresser Topas 10×25: видеообзор серии компактных монокуляров (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Видеообзор монокуляра ночного видения Bresser National Geographic 5×50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Видеообзор биноклей Levenhuk: Karma PLUS 8×25, Karma PLUS 10×25, Sherman PRO 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Как выбрать бинокль: практические советы для охотника, рыболова и туриста (канал Kent Channel TV, Youtube. ru)
• Видео! Видеообзор водозащищенного бинокля Levenhuk Karma PRO 10×50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Бинокль Levenhuk Atom 10–30×50: видеообзор и сравнение с Veber Omega БПЦ 8–20×50 WP (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Бинокль для кладоискателя: сравнение Levenhuk Atom 7×35, Levenhuk Karma PLUS 8×32 и Bresser Travel 8×22 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Бинокли для охоты: сравнение Levenhuk Atom 10×50 с БПЦ2 12х45 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Бинокли Bresser Travel 10×32 и Levenhuk Atom 7×50: сравнение двух моделей (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Как выбрать бинокль: советы и решения (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Обзор монокуляра Levenhuk Wise PLUS 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Обзор бинокля Bresser Hunter 8×40 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
• Видео! Обзор яркой серии биноклей Levenhuk Rainbow 8×25 (канал Kent Channel TV, Youtube. ru)
• Видео! Монокуляры Levenhuk Wise PLUS: видеообзор серии монокуляров (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
• Видео! Видеообзор Дмитрия Пучкова на сайте oper.ru: «В цепких лапах 80: бинокль Levenhuk Vegas 8×32» (на сайте Oper.ru)
• Видео! Что такое зрительная труба и как ее изобрели (канал GetAClassRus, Youtube.ru)
• Театральные бинокли: история появления и современные технологии
• Обзор биноклей Levenhuk серии Energy PLUS
• Приятное с Полезным. Тест биноклей Nikon Action 12х50 CF и Nikon Action 10-22х50 CF
• Лазерный меч твоей винтовки
• Дальномер вам в помощь!
• Бинокль для понедельника. Бинокли Nikon со стабилизацией изображения StabilEyes 14×40 / 12×32 / 16×32
• Ваша светлость. Охотничьи бинокли Никон
• Почувствуй себя микадо, почувствуй себя императором
• Лазерный дальномер Nikon LRF 1000A S
• Ваша светлость. Бинокли и дальномеры Nikon
• Зрительная труба Nikon Fieldscope ED 82 WP с окуляром 75X82 WIDE DS
• Как выбрать бинокль
• Как ухаживать за биноклем
• Как работает бинокль
• Типы биноклей
• Выбираем футляр для бинокля
• Как сделать бинокль своими руками
• Бинокли Второй мировой войны
• Бинокль с тепловизором
• Адаптер для бинокля: на штативе смотреть удобнее!
• Можно ли брать бинокль на стадион?
• Гражданские и военные бинокли СССР
• Бинокли Сваровски: цены, особенности, репутация
• Сравнение биноклей: изучаем рейтинги или оцениваем самостоятельно?
• Расшифровка цифр на бинокле
• Характеристики биноклей: как выбрать идеальный оптический прибор
• Походный бинокль: какой лучше для охоты, путешествий и прогулок?
• Отечественные бинокли: Россия и производство оптической техники
• Фокус бинокля: как настроить правильно?
• Японские бинокли: отзывы, цены, особенности
• Юстировка бинокля своими руками
• Цифровой бинокль-фотоаппарат: купить или не купить?
• Наглазники для бинокля: купить с выдвижными или со складывающимися?
• Что такое инфракрасный бинокль?
• Тактический бинокль – стоит ли его покупать?
• Бинокли белорусского производства
• Бинокль: схема устройства
• Бинокли со стабилизацией изображения: цена и особенности
• Бинокль переменной кратности: купить или нет?
• Бинокль с лазерным дальномером
• Самый дальнобойный бинокль, который выпускали в СССР
• Как выбрать профессиональный бинокль
• Лучшие бинокли мира
• Бинокль с камерой
• Бинокль с автофокусом: купить или нет?
• Мощный бинокль с зумом
• Что делать, если бинокль двоит?
• Как сделать бинокль из бумаги
• Что такое призматический бинокль?
• Зачем нужна призма Аббе?
• На что влияет диаметр выходного зрачка в бинокле?
• Просветление объективов оптических систем
• Цифры на бинокле – зачем нужны и о чем говорят
• Окулярная насадка «Турист»
• Бинокль призменный: Yukon и другие
• Бинокль «Фотон-7»
• Зрительная труба Галилея: принцип действия
• Диаметр входного зрачка
• Лучшие светосильные объективы
• Где найти обзоры биноклей Veber?
• Где найти обзоры зрительной трубы Veber?
• Знакомьтесь – зрительная труба Veber MAK1000х90!
• История создания бинокля
• Способы определения дальности до цели
• Определение расстояний биноклем
• Рубиновое покрытие
• Поле зрения биноклей
• Какие выбрать стекла бинокля
• Чем занять детей дома?
• Чем заняться на карантине дома?
• Чем заняться школьникам на карантине?
• Обзор зрительных труб: как выбрать?
• О чем говорят характеристики зрительной трубы?
• Какие бывают объективы зрительных труб?
• Бинокль с ночным видением и дальномером: цена и возможности
• Бинокль ночного видения своими руками
• Военные бинокли ночного видения
• Что такое глобус политический с подсветкой?
• Какой глобус купить ребенку – физический или политический?
• Кто изобрел подзорную трубу?
• Все об интерактивном глобусе Oregon Scientific SG18
• Зачем нужен датчик лазерного дальномера?
• Прибор ночного видения: отзывы владельцев
• Прибор ночного видения: характеристики и возможности
• Как проводить измерения лазерным дальномером?
• Как включить прибор ночного видения?
• Как сделать очки ночного видения?
• Основное о выборе монокуляра
• Как пользоваться лазерным дальномером?
• Как работает тепловизор?
• Делаем домашний планетарий своими руками
• Какой купить металлоискатель для поиска монет?
• Какой фонарик лучше купить?
• Встроенный автомобильный GPS-навигатор
• Выбираем фонарик для охоты, рыбалки и похода
• Самый мощный монокуляр: увеличение
• Тепловизионный монокуляр для охоты
• Монокуляры с большой кратностью
• Обзор лучших монокуляров
• Хороший недорогой монокуляр
• Как выбрать призменный монокуляр
• Монокуляр с дальномером для охоты
• Очки ночного видения для охоты
• Очки ночного видения для детей
• Инфракрасные очки ночного видения
• Лазерный дальномер: описание прибора
• Делаем лазерный дальномер своими руками
• Принцип работы лазерного дальномера
• Существует ли рейтинг GPS-навигаторов?
• Где посмотреть рейтинг лазерных дальномеров?
• Рейтинг монокуляров: как правильно подготовиться к покупке прибора
• Устройство прибора ночного видения
• Цифровой GPS-компас: купить или не нужно?
• Что лучше – бинокль или монокуляр?

Как работает лазерный дальномер – Статьи на сайте Четыре глаза

Лазерный дальномер – принцип работы и сравнение

Если хорошо изучить лазерный дальномер, принцип работы прибора, то будет проще сориентироваться среди представленных моделей подобных устройств. Измерение дальности с помощью импульсного способа предполагает использование формулы L = ct/2, где с является скоростью распространения, а Т – временем, затрачиваемым на прохождение импульса. Наибольшей точностью обладают приборы, которые позволяют получать короткие импульсы.

Измерить дальность можно:

• Фазовым,
• Импульсным,
• Фазо-импульсным способом.

И наибольший интерес представляет именно импульсный метод, в процессе которого отправляется зондирующий импульс, достигающий поверхности, и в это время запускается счетчик, считающий время прохождения сигнала. После отражения импульс возвращается к лазерному дальномеру и происходит остановка счетчика, тем самым, фиксируется расстояние.

Модели

Перед принятием решения о покупке, нужно сделать лазерные дальномеры сравнение, взяв для анализа наиболее популярные модели. Среди приборов, специально созданных для определения расстояния, выделяются:

• Лазерные бинокли Carl Zeiss,
• Лазерные дальномеры Bushnell, Leica Rangemaster и Carl Zeiss,
• Бинокли и дальномеры от компаний Nikon, Zenit и Sturman.

Предварительно нужно определиться с целями, для которых вы планируете использовать лазерный прибор, и тогда будет проще сделать правильную покупку. Лазерные рулетки активно используются вооруженными силами, в том числе среди основных пользователей:

• Наземная военная техника,
• Авиация,
• Морской флот,
• Артиллерия.

Также активными пользователями являются охотники, потому что подобные приборы позволяют быстро определять расстояние до мишени и увеличивать количество добытых трофеев. Но еще одним направлением, где применяются данные электронные устройства, является строительство, потому что специалисты получают возможность для определения габаритных размеров и уровней помещения и различных сооружений.

Применение

Когда человек знает лазерный дальномер принцип работы, он способен использовать его с максимальной эффективностью. И если он работает с таким прибором на строительном объекте, то он сможет:

• Быстро вычислить площадь,
• Осуществить передачу данных на компьютерную технику,
• Замерить недоступные объекты.

Кроме того, данные устройства обладают надежной степенью защиты от пыли и механического воздействия. Лазерными рулетками пользуются даже в тех случаях, когда температура опускается на максимально низкий уровень.

Обычно дальномеры выполняются в прочном пластиковом корпусе, на котором имеются кнопки для управления и дисплей для наблюдения за получаемыми данными.

Если вы знаете дальномер лазерный, как работает, можете сразу включать прибор и направить луч на ближайший объект, чтобы быстро произвести измерение. Некоторые приборы подобного типа снабжаются дополнительно штативами и прочими приспособлениями.

Для того чтобы осуществлялось питание, пользуются аккумуляторными батарейками 1,5 В, тип АА. Для гарантированно длительного действия прибора, нужно иметь запасной комплект элементов питания.

Фазовые дальномеры

Чтобы работал фазовый дальномер, применяется синусоидальный принцип, когда происходит сравнение фаз отправленного и отраженного сигнала. Когда получается результат подобных измерений – это расстояние. Данные рулетки отличаются высоким уровнем точности, к тому же они относятся к дорогостоящим.

Есть разные режимы работы данных приборов:

• Стандартные,
• Сканирования,
• Для неблагоприятных условий эксплуатации,
• Зеркальные.

Выбор

Выбирая лазерный дальномер Лейка, нужно ориентироваться на его габариты и на технические возможности, чтобы он мог выполнять все поставленные задачи и точно определять дальность.

Нужно оценить максимальное расстояние, на которое способен действовать прибор, оно может достигать 1 километра. Также важным фактором является объем памяти, которым обладает лазерный дальномер Лейка, потому что при длительной работе и получении большого объема информации, недостаточная память способна снизить эффективность процесса.

Необходимо требовать сертификат качества при покупке лазерного дальномера и всегда рассчитывать на гарантию, предоставляемую продавцами электронных устройств. Профессиональные рулетки оснащаются дополнительными функциями и приспособлениями, позволяющими выполнять более сложные измерения.

Как работает лазерный дальномер? Краткое объяснение (с иллюстрациями)

Последнее обновление 16 февраля 2021 г.

Есть много инструментов, которые мы используем и считаем само собой разумеющимся тот факт, что они работают, не задумываясь о , как они работают. Хотя это нормально для большинства инструментов, некоторые инструменты, например лазерный дальномер, будут работать лучше, если вы поймете, как они работают.

На первый взгляд все просто; наведите дальномер на цель и выполните измерение.Но как это чтение попадает на ваш экран? Если вы понимаете, как дальномеры производят свои измерения, вы можете начать выяснять, почему разные модели могут давать разные показания в определенных ситуациях.

Но когда вы делаете важный удар в гольфе или собираетесь отступить и позволить стреле лететь с большой выгодой, вам не нужны расхождения в ваших измерениях. Знание того, как работает ваш дальномер, может гарантировать, что вы выберете правильный дальномер для вашего использования и настроите его так, чтобы он давал вам необходимую информацию.

Как работает лазерный дальномер: основы

Основы лазерного дальномера просты. Сначала дальномер испускает лазерный луч. Этот лазерный луч попадает на поверхность, на которую направлен дальномер, и отражается обратно в дальномер. Внутри устройства датчик приемника обнаруживает луч, а сверхскоростные часы измеряют, сколько времени потребовалось для отражения лазерного луча.

Лазерный луч движется со скоростью света. Программное обеспечение дальномера умножит скорость лазерного луча на время, необходимое для отражения от поверхности, чтобы вычислить расстояние до поверхности цели.

Теоретически все довольно просто. Но чем ближе вы смотрите, все становится сложнее.

Оптика

Когда мы начинаем обсуждение лазерных дальномеров, имеет смысл начать с оптики. Они не измеряют, но по-прежнему важны для процесса. Если вы не можете найти цель, вы не можете ее измерить, а хорошая оптика – это то, что позволяет вам найти цель.

Оптика дальномера имеет установленный уровень увеличения, чаще всего от 5 до 10 крат.Более высокое увеличение обычно позволяет увидеть более детальное изображение, и вы можете пропустить некоторые вещи с более низким уровнем увеличения.

Когда цель окажется в поле зрения и отцентрируется в дальномере, пора проводить измерения. Нажмите кнопку, и дальномер направит лазерный луч на вашу цель, начав процесс измерения.

Лазеры дальномерные

Лазер – это, по сути, рулетка дальномера. Он достигает поверхности и отражается обратно к датчику, поэтому программное обеспечение может определить, как далеко прошел лазер.Но есть много различий между лазерами, установленными в разных дальномерах, которые могут существенно повлиять на работу каждого устройства.

На самом деле, ваш дальномер посылает не один лазер. На самом деле это серия лазерных лучей, позволяющая программе выполнять несколько измерений в быстрой последовательности. Но эти лучи не просто отражаются от всего, что вас окружает. Все они заключены в луче лазера.

Изображение предоставлено: Эндрю «FastLizard4» Адамс, Flickr

Представьте, что вы измеряете расстояние до оленя в поле, но на полпути вниз по холму вы находитесь на дереве с большой веткой, закрывающей обзор.Лазер может частично достичь оленя, даже если он частично заблокирован веткой. Поскольку дальномер отправил несколько импульсов, он будет снимать измерения как с ветки, так и с оленя.

Что такое расходимость луча?

   
 Статья о лазерных дальномерах  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

   
  alt = "article">   

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_rangefinders.html 
 статья «Лазерные дальномеры» в энциклопедии RP Photonics]