Принцип дії і застосування лазерних далекомірів

З лазерними променями ми стикаємося в житті досить часто: від пульта дистанційного керування ТВ до указки, з якої граються діти і до вражаючих і таких, що зачаровують око, шоу.
Але лазер це ключовий компонент при експрес вимірюванні відстані і без нього був би неможливий електронний далекомір - інструмент компактний, багатофункціональний і завдяки конкуренції на ринку цих популярних вимірювальних приладів від різних брендів, представлених в інтернет - магазинах України за цілком прийнятною ціною.

Альтернативні назви: лазерна рулетка або метр (в пам'ять про механічних попередників).

Принцип роботи лазерного далекоміра

Луч випромінюється і направляється в сторону об'єкта. Поверхня є перешкодою. Частина енергії поглинається, перетворюючись в тепло і нагріваючи місце зіткнення, а частина відбивається.
Важливий висновок.
Потужність відбитого сигналу повинна бути достатньою, щоб досягти приймача при поверненні. На щастя, більшість матеріалів добре відображають сигнал, що і дозволяє точно виміряти відстань. Також імпульс, що випромінювається, поглинає навколишній простір, точніше зосереджені в повітрі дрібнодисперсні частинки туману, дощу, снігу і диму. А ось світло не має значення - день чи ніч, це не важливо.

Але повернемося до ефекту поглинання.

3 фактори, коли замір дистанції може бути нестійким.

  • якщо рулетка-далекомір малопотужна;
  • відстань велика;
  • предмет дослідження покритий матеріалом, який добре поглинає промені.

червона точка променя, що виходить з оптичної лінзи рулетки-далекоміра

Щоб уявити цей процес, згадаємо літак “Стелс”. Інноваційне покриття відображає електромагнітні хвилі, які випромінює радіолокатором, і на екрані повітряне судно не видно або погано спостерігається.
Тому щоб лазерний вимірювач відстані надавав достовірні результати, у випадках, викладених вище, ставиться спеціальна пластина з високим коефіцієнтом відображення і тоді матеріал самого покриття не має ніякого значення.

Єдине, що слід зробити – відняти товщину пластини з кінцевого результату.
Таке ж рішення пропонується, щоб червона точка була видна навіть при яскравому природному освітленні. Правда на солідному віддаленні її може бути не помітно. Тому краще діяти вдвох, дотримуючись техніки безпеки, щоб промінь не потрапив в очі. В даному випадку ми відзначаємо цей факт з точки зору безпеки, але саме цей момент може служити для боротьби з птахами, які потрапили в приміщення супермаркету, складу, коли спеціалізований відлякувач обертає різнокольорові лазерні указки, що б'ють в очі голубам і горобцям, змушуючи їх покинути територію, яка знаходиться під захистом динамічних променів.
Безконтактний вимір відстані проводиться різними способами.
Наприклад, заміряти різницю в часі між відправленим і отриманим сигналом. Знаючи швидкість розповсюджуваного випромінювання, можна провести розрахунки.

Принцип дії фазових далекомірів полягає у вимірюванні різниці фаз.

Вузьконаправлений промінь являє собою високочастотний імпульс із заздалегідь відомою потужністю, частотою, амплітудою і періодом.
Якщо брати інфрачервону частину спектру в так званому ближньому діапазоні з довжиною хвилі 2,5 мкм, то на дистанції в 100 метрів, в цю дальність вкладеться : 100м/2,5 мкм = 40000000 раз. 40 мільйонів!
При досягненні перешкоди і відображенні, потужність, частота і період не змінюються, оскільки генератор випромінювання стабілізовано. А що змінюється ?

Відбувається зсув фаз, який прилад миттєво перетворює в індикацію дисплея.

Потужність обмежена на рівні 1 мВт. Більш потужний показник небезпечний для органів зору.

Приклади застосування лазерних далекомірів в будівництві

Вимірювання дистанцій в інтервалі метрів і десятків метрів знайшло широке застосування перш за все в будівельній галузі, де в повній мірі розкривається потенціал портативних дистанційних вимірювачів лінійних розмірів:

  1. Перш за все, і це саме затребуваний напрямок - виміри дистанцій між двома стінами, кімнатами і навіть окремо стоять спорудами.
  2. Перевірка паралельності. Наскільки якісно виконана кладка і оштукатурена поверхню? Відповідь можна отримати за допомогою лазерного метра. Визначаються контрольні точки – по горизонталі або вертикалі, припустимо на відстані 1 метр, можна частіше, хоч через 5 см – тільки пропорційно буде потрібно більше часу. Беремо в руки наш інструмент, головне щоб він розташовувався строго перпендикулярно і щільно прилягав до площини. Проводимо ряд вимірів, аналізуємо відхилення. Якщо вони укладаються в гранично допустимі – будівельники попрацювали на совість і чесно заробили свої гроші.
    Для отримання гарантовано точного результату, якщо потрібно виміряти відстань і перевірити площинність, бажано купити далекомір з вбудованим бульбашковим рівнем, ціна не набагато вище, ніж у більш простих цифрових рулеток і щоб похибка не перевищувала 1-1,5 мм.

    У будівництві, необхідно враховувати огріхи цегляної або шлакоблочної кладки, щоб прилад не ввів в оману, хоча він в тому не винен. Вимірює то і як йому вказують. Коли поверхня не оштукатурена і промінь потрапляє на западину між цеглинами, шлакоблоком, а при наступному вимірі на сам будівельний елемент, різниця в 1,2 см, може створити ілюзію, що стіна викладена не рівно. Образно кажучи, якщо кладка нова, не поштукатурена, то лазер може “прицілитися” як в виступаючий шар застиглого цементу, який видаляється пізніше при штукатурці або навпаки в виїмку між двома сусідніми цеглою.
    І в одному випадку показання будуть завищені, в іншому – занижені.

  3. Перевірка укосів, контроль установки дверей, віконних рам і вертикальності кутів.
Переваги

Згадаймо, який використовувалися інструменти для вимірювання відстаней на протязі останніх десятків років – залізний метр або пластикова рулетка. В принципі, якщо постаратися, кожен перерахований вимірювач може видати результат з точністю до міліметра. Але є й інші важливі аргументи: дистанція, швидкість, зручність.

І розглянемо кожен з них по порядку.
Вимірювання відстаней більше 10 метрів або навіть так – нехай в 50 метрів механічними засобами для вимірювання відстаней, це як би м'якше сказати, не зовсім розумно. Уявімо собі будівельника, що тягне за собою таку рідну і звичну рулетку, вже з наполовину стертими цифрами, поступово віддаляючись на 10,20,30 метрів, а дорогоцінний час йде. А якщо на вулиці пройшов дощ, брудно і вся робоча роба в шматочках глини і землі.

Інша справа - рулетки на основі лазерного променя! Елегантно, швидко, і найголовніше – нікуди не потрібно йти. Навіть якщо капає дощик, можна розташуватися під козирком і отттуда "стріляти" променем.

Але повернемося до дистанції. Практичного сенсу вимірювати відстань в десятки метрів ручним способом немає. До того ж, ручна рулетка може зігнутися, зачепитися, внісши додаткову похибку. А промінь завжди прямий.
Друга теза – швидкість. Час на вимірювання скорочується в десятки разів.
Зручність. Як взагалі можна заміряти відстань допустимо від одного краю котловану до іншого або висоту стель в споруджуваному спортивному залі?
Все більше приходить розуміння, що лазерний метод безальтернативний.

“Розумний” вимірювач відстані

Безумовно, найголовніше, для чого розроблялися далекоміри-рулетки – це швидкісне, комфортне і точне вимірювання відстані. Але якби все було так просто, то прилад мав би всього одну кнопку і рядок на дисплеї. Але клавіш трохи більше і рядків як правило, мінімум 3.
Якщо вже всередині розташована спеціалізована мікросхема, то в 21 столітті, вимірювальні прилади просто зобов'язані виконувати більше однієї операції. Це як калькулятор. Немає сенсу проектувати рахунковий пристрій, якщо він буде тільки складати і віднімати. Хотілося б витягувати квадратний корінь, підносити до степеня і зберігати результати в пам'яті.
Коротко озвучимо всі можливості, за кожну з яких правда доведеться трохи доплатити, хоча на майданчиках маркет-плейсів представлені просунуті з технічної точки зору бу далекоміри з математичними апаратом зовсім за невеликі гроші.

Площа
  1. Вимірюються дві лінійні величини – довжина і ширина.
  2. На дисплеї спостерігається шукане значення площі. Вбудований рахунковий блок підраховує показник автоматично.

Дуже зручно якщо потрібно за кілька секунд оцінити площу стіни, щоб визначити обсяг фарби, число рулонів шпалер або кількість суміші для стяжки підлоги.

Об'єм

Рахується точно також, тільки необхідно додатково заміряти висоту, що дозволяє:

  • замовити потрібну кількість кубів шлакоблоку або цегли;
  • підібрати обігрівач або кондиціонер;
  • прикинути кубатуру приміщення, щоб вибрати той чи інший різновид ультразвукового приладу для відлякування гризунів з декількома випромінювачами.
Непрямі вимірювання по теоремі Піфагора Проводиться вимір кута і відстаней - однієї зі сторін або гіпотенузи і двох катетів. Всі інші величини обчислюються автоматично.
Функція зручна, наприклад, при проектуванні сходів.
Режим калькулятора Або послідовне підсумовування. Вигідний при великій кількості вимірів. Кожне послідовне значення додається до попереднього.
Пам'ять Як правило 10 осередків, але буває 20 і навіть 100. Запис у вбудовану пам'ять стане в нагоді при великій кількості послідовних вимірів, наприклад при перевірці площинності поштукатуреної стіни, щоб відхилення по всій площині було в межах норми. Не потрібно нічого записувати. Виміряйте, зберігайте, аналізуйте і при необхідності оперативно вносите корективи в будівельні роботи.

Настільки корисний набір рахункових операцій для вимірювань кутових і лінійних відстаней, вимагає дисплея в кілька рядків - не менше ніж двох, а частіше як мінімум трьох.

Корисні штрихи

Може бути таймер, а також конструктивна особливість: різьблення для підключенням гвинтового затиску і фіксації на штативі.
А режим калібрування знадобиться, якщо лазерна рулетка-далекомір стала “помилятися”. Досить внести коректування значення і Ви знову отримаєте достовірний результат. Така ж опція передбачена в деяких вологомірах деревини, зерна, а коефіцієнт емісії інфрачервоних пірометрів налаштовується за даними еталонного термометра з термопарою.
У комплект можуть входити: USB-кабель, чохол на пояс, ремінець для руки.