Топ-7 лучших лазерных рулеток

На чем основан принцип работы дальномера

Функционирование лазерного дальномера-рулетки заключается в снятии замеров по времени, за которое происходит отражение луча в одном направлении и обратно (время отклика). Такого типа принцип работы позволяет узнать расстояние с максимальной точностью. Создаваемый луч лазера проецируется на поверхность, а затем отражается от нее, возвращаясь к приемнику. В зависимости от времени возврата луча происходит выявление протяженности до объекта. Исчисления производятся микроконтроллером, который размещен в приборе.

Многие говорят о том, что принцип работы лазерного дальномера заключается по времени — от прохождения создаваемого луча и его возврате обратно. Инструмент при этом осуществляет исчисления времени возврата луча, на основании которого и выдаются соответствующие показатели длины. Однако так работают далеко не все приборы. Рассмотрим, как работает дальномер лазерный импульсного типа, которым можно измерять расстояние до 15000 метров.

1. Дальномер излучает не только световой луч, но и серию импульсов высокочастотного диапазона. Эти импульсы имеют вид синусоиды, подобной работе переменного тока
2. Частота импульсов одинаковая и не изменяется в зависимости от длины луча. Когда луч достигает цели (поверхности), то он отражается от нее, и возвращается обратно, фиксируясь приемником устройства
3. При достижении цели происходит преобразование сигнала, который возвращается к приемнику без изменения частоты, но с изменением синусоиды
4. Далее в работу включается микроконтроллер, который исчисляет не время возврата синусоиды, а сдвиг фаз, который сформировался
5. На основании данных сдвига фаз происходит вычисление расстояния до измеряемого объекта

Выше показано схематически, как работает лазерный дальномер импульсного типа. Работать рассматриваемым устройством достаточно просто, поэтому как правильно пользоваться лазерным дальномером, не возникает вопросов. К одной точке надо приложить прибор, а затем спроецировать луч на объект, расстояние к которому надо определить. В течение нескольких секунд на экран ЖК-дисплея выводится информация о протяженности в цифровом значении.

https://youtube.com/watch?v=94SHhVWcnBk%3F

Это интересно! Лазерные рулетки являются самыми современными и точными. До этого использовались устройства дистанционного типа, измерения которых проводились за счет ультразвука. Недостаток таких устройств в том, что они имеют большие погрешности, поэтому большого распространения они так и не получили.

Обзор популярных моделей лазерных дальномеров

Наиболее популярен в России немецкий бренд Bosch. Выпускает две линейки:
Bosch Professional. Цвет корпуса прибора синий. Предназначен для усиленной работы в профессиональной сфере в силу того, что отличается лучшей производительностью и надежностью

Bosch DIY. Цвет корпуса зеленый. Преимущественное применение – ремонтные работы в быту и частное домостроение. Может использоваться в профессиональной как вспомогательный инструмент.

Второй по популярности бренд ADA. Родина Гонконг. При прочих равных условиях модели этой марки надежны, просты в эксплуатации и обладают бюджетной ценой.

Condtrol – российская торговая марка измерительного инструмента

Преимуществом большинства моделей компактность, функциональность, невысокая цена.

Leica Disto – большинство моделей этого швейцарского бренда имеют высокую пыле– и влагозащищенность, что немаловажно в работе на открытых стройплощадках.

Stabila – немецкий бренд, делающий ставку на производство моделей с ударопрочным корпусом. Инженеры этого концерна разработали бесплатное приложение STABILA Measures для передачи измеряемых значений прямо на фотографии стройплощадки или чертежи.

Правильная эксплуатация

Для удобства хранения лазерные дальномеры комплектуются специальными чехлами.

Так как длина волны составляет 635 нм, человеческий глаз видит луч красного цвета. Поэтому, работая с таким прибором, следует быть аккуратными. Попадая в глаз, такой луч может нести разрушительное воздействие. Все зависит от класса используемого лазера: чем он выше, тем опаснее контакт луча и глаза. По стандарту дальномеры имеют луч со вторым классом излучения. Это, в свою очередь, означает, что при кратковременном воздействии перед глазами человека непродолжительный период будут мелькать пятна света. Но если луч будет напрямую и долго воздействовать, то последствия могут стать крайне неприятными.

Дальномер – прибор, которому для работы требуются батарейки. После того как их заряд окончен (примерно 5-10 тысяч измерительных процессов), их следует правильно утилизировать. Если содержимое батарейки вытечет внутри прибора, это может привести к поломке аппарата, что однозначно потребует дорогостоящего ремонта. Поэтому перед и после каждого применения батарейки следует тщательно осматривать.

Такой прибор требует деликатного обращения, поэтому для него не допускаются воздействия физической силой, а тем более падения. Это тоже чревато ремонтом или даже покупкой новой техники.

Иметь под рукой такой прибор – значит ощутимо улучшить условия своей работы. Во-первых, исчезает необходимость производить вычисления в уме – все делает техника. Во-вторых, это значительно экономит время, особенно если дальномер – новой модификации, так как в нем много дополнительных функций. В-третьих, автоматическое сохранение данных помогает не забивать голову большим количеством цифр, что тоже крайне удобно.

Виды дальномеров

По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

Фазовые измерители

Фазовые дальномеры имеют не очень большую дальность действия, но они намного точнее в силу принципа своей работы и дешевле из-за того, что в них не встраивают дорогой сверхточный таймер.

Фазовый дальномер работает на небольших расстояниях, но имеет хорошую точность и низкую цену

Принцип работы дальномеров такого типа заключается в том, что лазерная волна посылается на объект с одной фазой, а отражаясь, возвращается с другой. Рассчитав сдвиг фаз, прибор определяет расстояние до объекта. Благодаря такому принципу работы измерения фазовым дальномером имеют высокую точность. При необходимости работы на расстояниях, превышающих длину излучаемой волны, прибор посылает сигнал несколько раз, изменяя частоту модуляции. Затем процессор устройства определяет точное расстояние до цели путём решения системы линейных уравнений.

Импульсные измерители

Импульсный дальномер состоит из детектора излучения и импульсного лазера. Он вычисляет расстояние до объекта путём умножения времени прохождения луча на величину скорости света. Импульсные измерители работают на гораздо больших расстояниях, чем фазовые, благодаря более высокой мощности излучаемого импульса. Такие дальномеры часто применяют для военных прицелов.

Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей

1. Фазовый дальномер при измерении расстояния использует модулированный световой сигнал, а импульсный — световой импульс.
2. Импульсные дальномеры измеряют гораздо большие расстояния, чем фазовые, так как мощность посылаемых импульсов у них гораздо больше.
3. Импульсный метод измерения расстояния менее точен, чем метод измерения разности фаз. Но благодаря современным методикам обработки сигнала в импульсных дальномерах это различие становится не таким значительным.
4. Размер отражаемой лазерной точки становится больше с увеличением расстояния. Это справедливо для обоих принципов измерения, хотя отклонение лазера от точки отражения разное, так как отличаются размер и форма лазерного пятна.
5. Фазовый и импульсный принципы работы различаются также чувствительностью к прерыванию сигнала. При работе под воздействием некоторых внешних факторов (в потоке транспорта, при плохих погодных условиях) фазовый дальномер будет работать хуже, чем импульсный.

Фазовый лазерный дальномер

В даном разделе описаны натуральные испытания макетного образца фазового лазерного дальномера, полученного собственными силами.

2.1. Выбор метода измерений

Принцип действия дальномера физического типа заключается 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.

Существует несколько методов измерения дальности:

1. Метод триангуляции.

3. Импульсный метод.

4. Фазовый метод.

Разрабатываемый лазерный дальномер предлагается выполнить но основе фазового метода. Фазовый метод измерения расстояний основан на определении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов.

Режим работы устройства зависит от его температуры, с изменением которой незначительно изменяется фаза сигнала. Вследствие этого точное начало отсчета фазы определить нельзя. С этой целью фазовые измерения повторяются на эталонном отрезке (калибровочной линии) внутри прибора. Главное преимущество фазового метода измерения – более высокая точность, которая может достигать единиц миллиметров .

2.2. Создание макетного образца

Для проверки теоретических положений на практике, проверки устойчивости усилительных каскадов и предварительной оценки чувствительности и уровня шумов измерительного канала отраженного лазерного излучения был разработан и исследован его макетный образец.

В качестве излучателя при разработке макетного образца использован стандартный модуль красного лазерного светодиода (см. рис. 2.1) мощностью 5&nbspмВт длиной волны 650&nbspнм.

Рисунок 2.1 – Модуль лазерного светодиода

Для регистрации отраженного лазерного излучения в качестве фотоприемника использован pin-фотодиод bpw24r (см. рис. 2.2). К преимуществам данного фотодиода следует отнести высокую чувствительность в красной области видимого спектра, узкую диаграмму направленности и малую емкость р-п-перехода (5&nbspпФ). Максимальная рабочая частота 35&nbspМГц.

Рисунок 2.2 – PIN-фотодиод bpw24r

Для генерации рабочего и опорного сигналов использован модуль DDS генератора сигналов на базе микросхемы AD9850 (см. рис. 2.3). Рабочий диапазон генерируемых синусоидальных колебаний лежит в пределах от 1&nbspГц до 40&nbspМГц, шаг перестройки 1&nbspГц, относительная нестабильность частоты 10 -5 .

Рисунок 2.3 – Модуль AD9850 DDS генератора сигналов

В качестве микропроцессорного модуля управления использована стандартная плата Arduino Uno (см. рис. 2.4) на базе современного микро-контроллера ATmega328 c тактовой частотой 16&nbspМГц.

Рисунок 2.4 – Микропроцессорный модуль Arduino Uno

На рисунке 2.5 приведена схема модулятора лазерного излучения. Гармоничный сигнал частотой 10 МГц и амплитудой 0,5 В с выхода DDS генератора поступает на электронный усилитель с коэффициентом усиления по напряжению K_U&nbsp=&nbsp3, построен на базе операционного усилителя DA1 AD8042. С помощью подстроечного резистора R1 обеспечивается выбор оптимального положения рабочей точки по постоянному току.

Рисунок 2.5 – Функциональная схема модулятора лазерного излучения

На рисунке 2.6 представлена схема отраженного лазерного сигнала, состоящий из фотоусилителя на DA1, смесителя и двухкаскадного избирательного усилителя на DA2 и DA3. Фотопидсилювч превращает измерительный оптический сигнал в электрический. На выходе смесителя формируется низкочастотный разностный сигнал с частотой 1 кГц, который после фильтрации двухзвенный фильтром нижних частот (R3, R4, C4, C5) поступает на избирательный усилитель с коэффициентом усиления около 10000.

Модулятор лазерного излучения и измерительного канала отражен-ного сигнала собраны на отдельных беспаечних монтажных платах (см. рис. 2.7 и 2.8). Программное обеспечение модуля разработано в среде Arduino 1.0.5. Для управления DDS генератором использована стандартная библиотека AH_AD9850.h .

Рисунок 2.6 – Функциональная схема измерительного канала отраженного лазерного излучения

В результате испытаний макетного образца получили:

– Уровень шумов на выходе избирательного усилителя составляет 5&nbspмВ;

– Уровень полезного сигнала на выходе избирательного усилителя при расстоянии до объекта 2 м составляет 200&nbspмВ;

– Самовозбуждение усилителя отсутствует;

– Внешняя засветка фотодиода на результаты измерений не влияет.

Рисунок 2.7 – Макетная плата модулятора

Рисунок 2.8 – Макетная плата измерительного канала отраженного сигнала

Лазерная рулетка и ее назначение

Лазерная линейка — это третье название оптического электронного прибора для измерения расстояний между двумя точками. Главным его назначением является замер длины от одного объекта к другому. Этот инструмент предназначен для облегчения труда при проведении измерительных работ. Главное удобство дальномера в том, что он исключается необходимость применения механических рулеток, линеек и прочих устройств, измерения которыми требуют помощи напарника.

Лазерные рулетки меряют длину дистанционно, то есть мастеру достаточно направить их на поверхность, расстояние до которой надо узнать, и считать показания на дисплее устройства. Если в квартире измерить длину не трудно обычной рулеткой, то на больших расстояниях прибору нет равных.

Это интересно! Конструктивно устройство похоже на лазерный нивелир, однако эти устройства имеют разное назначение, и не могут заменять друг друга. К тому же, стоимость лазерного дальномера ниже, чем цена электронных уровней.

Дальномером инструмент называют, так как он позволяет измерять протяженность на большие расстояния, облегчая тем самым физический труд человека. Это удобно, когда надо узнать длину пролета между колодцами телефонной канализации, определить протяженность труб и теплоцентралей, а также выявить промежуток между стенками. Измеритель длины можно применять не только для того, чтобы узнать расстояние между двумя точками, но еще и для реализации следующих задач:

• Вычисление площади помещения. Дальномер автоматически осуществляет расчет, для чего надо указать соответствующие данные — длину, ширину и высоту
• Выявление объема помещения или соответствующих объектов, например, бочки, баки и прочие виды тары
• Произвести вычисления по теореме Пифагора

https://youtube.com/watch?v=nx2vYIl8bK8%3F

По конструкции лазерный дальномер — это устройство, основу которого представляет светодиодный излучатель. Это красная или зеленая точка, которая проецируется на измеряемую поверхность. Расстояние измеряется по длине луча. Показания отображаются в понятном для человека виде на ЖК-дисплее. На пульте управления имеются кнопки управления, позволяющие осуществлять переключения режимов.

На панели управления можно выбрать единицы измерений — сантиметры, миллиметры, дециметры и метры. Дополнительно устройства могут оснащаться вспомогательными элементами — визиры, видеокамеры и т.п. Конструктивно устройство имеет вид мобильного телефона, но есть модели и больших размеров. Миниатюрный лазерный дальномер стоит недорого, поэтому каждый может себе позволить себе такое приобретение при проведении ремонтных и строительных работ.

История создания лазерного инструмента

В XX столетии свершилось одно из значимых открытий науки — изобретение лазера. Это произошло одновременно в России и США. Учёные Прохоров и Басов с российской стороны и Таунсон с американской были удостоены Нобелевской премии. Исследования продолжались и далее. Первыми начали применять новинку военные. А также в войсках заметили, что с помощью такого устройства возможно измерение расстояний.

Постепенно сугубо военные технологии начинают поступать в гражданские сферы. Так произошло и со световыми аппаратами. Сейчас они обнаруживаются на каждом шагу. Компактное, лёгкое (вес около 200 граммов) устройство приобретается в любом хозяйственном и строительном магазине, его можно обнаружить в кармане рабочего на стройплощадке или в мастерской. Цены колеблются в зависимости от технической начинки изделия. По популярности с ним может сравниться ультразвуковая рулетка, но точности, подобной лазерной, у неё нет.

Дополнительные функции

Присутствие электронной начинки в приборе открывает массу сторонних возможностей, которые могут внедряться без влияния на основную функцию инструмента. Более того, производители стремятся именно расширять базовый опционал, связывая дополнения с главной задачей пользователя. Например, многофункциональный прибор может предоставлять оператору возможности измерения площади, угла, объема помещения и т. д. Кроме этого, дальномер лазерный с уровнем и рулеткой оснащается функциями сложения величин. Существуют также встроенные калькуляторы для автоматической работы с вычисляемыми данными. Для удобства комплексных мероприятий разработчики обеспечивают модели индикаторами уровня заряда и датчиками температуры воздуха.

Функционал устройства

Функционал бюджетных моделей как правильно органичен лишь измерением дальности. Но аппараты среднего ценового диапазона уже включают в себя множество полезных функций, среди которых:

• Определения периметра и площади.
• Вычисление объема измеряемых объектов.
• Встроенный уровень.
• Передача данных.

И это далеко не весь список возможностей качественных дальномеров. С повышением цены на устройство растет и его функционал. Профессиональный дальномер — это важнейший инструмент для строителя, без которого невозможно качественно завершить проект.

При выборе дальномера нужно опираться на то, чтобы в него была встроена возможность:

• Считать площадь и объем. Данные показатели вычисляются путем измерения нескольких граней. Функция полезна во время проведения отделочных работ, она облегчает расчет количества строительных материалов.
• Уровень — используется в самых разнообразных целях. Девайс может быть оснащен простым уровнем, выполненным в роли ватерпаса, который расположен на корпусе или в качестве функциональной программы, которая выводит градус наклона на дисплей.
• Однотипные скобы — позволяют проводить диагональные измерения из углов, в которых невозможно плотно зафиксировать девайс. Некоторые датчики дистанции оборудованным выдвижными штырями, которые расположены внутри корпуса.
• Сохранения данных — данная функция существенно облегчает работы, где нужно проводить много параллельных замеров и избавляет от необходимости записывать данные об площади и объеме объектов на бумагу. Возможность в любой момент посмотреть результаты прошлых замеров также могут быть полезны при выборе стройматериалов, когда в магазине нужно четко ориентироваться по размерам комнаты.
• Передача накопленных данных. Передача данных на другое устройство обычно происходит с помощью USB кабеля, но дорогие модели имеют встроенный блютуз. Все измерения могут передаваться в виде текстового файла или картинки. Также полученные данные с помощью специальной программы можно удобно преобразовать в точный чертеж помещения.
• Непрерывное изменение — данная функция превращает девайс в лазерную рулетку, которая показывает расстояние до препятствия в режиме реального времени. Такая функция поможет отмереть часть необходимой длины и проверить неровность покрытий, на которые дальномер установлен.
• Визир — имеет вид небольшого оптического прицела, который используется для точного наведения измерительного луча на необходимый объект, расположенный вдали. В профессиональных моделях визир имеет вид камеры и выводит на экран прибора картинку с перекрестием или точкой для удобного прицеливания.
• Измерение высоты — функция позволяет получить данные об высоте потолка, дома и другого высокого объекта. Измерение происходит таким образом — нужно отмерять расстояние от девайса до основания объекта и до конечной точки. Далее полученные данные обрабатываются устройством и на дисплей выводиться результаты измерений.

Данный набор функций актуален для строителей. Если лазерный дальномер покупается для бытовых целей или небольшого ремонта, можно ограничиться недорогой моделью без множества функций.

Лазерный дальномер из веб-камеры

1.1. Принцип работы

Лазерная точка проектируется на возможное препятствие, лежащие в поле зрения камеры, расстояние до этого препятствия может быть легко вычислено. Математика здесь очень простая, обработку данных лучше всего производить в компьютерных приложениях. (см. рис. 1.1)

Рисунок 1.1 – Принцип действия дальномера

Итак, вот как это работает. Лазерный луч проецируется на объект в поле зрения камеры. Этот луч должен быть идеально параллелен оптической оси камеры. Лазерная точка захватывается вместе с остальной сценой. Простой алгоритм ищет на изображении яркие пиксели. Предполагая, что точка лазера является яркой на фоне более тёмной обстановки (я использовал обычную лазерную указку купленную в магазине за доллар), изначально положение точки в кадре не известно. Затем нам нужно рассчитать дальность до объекта, основываясь на том, где вдоль оси Y находится лазерная точка, чем ближе она к центру изображения, тем дальше находится объект.

Как мы видим из рисунка выше, расстояние (D) может быть рассчитано по формуле:

Конечно, для решения этого уравнения, вы должны знать, h – фиксированное расстояние между лазерной указкой и камерой. Знаменатель высчитывается так:

Для калибровки системы, мы будем собирать серию измерений, где нам известно, дальность до цели, а также количество пикселей центра изображения до точки лазера.

Используя следующее уравнение, мы можем вычислить угол наклона в зависимости от значения h, а также фактическое расстояние до каждой точки.

Теперь у нас есть расчётные значения, мы можем придумать отношения, что позволяет нам рассчитывать, дальность, зная количеством пикселей от центра изображения. Можно использовать линейную зависимость.

Зная калибровочные данные, можно посчитать:

1.2. Компоненты

Для сборки дальномера требуется не так много деталей: веб-камера и лазерная указка. Для соединения лазерной указки и камеры необходимо вырезать раму из жести или фанеры:

Собранный дальномер должен выглядеть примерно следующим образом:

1.3. Программное обеспечение

Программа-обработчик написана на двух языках: Visual C&nbsp++ и Visual Basic. Вы, вероятно, подумаете, что программа на Visual Basic проще, чем на VC&nbsp++ в плане кода, но во всём есть компромисс. Код на VC&nbsp++ можно собрать бесплатно (при условии, что у вас есть Visual Studio), в то время как код VB требует приобретение программных пакетов сторонних производителей (в дополнение к Visual Studio).

1.4. Дальнейшая работа

Одним из конкретных улучшений, которые могут быть внесены в этот дальномер, является проекция горизонтальной лазерной линии, вместо точки. Таким образом, мы сможем вычислять расстояние до цели, для каждого ряда пикселов на изображении .

Дополнительные функции

Применяемая в составе лазерных дальномеров микроэлектроника позволяет не только выполнять прямые замеры. Многие устройства подобного типа обладают некоторыми дополнительными функции, к которым можно отнести:

1. 1. Функция непрерывного измерения. При работе в обычном режиме дальномер при нажатии кнопки на пульте фиксирует результат и выводит его на монитор. Но, довольно часто, возникает необходимость в проведении постоянного измерения расстояния, например, от стены до будущей перегородки. Для этого прибор переводят в режим непрерывного измерения. В таком режиме работы, устройство с некоторой частотой самостоятельно выполняет замер и показывает их результаты на монитор. Измерение проходит в реальном режиме времени.

1. 1. Определение наибольшего и наименьшего расстояния. Эта функция полезна при определении диагонали в комнате. Дело в том, что выполнить ее замер не так и просто при направлении лазерного луча можно промахнуться и в результате будут получены неточные результаты. После установки на приборе минимального расстояния, он будет фиксировать только те замеры, которые больше установленной.

Дешевый или дорогой

Лазерные дальномеры хорошего качества — это не дешевые устройства. Вычислительные чипы сами по себе довольно просты, но оптическая система, хотя и не сложна с точки зрения используемых технологий, является дорогостоящим элементом.

На цену влияет и корпус, который необходимо правильно профилировать и часто армировать, что также влияет на цену.

В зависимости от модели список опций в меню может быть длинным и включать:

• Расчет площади и объема по выполненным измерениям;
• Опция высотомера (основанная на свойствах теоремы Пифагора);
• Измерение углов наклона;
• Тригонометрические функции;
• Память недавно измеренных значений (обычно от нескольких до нескольких десятков единиц);
• Функция непрерывного измерения.

Выбрать дальномер, который имеет все необходимые функции, но за который не нужно доплачивать за чрезмерно широкий спектр возможностей, часто бывает сложно: теоретически не все эти функции используются в строительстве, но они могут быть в разной степени полезны геодезистам, маркшейдерам, землеустроителям.