Как работает лазерная рулетка – Как работает лазерная рулетка: реверс-инжиниринг / Habr

Как правильно пользоваться лазерной рулеткой и ее виды

С каждым днем в нашей повседневной жизни появляется все больше техники, позволяющей решать множество задач. Простые привычные в обиходе предметы сменяются более усовершенствованными инновационными новинками. Вот и традиционной рулетке нашлась современная альтернатива – лазерный дальномер. Это электронный оптический прибор, который используется для измерения длины, высоты, площади, объема, расстояний между объектами. При помощи этого оборудования замеры плоскостей выполняются с максимальной точностью. Лазерный дальномер, кроме строительной сферы, широко применяется в ландшафтном дизайне, в военной промышленности, в космической и авиационной геодезии, астрономии и других отраслях. Зная принцип работы устройства, можно использовать лазерный прибор в своих целях с максимальной эффективностью. Технологии стремительно развиваются, но и требования к качеству строительной техники постоянно растут. Современные модели измерительных приборов оснащены дополнительными полезными опциями и улучшенными рабочими характеристиками. В продаже можно встретить лазерные дальномеры с оптическим и цифровым визиром.

Какое предназначение инструмента

Лазерная линейка – еще одно название оптического прибора для измерения расстояний между предметами. Многие по привычке называют его лазерная рулетка. В любом случае, под этими именами скрывается один и тот же прибор. В основе работы устройства лежит измерение интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом отражения от объекта.

Инженерно-геодезические измерения – основополагающая строительных работ. Мероприятия проводятся задолго до начала возведения зданий и сооружений. Вопрос точности выполненных геодезических работ играет важную роль, и по итогу определяет качество и надежность построенных объектов. Вот почему в строительстве так важна точность измерений. Лазерный дальномер выполняет замеры с высочайшей точностью, а по уровню показаний значительно превосходит стандартные измерительные приборы (рулетки, мерные ленты).

Лазерный дальномер – находка для строителей. С его помощью можно:

• Быстро определить площади стен помещений, определить необходимое количество стройматериалов
• Вычислить высоту здания
• Определить максимальное и минимальное расстояние до объекта
• Вычислить угол наклона крыши
• Сохранить полученные данные или сбросить на компьютер
• Замерить удаленные объекты, не приближаясь к ним

Какой принцип работы у лазерных дальномеров

Конструктивно оптический прибор состоит из следующих элементов:

• Излучателя – излучает лазерные лучи на выбранный объект
• Приемника – принимает лазерные лучи от объекта
• Микропроцессора – конвертирует световой сигнал в цифровую величину
• Дисплея – экран, где отображаются цифровые значения

Все элементы заключены в пластиковый или металлический корпус. Последний – выходит дороже, но долговечнее. На поверхности имеются кнопки управления и ЖК-дисплей. По габаритам прибор выглядит не больше мобильного телефона. Но встречаются и совсем миниатюрные модели лазерных дальномеров, которые к тому же стоят дешевле. Работает устройство от аккумуляторных батареек. Их запаса хватает, чтобы выполнить около двух тысяч измерений.

При включении лазерного прибора и наведении его на нужный объект, электромагнитная волна генерирует лазерный луч, который отражается от исходной зоны. Тут же сигнал возвращается в приемник, после чего происходит обработка данных.

В основе работы оборудования заложен подсчет временного интервала, за который лазерный луч проходит расстояние от исходной точки до объекта, и обратно. Полученное время прохождения сигнала микроконтроллер умножает на скорость лазерного луча, затем делит эту величину пополам. Полученный результат выводится на дисплей за доли секунды в понятной единице измерения (сантиметрах, миллиметрах, дециметрах или метрах). Расстояния для электронного измерителя длины также не есть проблемой. Он с такой же точностью выдаст результаты, даже если человек находится вдали от объекта.

Виды рассматриваемых измерителей

Лазерный дальномер или рулетка, по типу обработки излучаемого сигнала, бывает двух видов:

1. Фазовый – метод измерения расстояния основан на разнице фаз между излученным и полученным сигналом
2. Импульсный – определяет время, за которое лазерный импульс проходит расстояние от объекта и обратно

Лазерный измерительный прибор, в основе которого лежит фазовый метод обработки сигналов, обладает необычайно высокой точностью измерений и пользуется спросом у геодезистов, топографов, строителей. Это дорогое профессиональное оборудование. Импульсные дальномеры более доступны в цене, потому пользуются большей популярностью.

Преимущества рулетки лазерного типа

Только представьте себе, сколько неудобств вы испытываете при использовании традиционной рулетки. Ограниченность размера полотна, вечные надломы при замерах на расстоянии, невозможность измерить дистанцию до нужной плоскости в одиночку. Чтобы зафиксировать результаты приходиться иметь под рукой калькулятор, карандаш и блокнот. Сама скорость измерения оставляет желать лучшего, а значит падает производительность работ на строительном объекте.

А что делать в том случае, если к объекту невозможно добраться обычной рулеткой ? Это могут быть аварийные здания, представляющие угрозу для жизни, опасные участки и т.д.

«Умная» рулетка поможет избежать всех этих неудобств, облегчив и ускорив процесс. Теперь не придется крепить конец металлического полотна, следить за его натяжением и контролировать, чтобы он не слетел.

Преимущества лазерной рулетки:

• Возможность проведения всех измерительных операций одним человеком, увеличивая скорость замеров
• Оперативность получения достоверных значений
• Возможность сохранения данных на внутренней памяти устройства
• Точная фокусировка на объектах
• Есть возможность приобрести устройство с различной дальностью действия от 15 м до 300 м
• Стабильная работа в жару и холод
• Широкий функционал
• Небольшие габариты и маленький вес

Есть отечественные мастера, которые создают лазерный дальномер своими руками. Самодельный прибор используют в бытовых условиях.

По каким параметрам выбирать

Как выбрать лазерную рулетку при настолько широком ассортименте ? При покупке конкретной модели нужно заранее знать ее технические характеристики и на какие задачи она способна.

Лазерный дальномер делится на два класса: бытового и профессионального назначения. Первый вариант – доступен каждому, имеет базовый набор функций, вполне подходит для домашнего ремонта и строительства. Второй класс – из разряда профессионального оборудования и его функциональные возможности куда шире. А цена – оправдана высокая. Тут уж за качество придется платить.

Но это вовсе не означает, что бюджетные модели стоит сразу «отмести» и копить средства на вариант подороже. Посудите сами, какой смысл покупать дорогущий прибор с оригинальными «примочками», если в них нет никакой необходимости. Ведь можно купить лучший лазерный дальномер для дома, не переплачивая за ненужные функции.

Критерии выбора устройства:

1. Цена – напрямую зависит от функционала и рабочих характеристик. Готовьтесь к тому, что стоимость качественных приборов будет выше. Выбор делаете вы, исходя из собственных возможностей
2. Дальность измерений – определитесь где вы будите делать замеры дальномером. Если эксплуатация предполагается только в помещении модели с дальностью измерения до 40-50 м будет вполне достаточно. Для работы на открытом пространстве следует выбирать измеритель с дальностью до 150-250 м
3. Точность показаний – если требуется прибить дома полку в ванной, погрешность измерений не так важна. Другое дело, к примеру прокладка канализационных труб, где точность показаний играет большую роль. Модели с минимальной погрешностью (-/+ 1 мм) относятся к более высокой ценовой категории.

Полезные дополнительные опции, которыми оснащаются модели «побогаче»:

• Таймер – отсрочка времени начала замеров
• Широкодиапазонный уклономер – датчик точного измерения углов наклона
• Bluetooth – для передачи данных на персональный компьютер или ноутбук с целью их дальнейшей обработки или хранения
• Расчеты по Пифагору – опция, способная выполнять более сложные автоматические расчеты
• Видоискатель – оптический усилитель, отвечающий за точную фокусировку сгенерированного лазерного луча на объекте
• Пыле– и влагонепроницаемый корпус для защиты внутренних элементов от негативного воздействия окружающей среды

Как пользоваться в помещении и на улице – отличия

Работа прибора на улице и в помещении несколько отличается. Дальномер для улицы должен оснащаться отражающей пластиной – визиром. Для работы в солнечный день не обойтись без специальных красных очков. Они помогут обнаружить лазерный луч на плоскости при ярком дневном свете. Рулетка лазерного типа для улицы чаще имеет прочный корпус, специально предназначенный для работы на открытом воздухе. Цена дальномера для дома и улицы несколько различается. Последний будет стоить немного дороже. В остальном же действия измерительных приборов – идентичное.

Погрешность большинства бюджетных моделей дальномера составляет всего ничего –  1-3 мм.

На некорректность выдаваемых показаний и увеличение погрешности влияют несколько факторов:

• Конструктивная особенность модели
• Дальность измерения (чем она больше, тем выше будет погрешность)
• Ошибки в работе с прибором

Рулетка электронного типа никакой сложности в работе не представляет. Включить прибор, нажать кнопку и наблюдать результаты на дисплее – что может быть проще. Но есть все же некоторые правила, которых стоит придерживаться:

1. В процессе замеров важно, чтобы дальномер был неподвижен. Добиться этого можно при помощи штатива
2. Следить за уровнем заряда батареи. Приборы со слабым зарядом могут негативно влиять на результат
3. Объект, на который направлен лазерный луч не должен обладать высокой (зеркало, фольга) и низкой (пластик) отражательной способностью, иначе точность выданных показаний будет под сомнением

Для чего прибору нужна поверка и калибровка

Лазерные рулетки относятся к высокотехнологичным средствам измерения, и перед началом эксплуатации подлежат процедуре поверки (аттестации). Метрологическая аттестация проводится с целью подтверждения заявленных характеристик прибора и дальнейшей его регистрации в едином государственном реестре измерительных устройств.

Это мероприятие выполняется в таких случаях:

• Прибор был только приобретен и планируется использоваться по назначению
• Если есть подозрения на некорректную работу прибора (ошибки, допущенные при хранении, транспортировке)
• По собственному желанию владельца

Поверка происходит в несколько этапов:

1. Внешний осмотр прибора, где возможно выявить все явные дефекты
2. Проверка прибора в работе – оценка эффективности его работы
3. Опробование – определяется мощность лазерного луча и его диаметр, длина волн
4. Выявление погрешности

По итогу аттестации выдается свидетельство, подтверждающее точность измерений дальномера в пределах установленной погрешности.

Процедуры поверки и калибровки носят один и тот же характер, только последняя выполняется в частном порядке по желанию владельца. Есть фирмы, предоставляющие услуги калибровки владельцам приборов, которые не внесены в государственных реестр, так же с выдачей на руки свидетельства.

Теперь вы знаете по каким критериям нужно выбирать дальномер лазерного типа, чтобы выполнять быстрые и точные замеры. Осталось найти надежного продавца, который предложит вам качественный и сертифицированный товар.

Верного помощника в точных измерениях предлагает купить онлайн-магазин Cylinder. Заказать лазерный строительный дальномер с доставкой можно, оформив заявку прямо на сайте. Листая страницы онлайн-каталога, возможно, вы найдете и другие полезные для себя товары для дома, работы и отдыха.

Делать покупки на сайте одинаково удобно с любых уголков нашей страны. Мы стараемся отправлять товары в день заказа, понимая, как для вас важно получить его как можно быстрее.

 

cylinder.com.ua

Что такое лазерный дальномер и как им пользоваться

Компактное устройство, пришедшее на смену механическим рулеткам. Способно моментально выполнять точные измерения и сложные расчеты, быстро и без помощи напарника, держащего край ленты в нужной точке. В данной теме, мы коротко и ясно расскажем, что такое дальномер, какие он имеет разновидности, конструкцию и функционал, а по завершению разбора устройства, расскажем, как им пользоваться.

Что такое дальномер

Вне зависимости от великого многообразия видов и моделей, портативный дальномер – это всегда компактное устройство с автономным источником питания, измеряющее расстояние от себя до ближайшей точки, на которую направлено. По принципу работы, все бесконтактные измерительные приборы делятся на 2 группы:

Активные – определяют расстояние до точки с помощью звукового, светового или лазерного луча, испускаемых прибором. Дойдя до ближайшего препятствия, фотоны света или звуковая волна, отражаются и направляются обратно к дальномеру. Чувствительный датчик мгновенно улавливает полученный сигнал, получая максимально точное время в микросекундах (мкс). Поскольку скорость звука и света общеизвестна ещё по школьным урокам физики, определение расстояния, сводиться к банальному делению.

Например, свет проходит 1 см за 29.2 мкс, а выпущенный нами луч, вернулся через 292 мкс. Следовательно, для получения расстояния, делим 292 на 29.2 и получаем 10 см, которые делятся ещё пополам, поскольку луч проходит один путь дважды (от излучателя и к нему). В результате такой элементарной формулы, определяется расстояние, выводимое на дисплей устройства.
Пассивные – производят вычисления на основе равнобедренного треугольника, где искомое расстояние является его высотой (h), а длина основания заведомо известна. Данный принцип с формулой расчета, представлен ниже и лежит в основе оптических, монокулярных, нитяных и стереоскопических дальномеров. Подобные устройства применяются в геодезии, охоте, спорте и туризме, где измерения начинаются от 500 метров и переваливают за 2 километра. В данной статье, дальномеры пассивного действия, представлены для ознакомления, как крупная группа измерительных устройств. В точных строительных работах, такие устройства, не используются.
Поскольку тема статьи посвящена разбору простых и компактных измерительных приборов для строительства, заострим внимание именно на них. Лазерный дальномер предназначен для исключительно точных измерений с погрешностью 1-3 мм, на 5-10 метров (в зависимости от модели). Инструмент успешно используется в строительстве, монтаже и ремонте.
Принцип действия лазерной рулетки может быть основан на импульсном или фазовом методе. Первый, вычисляет расстояние на основе времени прохождения импульса от дальномера к поверхности и обратно. Фазовый метод измерения устроен сложнее и основан на различии испускаемых и принимаемых лучей. Такие дальномеры определяют расстояние немного дольше импульсных, но получают более точные показания и стоят дешевле.

Конструкция лазерного дальномера

Имея даже поверхностное понимание, что такое лазерный дальномер, можно с уверенностью заключить, что при всем многообразии расцветок и элементов оформления, прибор практически всегда выполняется в единой концепции. Визуально и по габаритам, устройство схоже с кнопочным мобильником с лазерным излучателем на верхнем торце (где, на Nokia 1616, расположен фонарик). Правда, в отличии от разнообразных форм телефонов, корпус лазерной рулетки зачастую имеет меньше округлых или кривых граней. Ровность кирпича и полная перпендикулярность боковых граней корпуса исходящему лучу, необходима для удобства измерения.
Бюджетные устройства, зачастую оснащаются LCD-дисплеями с подсветкой, где может отображаться от одной до 4-х строк данных и различные элементы (индикатор батареи или активированная функция). Более дорогие устройства имеют жидкокристаллические дисплеи с приличной гаммой цветов, использующихся для элементов интерфейса и функции визира со встроенной камерой.
Количество кнопок на панели зависит от функционала, и составляет от 2 до 10 и более. За измерение, в большинстве случаев, отвечает центральная кнопка, выделяющаяся от остальных. Далее по распространенности идет кнопка выключения и стирания данных. На более продвинутых аппаратах, есть кнопки сохранения и загрузки измерений, сложение и вычитание, подсветка и управление многочисленными возможностями, которые разбираем ниже.

Функционал

В эпоху технологического прогресса наивно полагать, что возможности лазерного дальномера ограничатся одним лишь измерением расстояния. Даже относительно недорогие устройства включают в себя приличный арсенал формул и модулей, позволяющих определять периметр, площадь и даже объем исследуемых объектов. Простые приборы, с единственной функцией измерения, тоже встречаются, но даже в самом бюджетном сегменте попадаются все реже. Наибольшее количество возможностей сосредоточено в профессиональных дальномерах, представляющих собой сконцентрированную кладезь теорем, для разнообразных расчетов. Далее конкретно о каждой функции.
Площадь и объем могут вычисляться стандартным способом, путем измерения каждой грани прикладыванием прибора, или же из одной точки со стороны. Функция полезна для отделочных работ, поскольку значительно облегчает и ускоряет расчет количества требуемого материала.
Уровень пригодиться для самых разнообразных строительно-монтажных и ремонтных работ. Оснастка может быть выполнена в роли обычного ватерпаса, установленного на корпусе инструмента или в качестве внутреннего модуля, выводящего градус угла на дисплей.
Скобы откидного типа позволяют производить диагональные измерения из углов, где невозможно плотное прилегание корпуса дальномера. В некоторых моделях, данную функцию выполняют выдвижные штыри, располагающиеся внутри корпуса.
Сохранение данных значительно облегчают работу с большими проектами, избавляя от необходимости ведения записей в блокноте. Возможность, в любой момент, поднять десяток-другой старых замеров, может выручить как на рабочем месте, так и в магазине стройматериалов.
Передача данных на пк или смартфон, в основном осуществляется через кабель, однако все больше моделей начинают оснащаться Bluetooth-модулем. Измерения могут передаваться в стандартных текстовых форматах, или загружаться в специальные программы, где могут быть преобразованы в полноценный чертеж проекта.
Непрерывное измерение превращает дальномер в настоящую лазерную рулетку, обновляющую расстояние до цели в режиме реального времени. Функция позволяет легко отмерять части нужной длины и помогает проверять неровности покрытия.
Визир представляет собой увеличительную оптику, для точного наведения луча на расстояния более 15 метров. В профессиональных моделях, функция имеет вид камеры, выводящей на дисплей картинку с точкой прицела посередине.
Измерение высоты позволяет получить точные данные о размерах дома или длине дерева, при измерении со стороны. Достаточно отмерить расстояние от дальномера до основания, и до конечной точки. На основе полученных данных и углов, устройство рассчитывает высоту. Для максимальной точности, подобные измерения рекомендуется производить на неподвижном штативе, с использованием визира.

Как пользоваться лазерным дальномером

Первоочередная задача любого лазерного дальномера, сводиться к упрощению и ускорению процесса измерения. Производители стараются сделать эти приборы максимально удобными и интуитивно понятными, однако большинство моделей имеют уникальный дизайн со своей системой управления, требующей индивидуального ознакомления. Для облегчения изучения, каждое устройство комплектуется руководством, объясняющим, как пользоваться лазерным дальномером конкретной модели. К сожалению, не каждый мануал имеет наглядное, подробное написание на русскоязычном языке, поэтому разберем основные кнопки и команды, за которые они отвечают.
Вне зависимости от модели прибора, в его арсенале есть как минимум 2 кнопки: для измерения и для отчистки дынных, которая зачастую отвечает ещё за выключение аппарата. Чем модель более наворочена, тем объемнее клавиатура. Со сложностью появляются кнопки подсветки, сложения / вычитания результатов, нахождения площадей и объемов, сохранения данных. На устройствах с интерфейсом имеются кнопки навигации по меню. Для большей наглядности, ниже представлена инструкция на лазерный дальномер на примере 2-х разных приборов.
Главный обобщающий фактор, единственный, неизменный для всех моделей, заключается в принципе эксплуатации устройства. Нулевая точка отсчета расстояния, приходиться на нижний торец прибора. К примеру, чтобы измерить расстояние между стенами, прикладываем прибор перпендикулярно одной, чтобы лазерный луч был направлен на другую. Если требуется получить размер доски, совмещаем край инструмента с краем измеряемого объекта, с противоположной стороны которого ставим любой элемент отражения лазерного луча. Для получения площади, измеряем помещение в длину и ширину, перемножая полученные данные, а при необходимости, умножаем на высоту, для вычисления объема. Основы эксплуатации дальномера, наглядно продемонстрированы в видеоролике, приведенном ниже.

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

instrumentoria.ru

Самодельный фазовый лазерный дальномер / Habr

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, 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 10МГц, 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.

Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты.

Пример структурной схемы дальномера с гетеродином. М — генератор сигнала модуляции лазера, Г — гетеродин.

Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается.
Более подробно (с всеми нужными формулами) этот метод рассматривается здесь (на английском) и здесь (на русском).
В первой статье указывается, что если частота дискретизации сигнала (fsp) связана с частотой модуляции (fo) следующим соотношением:

где p — целое число, то процесс вычисления фазы значительно упрощается.
Достаточно взять N выборок сигнала X[i], после чего разность фаз можно вычислить по следующим формулам:

Отмечу, что оба вышеуказанных метода часто применяются вместе — низкочастотные сигналы подаются напрямую на АЦП, высокочастотные переносятся в область более низких частот за счет гетеродинного преобразования, и также подаются на АЦП.

Именно второй вариант фазометра, с использованием частоты модуляции 10МГц я и решил реализовать в своем макете дальномера.

Практика

Структурная схема моего дальномера:

Фактически, вся конструкция состоит из 3 частей — отладочной платы с микроконтроллером, усилителя сигнала лазера с самим лазером, и фотоприемника с усилителем и фильтром.
В вышеописанной теории предполагалось, что излучение лазера модулируется синусоидальным сигналом. Сформировать такой сигнал частотой 10Мгц с использованием контроллера непросто, поэтому в своей конструкции я подаю на лазер меандр частотой 10МГц. После усиления сигнала с фотоприемника от полученного сигнала отсекаются лишние гармоники полосовым LC-фильтром, настроенным на частоту 10МГц, в результате чего на выходе фильтра возникает сигнал, очень близкий к синусоидальному.

Схема аналоговой части (усилителя лазера и приемной части):

Схема была взята из проекта лазерной связи Ronja, описание на русском. В этом проекте как раз реализована передача данных со скоростью 10Mbit, что соответствует выбранной частоте модуляции.
Как видно из схемы — усилитель мощности для лазера простейший, собран на микросхеме 74HC04 (содержит 6 инверторов). Включение микросхемы не совсем корректное, но оно работает. Ток через лазер ограничивается резисторами (тоже не самое лучшее решение). Напряжение питания 5В для усилителя берется с отладочной платы.
Для того, чтобы сигнал с усилителя не наводился на остальную часть схемы, корпус усилителя сделан металлическим, все провода экранированы.
Сам лазер (красного цвета) взят из пишущего DVD-привода, его мощность можно установить достаточно высокой, и он гарантированно будет работать на частоте 10МГц.

Приемник состоит из фотодиода и усилителя, собранного на полевом транзисторе и микросхеме-высокоскоростном усилителе. Так как с увеличением расстояния освещенность фотодиода сильно падает, то усиление должно быть достаточно большим (в этой схеме оно примерно равно 4000). Кроме того, с ростом частоты заметно падает сигнал на выходе фотодиода (сказывается его емкость). Отмечу, что усилитель в данной конструкции — важнейшая и наиболее капризная часть. Как оказалось, его усиления явно не хватает. Изначально я предполагал, что коэффициент усиления можно будет менять (чтобы ослаблять сигнал при его слишком большой величине), используемая схема позволяет это делать, меняя напряжение на втором затворе транзистора. Однако оказалось, что при изменении усиления достаточно сильно изменяется вносимый усилителем сдвиг фаз, что ухудшает точность измерения расстояния, так что пришлось установить коэффициент усиления на максимум, подавая на затвор транзистора напряжение 3В с батарейки.
Приемнику для работы требуется напряжение 12В, так что для его питания приходится использовать отдельный блок питания.
Усилитель очень чувствителен к внешним наводкам, так что он тоже должен быть экранированным. Я взял готовый корпус от нерабочего оптического датчика, и разместил усилитель в нем (белая полоска — фольга для дополнительного экранирования фотодиода):

Отмечу, что наводка сигнала от лазера на приемник довольно сильно ухудшает точность измерения разности фаз, так что нужно контролировать, чтобы такая наводка отсутствовала.

LC-фильтр, используемый в дальномере — взят от приемника. Так как фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала, а АЦП отрицательные сигналы не воспринимает, то ее приходится добавлять при помощи резисторного делителя R15, R16. Постоянное напряжение, подаваемое на делитель, берется c отладочной платы (VCC).

Отладочная плата — STM32F4-DISCOVERY. Ее выбрал потому, что для формирования двух достаточно различающихся частот нужен генератор достаточно высокой частоты (PLL STM32F4 может давать частоты больше 100МГц).
В формуле, связывающей частоту модуляции и дискретизации, коэффициент «p» я принял равным 6, так что при частоте модуляции 10МГц частота дискретизации должна быть 1.6МГц.

Для формирования частоты 10МГц используется таймер TIM2, работающий в режиме формирования ШИМ сигнала. При системной частоте 160МГц его период — 16 «тиков».
АЦП получает запросы на запуск от таймера TIM2. Для формирования частоты 1.6МГц его период — 100 «тиков». Все данные от АЦП при помощи DMA сохраняются в массив, размер которого должен быть равен двойке в N степени. Оба таймера, АЦП и DMA запускаются один раз при включении и больше уже не отключаются. Таким образом, так как таймеры тактируются от одного источника, а одному периоду измеряемого сигнала соответствуют четыре выборки данных, получается, что в массив всегда попадет целое число периодов сигнала.
Так как останавливать DMA не желательно (это упрощает управление захватом данных), при заполнении первой половины массива генерируется прерывание. Обнаружив, что половина массива заполнена, контроллер копирует ее содержимое в другой массив (в целях упрощения программы вторая половина основного массива при этом не используется). После этого полученные данные обрабатываются — вычисляется средняя амплитуда и фаза сигнала, проводится пересчет фазового сдвига в расстояние.
Полученные величины выводятся на ЖК индикатор от кассового аппарата, также подключенный к отладочной плате.

Дальномер должен знать где находится начало отсчета. Для его калибровки при включении на «нулевом» расстоянии от дальномера устанавливается объект, после чего на отладочной плате нужно нажать кнопку, при этом измеренное значение дальности записывается в память, после чего это значение будет вычитаться из измеренной дальномером дальности.

Как я уже отмечал выше, реализовать автоматическое управление усилением не удалось. При этом изменение амплитуды принятого сигнала приводит к изменению фазовых сдвигов в усилителе, и следовательно, к дополнительным ошибкам.
Поэтому мне пришлось регулировать освещенность фотодиода при помощи механической заслонки, поворачиваемой сервоприводом — при слишком большой освещенности заслонка перекрывает световой поток. ШИМ сигнал для управления приводом формируется таймером TIM3.

Про оптику. Без нее дальномер невозможен. Ее конструкция хорошо видна на фотографиях ниже. Лазер находится внутри пластиковой трубки, установленной вертикально. В нее вставлена небольшая втулка с зеркальной призмой. Втулку можно поворачивать, поднимать и опускать, перемещая таким образом луч лазера. Так как я догадывался, что усиления не хватит, то для приема сигнала использовал крупную линзу Френеля.
Так так лазер, линза и фотодиод установлены соосно, то на близких расстояниях лазер закрывает от фотодиода собственный луч. Для компенсации этого эффекта я установил вторую линзу (лупа с оправой), хотя полностью эффект не устраняется, поэтому максимальный сигнал наблюдается на расстоянии примерно 50-70 см от лазера.

А вот и фотографии получившейся конструкции:

На индикаторе первое число — амплитуда в единицах АЦП, второе число — расстояние в сантиметрах от края доски.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:

Как видно, расстояние до отражателя — 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера — 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз — 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять — на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов — у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность — довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Программа контроллера: ссылка

habr.com

Самодельный сканирующий лазерный дальномер / Habr

В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.

Зачем нужен сканирующий дальномер?

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.

Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:

Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:

Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:

Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:

Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):

В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:

Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).

Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.
Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:

Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:

Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:

Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:

Вид сверху:

Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:

Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:

Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:

Расстояние	Разброс
1 м	<1 см
2 м	2 см
5 м	7 см

Стоимость изготовления дальномера:

	DIY, $	Опт., $
Основание
Пластина основания	1,00	0,50
Двигатель	0,00	1,00
Подшипник	1,50	1,00
Щеточный узел	7,50	5,00
Крепежные детали	0,00	2,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT6	5,00	4,00
Фотоприемная линейка	18,00	12,00
Остальная электроника	4,00	3,00
Плата	1,50	0,50
Объектив	2,00	1,50
Держатель объектива	1,00	0,50
Лазер	1,00	0,80
Пластиковые детали	3,00	2,00
Крепежные детали	0,00	1,00
Сборка	0,00	20,00
Итого:	45,50	54,80

В первой колонке — во сколько дальномер обошелся мне, во второй — сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше — 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов — экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП — 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode — Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:

Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести — с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе — он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:

Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

Длина стороны клетки — 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер “видит” мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

ROS позволяет объединять несколько программ (“узлов” в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую “направить” робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:

Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:

Исходные коды программы контроллера

P. S. Также у меня есть проект более простого лидара.

habr.com

Лазерная рулетка – 110 фото советов и инструкций правильного использования

И профессиональным строителям, и мастерам в быту требуется прибор для измерения размеров и габаритов разнообразных предметов и элементов конструкций зданий. Если раньше для этого использовалась обычная рулетка. Правда, она была не совсем удобной в эксплуатации, требовалось участие нескольких человек.

Более быстрые и качественные измерения можно произвести с помощью современного инструмента – лазерной рулетки.

Краткое содержимое статьи:

Конструкция приспособления

Измерения лазерной рулеткой отличаются высокой степенью точности. Даже на больших расстояниях величина отклонения полученного значения от идеального параметра крайне мала. Работы можно производить как в помещениях, так и на улице. Измеряются расстояния и в вертикальной, и в горизонтальной плоскости.

При изготовлении корпуса инструмента используется прочный пластик. Но цельнопластиковая конструкция неудобная и не совсем эргономичная. Поэтому в ней предусмотрены вставки из латекса или резины для исключения скольжения. Для линз предусмотрена система против запотевания.

Защита рулетки от пыли и грязи обеспечивается качественным и надежным чехлом. Более дорогие модели устойчивы к действию факторов внешней среды – они влагостойкие и выдерживают температурные перепады.

В процессе работы через излучатель с оптикой выходит луч. После отражения от выбранного объекта он возвращается обратно и принимается через оптический фильтр – отражатель. Преобразование светового сигнала в цифровой вид происходит в микропроцессоре, который встроен в блок лазерной рулетки.

После обработки программой электронный сигнал выводится на дисплей. На фото лазерной рулетки можно увидеть эти конструктивные особенности измерительного инструмента.

При выборе конкретной модели нужно учитывать качественные особенности программного обеспечения.

В бюджетных моделях бытового типа существует возможность измерять расстояния, производить математические исчисления с ними, рассчитывать площадь, объем, показатели высоты.

Для удобства пользования в конструкции имеется штатив, фиксирующий положение рулетки. При этом оценить точность расположения прибора можно при помощи встроенного ватерпаса. В профессиональных моделях имеется визир, который упрощает направление луча в нужном направлении, обеспечивая 10-кратное уменьшение реального расстояния.

Виды лазерных рулеток определяются сферой их применения. Бытовая разновидность рулетки производит замеры до 60 м. В профессиональных моделях предел значительно больше – до 260 м. Средние параметры длины луча 650 нанометров. При этом число точек отсчета луча может колебаться в пределах 2-4.

Дополнительные функции профессиональных приборов

Для работы на строительной площадке в различных погодных условиях может потребоваться контроль температуры. Это необходимо для оценки величины погрешности.

Производители лазерных рулеток часто оснащают свои изделия такой функцией.

Специалист может выбирать и наиболее подходящую систему измерений. Например, геодезистам понадобится ввод дополнительных математических функций.

Пользу может принести наличие панели, которая проверяет результат, и индикаторов состояния заряда аккумулятора. Удобной будет и функция отключения в автоматическом режиме.

Во многих профессиональных моделях, как гласит инструкция для лазерных рулеток, предусмотрена функция треккинга. Эта программа позволяет производить расчет расстояния при передвижении рулетки с занесением показателей в память. Подсветка экрана помогает визуально воспринимать данные в наиболее удобной форме.

Как правильно пользоваться

Наилучшие показатели работы прибора достигаются в сухих затененных, но теплых помещениях без высокого уровня запыленности. Благодаря свободному перемещению луча, погрешность будет в пределах норматива.

Если вы хотите узнать, как пользоваться лазерной рулеткой, то мы вам поможем. После включения прибора необходимо в нижней части панели выбрать число точек отсчета в пределах 2-4. Затем выбирается необходимая единица измерения, например м или куб. м.

Аппарат устойчиво ставится на штативе и направляется в сторону измерения. После пуска луча нажатием кнопки измерения он дойдет до нужного объекта с последующим возвратом на отражатель. Результат будет выведен на экран.

Для домашнего использования измерение производится достаточно просто. А вот при профессиональном исследовании на стройплощадке с большими расстояниями измерения требуется высокая мощность и прочное крепление на штативе. Так вы исключите погрешности.

Также важно соблюдать такие условия:

• не смотреть в излучатель работающего прибора;
• соблюдать чистоту при хранении и эксплуатации;
• при ярком солнце работать в солнцезащитных очках;
• не разбирать и не производить самостоятельный ремонт.

Модельный ряд

Считается, что лучшая лазерная рулетка это та, которая дает высокий результат измерения при заданной цели использования прибора. Например, модель Bosch DLE позволяет производить измерения на расстоянии до 40 м с наибольшей погрешностью 1,5 мм. Рулетка может эффективно использоваться в широком температурном диапазоне, вплоть до 10 градусов ниже нуля.

Профессиональный прибор Leica DISTO D8 300008 отличается большой дальностью работы до 200 м с ошибкой в 1 мм. Оснащен он подсветкой, индикацией, современной программой расчетов.

В Stanley TLM100 реализована идея жидкой конструкции дисплея, а Mettro Condtrol 100 отличается широкой функциональностью, например системой электронного уровня, дополнительными функциями Пифагора, возможностью запоминания измерений.

Лазерная рулетка является удобным и незаменимым инструментом при проведении ремонтных работ. Прибор компактен, удобен в пользовании, обеспечивает высокую точность расчетов размерных параметров.

Фото лазерной рулетки

Также рекомендуем посетить:

zdesinstrument.ru

как выбрать электронную (цифровую) рулетку для строительства, как работает, как пользоваться

В строительстве часто приходится сталкиваться с проблемами при измерении каких-либо параметров конструкции на её труднодоступных участках. Использование ленточной рулетки в таких случаях не будет эффективным. Лазерные дальномеры работают с гораздо большими расстояниями и величинами. Неважно, прямоугольную или трапециевидную форму имеет стена, с помощью лазерной рулетки будет просто измерить её размеры и площадь.

Устройство лазерного дальномера

Лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний. Работа этого прибора основана на следующем принципе: он посылает лазерный сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, измеряет время его прохождения и относительно него высчитывает расстояние до объекта. Большинство современных дальномеров имеет компактную форму и удобны в применении. Чтобы пользоваться таким устройством, не нужно особых умений. Лазерные измерители расстояния получили широкое распространение в астрономии, строительстве, военной отрасли и навигации. Дальномеры также применяются для топографических съёмок.

Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров

Топографический лазерный дальномер позволяет вычислять расстояние до территорий или участков земли

Навигационный дальномер помогает определять расстояние до объектов на воде

Лазерные дальномеры используют в военной отрасли для оружейных прицелов

Строительным лазерным дальномером можно определять расстояния до стен и высчитывать площадь и объём помещений

В строительстве лазерный дальномер часто используется для измерения расстояния до стен и порогов. С его помощью можно также вычислять площади помещений. Прибор нужно установить на нужную опцию, установить на рабочей поверхности и направить лазер на интересующий объект, например, противоположную стену. Для получения более точных показаний дальномер необходимо устанавливать строго перпендикулярно. Для облегчения этой задачи в строительных лазерных измерителях имеется специальный уровень с пузырьком.

Основные элементы строительного дальномера

1. Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.
2. Оптический отражатель — принимает отражённый луч.
3. Компьютерный преобразователь или микропроцессор.
4. Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.
5. Фиксатор дальномера.
6. Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.
7. Пузырьковый уровень.Пузырьковый уровень, встроенный в лазерный дальномер, позволяет устанавливать прибор ровно на поверхности

В строительных лазерных дальномерах есть блокнот и калькулятор. Прибор сам будет производить вычисления и сохранять данные в памяти.

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.

Видео: принцип работы лазерного дальномера

Применение и функции лазерного дальномера

С помощью лазерной рулетки можно рассчитать объём, вычислить площадь помещения, замерить сложные недоступные отрезки, определить длину ската крыши и угол его наклона, найти площадь стены с наклоном у потолка, а также её диагональ.

Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

1. Подсветка.
2. Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.
3. Визир — специальное устройство, приближающее точку, до которой ведётся измерение. Функция работает аналогично цифровому увеличению (зуму) на видеокамерах и особенно актуальна для работы на больших расстояниях.Визир представляет собой миниатюрную камеру, которая позволяет приблизить объект измерений
4. Дисплей с цветным экраном.
5. Измеритель температуры воздуха. Допустимые погодные условия для использования каждого прибора указаны в инструкции. В любом случае при работе на морозе необходимо дать устройству некоторое время на адаптацию к окружающей температуре.
6. Датчик для измерения наклона в пределах до 45^o. Он нужен для проведения расчёта угла ската крыши, наклона навеса и других аналогичных операций.Лазерный дальномер со встроенным датчиком измерения угла наклона позволяет вычислять расстояния на криволинейной поверхности
7. Индикатор уровня зарядки батареи.
8. Функция Bluetooth.
9. Трекинг — непрерывное измерение расстояний. При перемещении дальномера трекинг производит замеры не один, а несколько раз с определённой периодичностью и показывает получаемые результаты. Такая опция необходима для того, чтобы отмерить нужную длину конструкции или помещения.
10. Различные математические функции.

Наличие в лазерном дальномере дополнительных функций помогает более точно и удобно производить необходимые замеры и во многом облегчает работу. Но и цена таких приборов гораздо выше.

Работа с лазерной рулеткой

1. Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.
2. Включить дальномер при помощи специальной кнопки.
3. Выбрать нужную точку отсчёта. Во многих моделях для удобства встроена возможность выбора точки — от передней части корпуса прибора или от задней. Такая функция нужна для определения расстояния без учёта размеров корпуса. Некоторые устройства также оснащены специальными скобами, позволяющими проводить измерения в неудобных местах. Точку отсчёта в них можно выбрать от края корпуса либо от самой скобы.
4. Выбрать необходимые единицы измерения.
5. Начать измерения, нажав функциональную кнопку.
6. Просмотреть результат на дисплее прибора.Лазерный дальномер позволяет определить длину, ширину и высоту помещений, а также автоматически посчитать его площадь и объём

Например, если нужно определить расстояние от одной стены до другой, необходимо провести следующие действия:

1. Установить прибор на одной стене.
2. Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.
3. Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.
4. Включить функцию начала замеров.
5. Посмотреть полученные результаты на экране.Для того чтобы измерить необходимое расстояние, нужно приложить прибор к стене и нажать функциональную кнопку — все остальные действия прибор произведёт сам

Для получения более точных расчётов не рекомендуется держать прибор в руках при измерении. Запрещается направлять лазерный луч прибора в лицо, потому что он может обжечь сетчатку глаза.

Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

Правила эксплуатации дальномера

1. Лазерную рулетку следует эксплуатировать согласно технической инструкции.
2. Нельзя допускать попадания влаги и грязи в прибор, а также перегрева и переохлаждения дальномера.
3. Необходимо беречь прибор от падения и ударов.
4. Проводить ремонт дальномера следует только в специальных мастерских.
5. Хранить лазерный дальномер рекомендуется в специальном чехле.

Рекомендации по выбору лазерной рулетки

1. Каждый лазерный дальномер имеет определённый диапазон расстояний. При выборе рулетки необходимо знать, какие приблизительные размеры вам надо будет определять. Приобретать рулетку следует с несколько большей максимальной дальностью, чтобы был хотя бы небольшой запас.
2. Чем мощнее микропроцессор дальномера, тем быстрее и точнее анализируются данные. Но если лазерная рулетка нужна для несложных измерений в быту, будет достаточно самой простой модели, иначе вы переплатите деньги за функции и способности прибора, которыми не будете пользоваться. Простые рулетки настроены только на измерение расстояния. Приборы с мощным микропроцессором и улучшенным программным обеспечением могут производить множество расчётов с применением сложных геометрических формул (площади, объёма, углов и т. д.).Современные лазерные дальномеры с мощными процессорами позволяют рассчитывать расстояния до объектов, площади и объёмы помещений и переводить результат в разные системы единиц
3. Лазерную рулетку лучше приобретать с надёжным штативом, если в корпусе прибора есть крепёжная резьба. Для произведения расчётов в комнатных условиях достаточно будет неподвижно зафиксировать прибор на полу, у стены или на предмете с ровной поверхностью. Если при измерении дальномер плотно зафиксирован, то погрешность в расчётах сведётся к минимуму.
4. При покупке важно учитывать тип элементов питания дальномера. Не стоит приобретать прибор со встроенным аккумулятором, так как по истечении ресурса заменить его будет сложно. Лучше остановить выбор на рулетке, работающей от батареек.

Видео: обзор лазерного дальномера ЛДМ-70

Дополнительные функции дальномера

1. Функция измерения площади полезна во время ремонта, когда требуется рассчитать необходимое количество материала. Нужно включить специальную опцию дальномера (кнопка обычно имеет обозначение в виде плоской и объёмной фигуры, они символизируют измерение площади и объёма соответственно) и измерить все стороны помещения. Далее аппарат проведёт расчёты путём умножения сторон и выдаст результат на дисплее. С помощью этой функции можно определить площадь пола, стен и потолка.Выбор режима вычислений производится при помощи специальной кнопки с изображением плоской и объёмной фигуры
2. Измерение объёма проводится аналогично измерению площади. При нахождении объёма помещения сначала замеряются стороны пола, затем высота. Прибор анализирует полученные данные и вычисляет объём комнаты. Эта опция дальномера полезна, например, при выборе кондиционера, когда нужно знать объём расходуемого в помещении воздуха.
3. Выдвижная скоба. Для проведения измерений из неудобных точек некоторые модели дальномеров оборудованы специальной скобой. Например, для определения размера комнаты по диагонали можно упереть прибор скобой в один из углов и включить необходимый режим. Для получения точного результата нужно назначить точкой отсчёта начало скобы.
   В современных дальномерах скоба может фиксироваться в нескольких положениях, чтобы можно было максимально просто проводить измерения из неудобных точек
4. Трекинг. Если нужно отмерить определённое расстояние от стены, например, для того, чтобы возвести перегородку, нужно воспользоваться функцией трекинга. Некоторые строительные модели лазерных рулеток оснащены режимом непрерывного измерения расстояния. Для нахождения нужного отрезка таким способом потребуется включить прибор и перемещать его вдоль выбранной линии до получения искомого расстояния.
5. Некоторые лазерные дальномеры оснащаются функцией поиска минимальных и максимальных расстояний. С её помощью также можно вычислить точную диагональ помещения. Для этого необходимо установить прибор в одном углу, а луч направить на противоположный угол комнаты, стараясь попасть в границу между стенами как можно точнее. Рулетка произведёт серию измерений и найдёт максимальное значение, которое и будет искомой диагональю. Таким же способом проводится и поиск минимального расстояния.
6. Измерение сторон стены в форме трапеции — ещё одна опция некоторых современных лазерных рулеток. Для этого необходимо включить нужный режим и измерить три стороны стены, расположенных под углом 90^o друг к другу. Далее дальномер с помощью полученных данных автоматически произведёт расчёт четвёртой стены и выведет результат на экран.Одну из сторон трапеции (например, длину ската кровли) лазерный дальномер может рассчитать по трём остальным сторонам
7. Косвенный метод измерения расстояний — функция теоремы Пифагора. Позволяет определить расстояния и длины отрезков на труднодоступных участках. Допустим, нужно измерить расстояние от пола до шурупа в стене. Сначала выбираем начальную точку на небольшом расстоянии от стены на полу и измеряем расстояние от неё до стены. Затем направляем точку лазера на шуруп. Отрезок от рулетки до стены будет являться катетом, а длина от прибора до шурупа — гипотенузой. При включении рассматриваемой опции прибор автоматически произведёт вычисления, найдёт второй катет треугольника и выдаст, на какой высоте от пола находится шуруп.
8. В солнечную погоду удобно пользоваться специальными очками. Они имеют красный или зелёный цвет стекла в зависимости от цвета луча лазера. Эти защитные стёкла оснащены световым фильтром, который приглушает все остальные цвета, кроме своего, тем самым позволяя легко находить точку отражения луча.Световой фильтр в очках приглушает все цвета, кроме своего, поэтому, например, в красных очках намного проще увидеть луч красного лазера

Видео: измерение площади непрямоугольных стен лазерным дальномером

Сделав правильный выбор лазерной рулетки, можно во многом облегчить работу. С использованием лазерного дальномера будет возможно вычислить любые нужные длины и площади. Несмотря на множество проводимых вычислительных операций, такой прибор прост для использования и не требует никаких особых знаний или навыков.

tehznatok.com

Лазерная рулетка: принцип работы, устройство, возможности, выбор

Читайте в этой публикации:
Лазерная рулетка: устройство и принцип работы
Как выбрать лазерную рулетку: возможности решают все
Как выбрать лазерный дальномер: на что обратить внимание

Семь раз отмерь – один отрежь. Так гласит народная мудрость, позволяющая выполнять работы по изготовлению чего-либо точно и без погрешностей. Именно для этого и был создан такой измерительный инструмент, как рулетка – за время своего существования она претерпела ряд значительных изменений. В старину она представляла собой обычную палку-мерялку, в век механики она приобрела вид скрученной ленты, а в наш век электроники она представляет собой небольшой приборчик, работающий по принципу отражения сфокусированного светового потока (лазерного луча). Лазерная рулетка отличается высокой точностью и широкими возможностями, о которых пойдет разговор в данной статье. Вместе с сайтом stroisovety.org мы разберемся с устройством и принципом работы данного измерительного инструмента, изучим его возможности и критерии выбора.

Как выбрать лазерную рулетку фото

Лазерная рулетка: устройство и принцип работы

Принцип работы лазерного дальномера (рулетки) довольно простой и основан он на способности твердых тел отражать сигналы различного типа – практически так же работает и масса других подобных приборов. Например, эхолот или металлоискатель – разница между ними заключается только в типе используемого излучения. В случае с дальномером используется сконцентрированный световой поток, именуемый лазерным лучом. Специальный излучатель рулетки выпускает луч, который отражается от твердого тела и возвращается назад – отражение улавливает приемник и на основе задержки во времени между выпущенным и принятым сигналом рассчитывается расстояние. Погрешность при этом, в зависимости от расстояния до цели, может составлять максимум 1мм.

Как устроена такая рулетка? Стандартно она представляет собой набор следующих компонентов.

1. Корпус. В большинстве случаев пластиковый, с противоскользящими и противоударными вставками. Как правило, защищает само устройство от проникновения пыли и влаги.
2. Лазерный излучатель – в серьезных профессиональных инструментах дополняется оптикой с защитой от запотевания.
3. Приемник (он же оптический фильтр). Служит для приема отраженного сигнала. Также оборудуется защищающей от запотевания оптикой.
4. Преобразователь сигнала. Конвертирует световой сигнал в цифровой сигнал.
5. Дисплей для вывода данных измерения. Как правило, черно-белый, жидкокристаллический.
6. Блок управления – рабочая плата, запрограммированная в особый режим работы. Именно она отвечает за все расчеты и вообще полностью за адекватную работу лазерного дальномера.

   Лазерные дальномеры рулетки фото

Кроме всего прочего, строительный лазерный дальномер укомплектовывается и различными вспомогательными приспособлениями – например, профессиональные модели измерителя комплектуются оптическим прицелом, без которого не обойтись в процессе измерений на большие расстояния. К слову говоря, профессиональные модели лазерной рулетки могут работать на расстоянии до 250м – зрительно (без оптики) правильно определить наводку луча человек физически не в состоянии. Также зачастую применяется штатив, различные пузырьковые уровни и многое другое. В общем, по итогу профессиональное оборудование данного типа может представлять собой полноценный измерительный комплекс.

Как выбрать лазерную рулетку: возможности решают все

Современная измерительная лазерная рулетка может многое, но самое важное из того, что она может делать, это производить точные измерения на определенном расстоянии. Именно на определенном, так как у каждого инструмента имеется свой предел – так называемая дальнобойность. В зависимости от нее, рулетки данного типа разделяются на бытовые и профессиональные – первые способны производить измерения на расстояниях максимум до 60мм, а дальнобойность вторых достигает 250м. Мало того, и тот и другой класс лазерных измерителей расстояний имеет свои ограничения – рулетки производятся с определенной дальностью. Самая «короткая» из них работает на расстоянии до 18м. Дальше они могут иметь различия в дальнобойности с шагом в 10м – чем больше у рулетки этот показатель, тем ее стоимость выше.

Это не единственная возможность инструмента данного типа. Кроме этого, электронная лазерная рулетка может делать и следующие вещи.

1. Сохранять в памяти сделанные измерения и посредством средств коммуникации передавать их на компьютер – в большинстве случаев здесь используется проводное соединение.
2. Производить расчеты площади, объема и даже периметра – складывать их или вычислять разницу. В большинстве случаев касательно строительства именно к этому и сводятся все производимые измерения.
3. Производить косвенные вычисления, используя теорему Пифагора. Довольно важная функция в процессе измерений объектов, к которым нет прямого доступа. К примеру, стоя перед зданием и направляя луч рулетки в его стену, измеритель достаточно легко, а главное с высокой точностью, может определить его высоту.
4. Вычисление диагоналей – функция именуется «Поиск максимального расстояния». А измерение диагоналей – это лишь ее приятное приложение.
5. Серьезные дальномеры могут оборудоваться даже автоматическим режимом работы, при котором замерщику приходится только ходить и устанавливать специальные мишени в необходимых местах.

   Лазерная рулетка фото

Как ни странно, это еще далеко не все возможности современных лазерных дальномеров – по большому счету, они могут быть дополнены любыми вычислительными программами, которые в быту и в некоторых сферах строительства могут оказаться лишними. Именно по этой причине и существует стандартная комплектация, включающая в себя описанные выше возможности инструмента. Следует понимать, что чем больше возможностей имеет лазерная строительная рулетка, тем больше денег придется выложить за инструмент.

Как выбрать лазерный дальномер: на что обратить внимание

По большому счету, критериев выбора лазерной рулетки не так уж и много – как говорится, их можно сосчитать на пальцах одной руки.

1. Необходимая дальнобойность. Переплачивать деньги и приобретать рулетку с максимальной дальностью инструментов смысла нет никакого. Если инструмент приобретается для бытового использования дома, то можно останавливать выбор на минимальной дальности. Также измерения на большие расстояния не производятся и в процессе выполнения квартирного ремонта – здесь, конечно, можно взять небольшой запас в пределах десяти-двадцати метров максимум.
2. Точность измерений. Она зависит от двух факторов – от заводских установок и качества самой рулетки. К примеру, китайская продукция данного типа стоимостью до 20$ не то что точно измерять не умеет, а противоречит сама себе – одно и то же расстояние при каждом измерении показывает разным. Здесь следует быть очень осторожным при выборе.
3. Функционал. Выбор здесь большой, и человеку придется определиться с самыми важными вещами – как и говорилось выше, наличие определенной функции в инструменте влечет за собой повышение его стоимости. Для бытовых нужд и в процессе ремонта квартир и домов вполне нормально обходиться базовыми комплектациями (это измерение и вычисление площади, периметра и объема).

   Электронная лазерная рулетка фото

Это что касается основных моментов выбора, кроме которых существуют и другие, так сказать, не менее важные. К примеру, если планируете часто пользоваться измерителем, то не лишним будет обратить свое внимание на эргономичный дизайн дальномера – как минимум он должен быть удобным в эксплуатации. Если измерения производятся на строительных объектах, то наличие мягкого резинового буфера лишним не окажется – защищенная от ударов при падении рулетка прослужит намного дольше. Естественно, производитель, от которого в полной мере зависит качество продукции – лучше отдать предпочтение дальномеру от известного производителя. Особенно если вы приобретаете его для ежедневного использования.

И в заключение темы о том, как выбирается лазерная рулетка, скажу несколько слов по поводу дополнительной комплектации – в некоторых ситуациях без нее не обойтись. Речь идет как минимум о штативе с возможностью установки площадки в уровень горизонта – на больших расстояниях отклонение от мишени даже на десяток сантиметров влечет за собой большую погрешность. Также на точность измерений оказывает влияние и дрожание руки. В общем, до 60 метров вполне реально обойтись без штатива, а вот при измерениях на большие расстояния он нужен обязательно.

Автор статьи Александр Куликов

stroisovety.org