Лазерный дальномер схема. Берем в руки дальномер, когда важно точное расстояние

Без чего невозможно даже представить любые строительные или ремонтные работы, независимо от масштабности и уровня сложности – это без проведения измерений и без выполнения разметки. Точность и аккуратность таких операций всегда становятся залогом качества и долговечности получаемого результата. Поэтому измерительный инструмент всегда является безусловной важной составляющей инструментального арсенала любого хозяина дома или квартиры.

Одним из базовых измерений всегда является определение расстояний и линейных размеров объектов. Уже эти величины, в свою очередь, становятся исходными для расчётов, например, площадей и объемов . С давних пор для этих целей, помимо обычных линеек, использовался шнур с нанесенными на него отметками, соответствующий единицам длины. Привычная рулетка - это такой же инструмент, только вместо шнура применена металлическая, матерчатая или пластиковая лента с нанесенной шкалой. Вполне удобно и точно, но если измеряемые расстояния небольшие, или если при выполнении промеров есть помощник. А вот в одиночку, да на значительных длинах – приходится «дробить» измеряемый участок на более мелкие, что, безусловно, сказывается и на времени выполнения работ, и на их точности.

Иное дело, если в распоряжении есть компактный и точный прибор – лазерный дальномер (или, как его еще часто называют – лазерная рулетка). Выполнение измерений занимает считаные секунды, а точность получаемых результатов – выше всяких похвал. Кроме того, современные инструменты такого типа нередко имеют и дополнительную функциональность – позволяют быстро провести необходимые расчёты, так сказать, в «полевых условиях». Разнообразие представленных в продаже моделей – весьма широкое, поэтому перед приобретением будет нелишним получить информацию – лазерный дальномер какой лучше.

На чем основана работа лазерного дальномера

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

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

Так оно и получилось, но значительно позднее.

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

По форме большинство современных лазерных строительных дальномеров во многом напоминают мобильные телефоны начала 2000-х годов . То есть они в достаточной степени компактны, легко помещаются в кармане рабочей одежды, ими совсем нетрудно пользоваться в условиях строительства или домашнего ремонта.

Как правило, корпус прибора исполнен из ударопрочного пластика, имеет удобные для удержания в ладонях формы. Так как дальномер рассчитан на работу в условиях строительства или ремонта, то есть при возможном сильном запылении и в любую погоду, предусматривается очень серьезная защита корпуса – обычно не ниже IP-44. Специальные амортизирующие эластичные накладки на корпусе предохраняют прибор от поломок при случайном падении.

Внутри корпуса расположен сам генератор светового импульса (лазер), оптическая схема передачи и приема сигнала, микропроцессорный блок, запрограммированный на измерение расстояний и выполнение ряда других полезных функций.
Мало кому в голову, должно быть, придет идея разбирать этот прибор, так что ограничимся его внешним устройством.

На фронтальном торце прибора всегда видны «окошки» излучателя импульсов и фотоприемника. Там же в некоторых моделях может быть расположена и компактная видеокамера оптического визира.

На лицевой панели дальномера расположен дисплей, на котором высвечиваются текущие установки прибора и результаты проведенных измерений. Обычно применяется монохромная жидкокристаллическая индикация, хотя можно встретить приборы и с цветными дисплеями, хотя это, честно говоря, видится излишеством.

Около дисплея расположены кнопки управления дальномером. Среди них, безусловно, всегда выделяется кнопка пуска, то есть проведения замера. Но большинство современных лазерных рулеток оснащены еще целым рядом интересных полезных функций – доступ к ним или программирование прибора на определенный режим работы также производится с помощью кнопок, а порядок действий подробно излагается в прилагаемой инструкции.

Встречаются приборы и с сенсорными «кнопками», вынесенными на дисплей. Правда, насколько удобно будет с ними работать загрязнёнными руками, что часто случается в процессе ремонта или строительства – не совсем понятно.

Для точной наводки прибора, если измерения проводятся на больших расстояниях, или из-за особенностей освещенности объекта точка лазера может стать незаметной, могут быть предусмотрены дополнительные возможности, позволяющие направить луч точно в цель. Так, некоторые дальномеры имеют оптический визир, подобный тому, что мы привыкли видеть на фотоаппаратах. Визир может быть встроенным или съемным . Также может различаться степень оптического приближения объекта в визире. Если в приборах профессионального класса, рассчитанных на измерения больших расстояний, приближение может доходить до 12 крат, то в более простых моделях визиры попроще, с 6÷8 кратным увеличением.

Еще «круче» исполнены некоторые современные модели. На дисплей таких приборов через встроенную видеокамеру может выводиться изображение объекта, до которого определяется дальность, с прицельным перекрестьем, позволяющим точно выполнить указание нужной точки.

На корпусе многих моделей с тыльной части предусматривается откидной или выдвигающийся упор (скоба или штырь). Это – очень удобна опция, позволяющая проводить измерения длины от труднодоступных точек. Например, можно упереть дальномер в угол между стенами, чтобы промерить диагональ и т.п .

Многие дальномеры оснащаются резьбовой втулкой или другим механизмом, позволяющим фиксировать прибор, например, на штативе, чтобы с большой точность проверять расстояния в разных правлениях из одной точки.

На корпусах приборов часто предусматриваются пузырьковые уровни, позволяющие правильно расположить дальномер по вертикали или горизонтали.

Устройство может быть снабжено портом для кабельного подключения к компьютеру, иметь слот для карты памяти.

В нижней части корпуса обычно располагается батарейный отсек или гнездо разъема для подключения зарядного устройства (если питание осуществляется от встроенных аккумуляторов).

В комплект прибора могут входить чехол и ремни для более безопасного пользования прибором. Хорошим приложением к набору могут быть специальные мишени, позволяющие максимально точно установить точку промера длины, например, если она пока еще не задана каким-либо объектом, способным отразить световой пучок (часто бывает при разбивке участка на местности).

Критерии оценки лазерного дальномера при выборе

Разнообразие представленных в магазинах лазерных дальномеров – довольно широкое. И чтобы не переплачивать лишнее или не столкнуться с недостаточностью встроенного функционала прибора, необходимо заранее иметь четкое представление об области его применения.

Для проведения масштабных строительных работ на участке, связанных с разбивкой и разметкой территории, привязкой объектов и т.п ., по всей видимости, имеет смысл приобретать прибор с упором на максимальную дальность измерений. Так, многие дальномеры профессионального или полупрофессионального класса (разделение – в достаточной степени условное) могут работать на дистанциях свыше 40÷50 метров. Если же потенциальный владелец собирается использовать прибор для проведения внутреннего ремонта, то гнаться за дальностью нет никакого смысла. Достаточно будет показателей и менее 40 м .

А вот точность проводимых измерений важна всегда. Особенно, если лазерная рулетка будет применяться, например, для точной подгонки деталей мебели или монтажа сантехнических развязок, где в расчет всегда принимается каждый миллиметр.

Чем меньше погрешность – тем лучше. Высокой точностью обладают приборы, у которых отклонения показателей не превышают 1÷1,5 мм. Большинство наиболее доступных по цене лазерных рулеток дает погрешность до 3 мм. А вот если этот диапазон больше, то прибор особо точным назвать уже нельзя, и следует задуматься, нужны ли вам такие измерения со столь значительными ошибками. .

Большинство дальномеров доступного ценового диапазона оснащены лазерами второго класса, с красным свечением. Цвет никоим образом не сказывается на точности измерений, но вот при ярком освещении точка становится малозаметной. Кроме того, прямое попадание в глаз на близком расстоянии таким лучом может привести к ожогу роговицы.

Зеленый луч от лазера первого класса не таит подобной опасности, и более заметен даже при ярком солнце. Правда, дальномеры с таким лазером пока встречаются нечасто, и стоят намного дороже.

Обязательно стоит оценить корпус прибора. Уже говорилось, что класс защищённости должен быть не менее IP44 , и чем выше этот показатель, тем лучше. Это позволит работать и в условиях сильной запылённости, и под дождем . Эластичные накладки помогут сберечь дальномер, если вдруг он будет выронен из руки. Приборы в ударостойком корпусе не теряют своей работоспособности при падении на жесткое основание с высоты одного-двух метров.

Но, понятно, лучше не ронять. Для этого многие модели оснащаются специальными ремешками, зажимами для ношения в кармане, поясными чехлами.

Важное качество любого прибора, используемого в строительстве – это диапазон его рабочих температур. То есть он должен одинаково хорошо функционировать и на пике летней жары, и в морозную зимнюю погоду. Этот параметр обязательно указывается в техническом паспорте изделия.

В идеале, дальномером должно быть удобно работать в мороз, не снимая печаток или рукавиц, то есть управляющие кнопки должны быть достаточно крупными . Есть еще один нюанс – резиновые кнопки могут задубеть на морозе и потерять эластичность. Так что разумнее приобретать для таких целей дальномер с силиконовыми кнопками.

При работе в холодное время года «бичом» становится запотевание оптики. Поэтому следует выбирать дальномер, в котором применены линзы, избавленные от этого недостатка.

Дальномер должен быть удобен для хозяина. Следует оценить, как он «лежит в руке», насколько удобно будет нажимать кнопку пуска в сложных положениях.

Сложно сказать, является ли достоинством чрезмерная компактность и малый вес прибора. Порой случается так, что слишком миниатюризированный и легкий лазерный дальномер, напротив, усложняет проведение измерений, так как чутко реагирует даже на совсем незначительное подрагивание руки. Безусловно, во всем должна быть разумная мера – слишком крупный и тяжелый прибор тоже будет крайне неудобен.

Если предполагается проведение большого количества измерений из одной «базовой» точки, то следует выбирать прибор, у которого предусмотрена возможность неподвижной установки на поворотный штатив.

Нелишним будет сразу уточнить, какие элементы питания и в каком количестве обеспечивают работу прибора. Иногда указывается и продолжительность работы на комплекте батарей. Если лазерный дальномер работает от встроенного аккумулятора, то в комплекте обязательно должен быть соответствующий адаптер для зарядки от сети.

Чтобы максимально долго сохранить потенциал источников питания, многие лазерные дальномеры оснащены функцией автоматического отключения при простое. Например, если измерения не проводились в течение минуты, питание будет отключено. Длительность паузы может быть разная, и нередко ее можно установить самостоятельно в предварительных настройках.

Удобно, если на экране прибора имеется индикатор уровня заряда источника питания.

Простейшие дальномеры рассчитаны только на измерения расстояния от одной точки отсчёта, которой в большинстве случаев вступает задняя торцевая сторона корпуса. То есть прибор прикладывается к поверхности, от которой необходимо осуществить промер, а затем нажимается кнопка пуска.

В более совершенных дальномерах предусматривается возможность проведения замеров от нескольких точек отсчета по выбору. Например, четыре точки: от задней или передней торцевых сторон, от точки крепления прибора к штативу, от откинутого или выдвинутого упора. Кстати, в некоторых моделях при открытии этого упора переключение в нужный режим измерения происходит автоматически.

Современные лазерные дальномеры представляют собой целый «вычислительный комплекс», позволяющий не просто определять расстояния, но на базе этих значений еще и проводить целый ряд необходимых расчетов :

— Для такого прибора не составит труда быстро и точно выдать значения площади и объема помещения. Причём , площади нередко можно подсчитывать и для фигур, расположенных под уклоном (например, скаты кровли).

— Встроенная функция «Пифагор» дает возможность определения длины стороны треугольника, которую промерить обычным порядком невозможно или крайне затруднительно. Например, можно определить высоту объекта, примерив расстояние до его основания и верхней точки. Или, скажем, вычислить необходимое расстояние до объекта, если прямая видимость до него ограничена какой-либо временной или постоянной помехой.

— Удобна функция разделения расстояния на заданное количество отрезков равной или починяющейся какой-то пропорции длины. Например, так будет проще точно расположить столбы забора или фундамента, направляющие обрешетки и т.п .

— Хорошей помощью станет функция дискретного определения дальности (трекинга ). Это означает, что дальномер будет проводить измерения с определенным небольшим интервалом при перемещении направления лазерного луча. Появляется возможность, например, найти дальность до внешнего или внутреннего угла, когда точно «прицелиться» нет возможности или очень сложно.На дисплее по выбору будет показано минимальное или максимальное значение изо всех полученных при таком «прощупывании» объекта.

— Промеренные показания и вычисленные значения могут заноситься в ячейки внутренней памяти дальномера или записываться на SD-карту. Можно приобрести прибор, который будет в автоматическом режиме передавать данные по протоколу Bluetooth на мобильное устройство. Нередко предусматривается и кабельное подключение к компьютерам для обмена полученной информацией.

— Позволяют некоторые приборы проводить и угловые измерения – для этого они оснащены функцией уклономера. То есть после выставления дальномера в штативе и выверки его горизонтальности, можно точно просчитать угловые величины высот расположенных рядом объектов. Это еще больше расширит возможности прибора для «полевых» работ и при разметке под отделку.

Следует оценить при выборе информативность дисплея, его понятность для быстрого восприятия. Не поленитесь сразу проверить, насколько ясно написана инструкция по эксплуатации, чтобы затем не пришлось искать ответы в интернете или осваивать работу с прибором «эмпирическим» путем , то есть методом «проб и ошибок».
Недостаток отдельных моделей – показания очень трудно считываются или становятся и вовсе не видны в ясную солнечную погоду или в сумерки. Поэтому предпочтительнее для таких условий работы иметь дальномер с подсветкой экрана.
Про комплектность уже упоминалось выше. Но все же нужно добавить еще пару пунктов.

— Точность измерений зачастую зависит и от состояния поверхности объекта, до которого определяется дальность. Так, она может обладать слишком высокой поглощающей или рассеивающей способностью, затрудняющей отражение луча. Или, наоборот , свои «коррективы» может внести зеркально отполированная поверхность. Чтобы не пришлось ничего придумывать по ходу работы, лучше иметь штатную мишень. Она обычно двусторонняя, с продуманной контрастной окраской сторон. При измерении на небольших дистанциях (до 40 метров) чаще применяют светлую мишень, и наоборот.

— А чтобы след лазерного луча был лучше заметен в неблагоприятных условиях, нередко в комплект входят очки со специальным светофильтром. Если в комплекте их нет, то можно приобрести и отдельно – стоят они не так дорого.

Наконец, одним из важных критериев выбора всегда является марка изделия. Предпочтение, безусловно, стоит отдавать проверенным брендам, пользующимся непререкаемым авторитетом в этой сфере. К таковым можно отнести приборы компаний «Leica» , «Bosch» , «DeWalt» , «Makita» , «AEG» . Отличные дальномеры по довольно приемлемой цене предлагают фирмы «Condtrol» , «ADA» , «Hammer» , «ADA» , «RGK» , «STABILA» , «Skill» . Интересно, что весьма неплохие результаты в работе показывают и китайские изделия различных компаний. Но у них, как правило – общая беда, заключающаяся в практически полном отсутствии гарантийных обязательств и возможности сервисного обслуживания . То есть, они исправно служат неизвестно сколько (как повезет ), а потом их лучше заменить - благо, цена невысока.

Кстати, если выбирается «брендовое» изделие, то имеет смысл сразу же в магазине уточнить и условия гарантии, и наличие в непосредственной близости фирменных сервисных центров.

А теперь - давайте проведем небольшой «экскурс» по моделям лазерных дальномеров, завоевавшим наибольшую признательность пользователей в 2017 году.

Краткий обзор топ-моделей лазерных дальномеров (2017)

Чтобы не вносить путаницы, разобьём рейтинговые модели на две подкатегории. Первая из них – это дальномеры, в основном предназначенные для работы в помещениях, то есть с относительно небольшими показателями измеряемых расстояний. Во второй – приборы, позволяющие успешно проводить работы на местности.

Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

«BOSCH DLE 40»

Один из безусловных лидеров по популярности среди приборов такого класса.

«Bosch DLE 40» — модель пользуется чрезвычайно высокой востребованностью у широкого круга потребителей

Основные характеристики прибора:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 635 нм;

40 м .

— Количество точек отсчета - две.

— от — 10 до +50 градусов .

— Время измерения - 0,5 с.

— Элементы питания - 4 батарейки типа ААА .

— Габариты - 100×58×32 мм.

— Масса - 180 г .

объема , расчетов треугольников .

— Примерная стоимость - 6200 руб.

— Высочайшая надежность в любых условиях работы.

— Экономное расходование питания.

— Удобный корпус с эластичными накладками, не выскальзывающий даже из мокрых рук.

Недостатки:

— При ярком солнечном свете не особо хорошо видны показания дисплея. Не помешала бы дополнительная подсветка.

— Именно на этой модели – нет пузырькового уровня.

«Makita LD030 P»

Компактный лазерный дальномер с ограниченным количеством функций и невысокой стоимостью

Характеристики прибора:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 635 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 30 м .

— Точность измерений - ± 1,5 мм.

— Количество точек отсчета - две.

— Температурный диапазон эксплуатации - от — 25 до +50 градусов .

— Резьбового гнезда под штатив нет.

— Элементы питания - 2 батарейки типа ААА, которых должно хватить на 5000 измерений.

— Габариты - 115×53×25 мм.

— Масса - 90 г.

— Набор функций: единичные измерения дальности, вычисления площади, трекинг (дискретные измерения)

— В комплекте – удобный поясной чехол.

— Примерная стоимость - 4100 руб.

Отмеченные достоинства:

— Удобная для работы компоновка.

— Отсутствие «перегруженности» кнопками управления, простой алгоритм работы.

— Крупные символы на дисплее и хорошая подсветка – показания легко снимаются, в том числе в солнечную погоду или в условиях недостаточно видимости, и людьми с пониженным зрением

— Доступная цена.

Высказанные замечания:

К сожалению, при столь «громком» бренде – весьма высокий процент рекламаций, видимо, по причине лицензионной сборки. Гарантийные обязательства соблюдаются неукоснительно, но тем не менее…

Цены на лазерный дальномер Makita

лазерный дальномер Makita

«Condtrol X2 Plus»

Многофункциональный лазерный дальномер среднего ценового диапазона

Основные характеристики модели:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 650 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 60 м .

— Количество точек отсчета - три, с учётом откидывающейся скобы для измерения из углов.

— Системы измерения - метрическая и дюймовая .

— Габариты - 110×43×26 мм.

— Масса - 70 г.

— Набор функций для вычисления площади, объема , расчетов треугольников , разбивки на отрезки, трекинг.

— В комплекте – чехол.

— Примерная стоимость - 4400 руб.

Указанные достоинства:

— Хороший функционал ;

— Вполне доступная цена.

— Оригинальный внешний вид и удобный для восприятия дисплей.

Высказанные претензии:

— Прибор слишком «теплолюбивый» - даже при небольшом морозе начинаются сбои в работе.

— Скошенный книзу корпус затрудняет стабильное вертикальное положение дальномера при промере расстояния верх.

Кнопки расположены слишком близко, и при работе в рукавицах это создает немалые трудности.

— Скорость измерений оставляет желать лучшего – получения результата приходится дожидаться больше секунды.

«ADA Cosmo MINI А00410»

Надежный и точный на небольших дистанциях лазерный дальномер.

Характеристики лазерного дальномера:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 650 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 30 м .

— Точность измерений - ± 3 мм.

— Количество точек отсчета - две;

— Температурный диапазон эксплуатации - от 0 до +40 градусов .

— Элементы питания - 2 батарейки типа ААА.

— Габариты - 107×428×24 мм.

— Масса - 110 г.

— Набор функций для вычисления площади, объема , расчетов треугольников , трекинг .

Преимущества модели:

— Хороший, но не избыточный набор функций.

— Компактные размеры, ударопрочный корпус с классом защиты IP54 .

— Очень простой и удобный алгоритм работы. Всего три кнопки.

— Легко считываемые показания дисплея.

— Хорошо заметный луч лазера.

— Суперпривлекательная цена за подобную функциональность

Недостатки:

— Не самые выдающие показатели точности – погрешности 3 мм иногда становится многовато.

— Не рассчитан на отрицательные температуры.

— Нет чехла в комплекте.

— Есть претензии ко внятности прилагаемой к дальномеру инструкции по эксплуатации.

«RGK D30»

Несложная в обращении лазерная рулетка с минимальным набором необходимых функций и высоким пользовательским рейтингом.

Характеристики модели:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 6390 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 30 м .

— Точность измерений - ± 2 мм.

— Количество точек отсчета - одна.

— Температурный диапазон эксплуатации - от 0 до +40 градусов.

— Системы измерения - метрическая и дюймовая .

— Время измерения - от 0,5 до 4 с.

— Элементы питания - 2 батарейки типа ААА.

— Габариты - 110×43×24 мм.

— Масса - 69 г.

— Набор функций для вычисления площади, объема , расчетов треугольников , трекинг

— В комплекте – чехол и кистевой ремень.

— Примерная стоимость - 2500 руб.

Упомянутые пользователями достоинства:

— Отличная защищенность корпуса – IP54 .

— Мягкие силиконовые кнопки.

— 10 ячеек памяти для хранения результатов измерений и расчетов .

— Функция автоматического отключения при простое.

— Дисплей с подсветкой, хорошо читаемый в любых условиях.

Недостатки:

— Пузырьковый уровень на корпусе – больше декоративный элемент, так как точностью не отличается.

— Погрешность при измерении в одну и ту же точку при неподвижном приборе хоть и ненамного, но все же выходила за рамки заявленных ± 2 мм

— Не особо хорошее быстродействие.

— Нельзя работать при отрицательных температурах.

Указанные недостатки в значительной степени компенсируются простотой прибора и очень даже доступной ценой.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Такие приборы обладают довольно высокими показателями измеряемой дальности, часто снабжаются оптическими визирами или видеокамерами. Позволяют проводить разнообразные операции по разметке участка, привязке объектов, выполнению строительных работ.

«BOSCH GLM 250VF »

Качественная «всепогодная» модель с широким набором функций

Модель – далеко не новая, но устойчиво ежегодно входит в рейтинги наиболее популярных и надежных .

Основные характеристики прибора:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 635 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 250 м .

— Количество точек отсчета - четыре , в том числе – откидывающийся штырь для измерения из труднодоступных мест.

— Температурный диапазон эксплуатации - от — 10 до +50 градусов.

— Системы измерения - метрическая и дюймовая .

— Время измерения - 0,5 с.

— Резьбовое гнездо под штатив ¼ дюйма .

— Встроенный оптический визир

— Габариты - 120×66×37 мм.

— Масса - 240 г.

— Полный набор функций для вспомогательных вычислений.

— В комплекте – ремень для переноски.

— Примерная стоимость - 22000 руб.

Упомянутые пользователями достоинства:

— Отличные показатели в любых условиях проведения измерений.

— 20 ячеек памяти для хранения результатов измерений и расчетов .

— Автоматическое отключение при простое.

— Наличие удобного оптического «прицела» для измерения расстояний до далеко расположенных объектов.

— Высочайшее качество сборки.

Недостатки:

— Нет индикатора заряда батарей.

— В условиях запыленности и в яркий солнечный день дальность измерений падает до примерно 100 метров.

— Несмотря на появление новых моделей, видимо, из-за остающегося высоким спроса – цена довольно высока и пока не имеет тенденции к снижению.

Цены на лазерный дальномер BOSCH

лазерный дальномер BOSCH

«LEICA DISTO D510»

Профессиональная модель с высокими показателями точности измерений.

Основные характеристики прибора:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 635 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 200 м .

— Точность измерений - ± 1,0 мм.

— Количество точек отсчета - пять.

— Встроенный видеовизир с 4-х кратным зумом ;

— Датчик наклона с диапазоном 360 градусов позволяет проводить угловые измерения. Единицы измерения – градусы, проценты, мм/м , д ю ймы на футы.

— Температурный диапазон эксплуатации - от — 10 до +50 градусов.

— Время измерения - 0,5 с.

— Резьбовое гнездо под штатив ¼ дюйма .

— Элементы питания - 2 батарейки типа ААА.

— Габариты - 143×58×29 мм.

— Масса - 198 г .

— Полный набор .

— Система связи с мобильными устройствами по протоколу Bluetooth.

— Встроенная память на 30 ячеек. Возможность установки дополнительно карты памяти.

— В комплекте – удобный поясной чехол-кобура, кистевой ремень.

— Примерная стоимость - 38500 руб.

Упомянутые пользователями достоинства:

— Высочайшая надежность и точность в любых условиях работы.

— Очень широкий набор функций, вполне удобный интерфейс для работы с ними.

— Безукоризненное качество производства.

— Прибор включен в Госреестр Систем Измерения.

Недостатки:

— Высокая цена, делающая прибор малодоступным.

— Быстро садятся элементы питания, причем – даже при выключенном приборе. При длительном просторе батарейки лучше изымать из отсека.

«CST/Berger RF25 »

Лазерный дальномер профессионального класса. Натуральная стеклянная просветленная оптика и оригинальная керамическая система фиксации линз предопределяет высочайшие показатели точности измерений.

Характеристики прибора:

— Класс лазера - 2;

— Длина волны - 635 нм;

— Максимальная дальность измерений - до 250 м .

— Точность измерений - ± 1,0 мм.

— Количество точек отсчета - четыре .

— Трёхпозиционный упорный штифт с задней части корпуса.

— Встроенный визир и дополнительное подсоединение полноценного оптического «прицела» для работы на предельных дистанциях.

— Системы измерения длины - метрическая и дюймовая.

— Температурный диапазон эксплуатации - от — 10 до +50 градусов.

— Время измерения - 0,5 с.

— Резьбовое гнездо под штатив ¼ дюйма .

— Точный пузырьковый уровень на корпусе.

— Элементы питания - 4 батарейки типа ААА.

— Габариты - 120×66×37 мм.

— Масса - 240 г.

— Полный набор необходимых функций для «полевых» вычислений .

— Встроенная память на 30 ячеек.

— В комплекте – удобный защитный чехол, кистевой ремень.

— Примерная стоимость - в зависимости от комплектации и от региона продаж – от 19 до 25 тыс. рублей.

Достоинства модели:

— непререкаемая точность измерений на любых дистанциях благодаря высококачественной оптике.

— Широкий набор функций.

— Многострочный информативный дисплей с легко считываемыми показаниями.

— Отменное качество сборки.

— Ударопрочный корпус со степенью защищенности IP54 . Прибор спокойно выдерживает падения на бетонный пол с высоты 1 метра.

— Данных о возвратах модели из-за недостаточности качества – не зарегистрировано.

Недостатки:

Сколь-нибудь значимых недостатков, за исключением завышенной цены (с учетом отсутствия датчика уклона) пользователями не высказано.

Итак, были рассмотрены критерии выбора лазерного дальномера, дан обзор популярных моделей. В заключение стоит сказать, возможно, банальность, но она все же необходима.

Инструменты такого класса стоит покупать исключительно в надежных специализированных магазинах, где можно получить грамотную консультацию, изучить условия предоставления гарантии и обязательно сделать отметку в паспорте о месте и дате покупки. Доверять сомнительным и торговым точкам или же отдавать немалые деньги за «кота в мешке» при покупке через интернет у случайных продавцов – вряд ли разумно.

Цены на популярные лазерные дальномеры

В завершение – интересный видеосюжет, показывающий возможности лазерного дальномера «Bosch GLM 50 C»

Видео: Демонстрация функциональных возможностей лазерного дальномера «Bosch GLM 50 C»

В продаже, есть большое количество, дешёвых, датчиков – дальномеров, в их числе ультразвуковые и инфракрасные. Все эти устройства работают хорошо, но из – за значительного веса, не подходят для летающих роботов. Миниатюрный робот вертолет, например, может нести около 100г полезной нагрузки. Это даёт возможность использовать, для поиска препятствий и предотвращения столкновений с ними, машинное зрение, используя веб-камеры (или другие миниатюрные, беспроводные камеры с подключением к компьютеру через USB). А еще лучше, установить две камеры, что обеспечит роботу, стерео зрение, таким образом, благодаря информации о глубине изображения, улучшится обход препятствий. Недостатком этой идеи, является, добавление веса второй камеры.

В этой статье описывается, как маленькая лазерная указка, вместе с одной web камерой, может обеспечить моно машинное зрение, с большим диапазоном информации.

Этот проект основан на статье найденной здесь.

Смотрите рисунок ниже. 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.

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

Соединив два предыдущих уравнения, мы получим:

Итак, количество пикселей от центра плоскости изображения до лазерной точки может быть просто рассчитано с картинки. А как насчет других параметров в этом уравнении? Для их получения мы должны выполнить калибровку.

Для калибровки системы, мы будем собирать серию измерений, где нам известно, дальность до цели, а также количество пикселей центра изображения до точки лазера. Эти данные записываем в таблицу ниже:

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

Зная калибровочные данные, я подсчитал:

Используя калибровочные данные и данные предварительного расчёта, я подсчитал процент ошибки:

Фактические и расчётные данные

пикселов от центра

действительный D (см)

Для сборки дальномера требуется не так много деталей. Для соединения лазерной указки и камеры я вырезал раму – основание из картона.

Собранный дальномер выглядит следующим образом:

Я написал программу обработчик на двух языках: Visual C + + и Visual Basic. Вы, вероятно, подумаете, что программа на Visual Basic проще, чем на VC + + в плане кода, но во всём есть компромисс. Код на VC + + 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).

Написанная мною программа на Visual Basic доступна в нижней части страницы под именем vb_laser_ranger.zip

Чтобы этот код работал, необходимо установить на вашем компьютере VideoOCX -компонент ActiveX

Скриншоты из этой программы можно увидеть ниже:

Полный код этого проекта доступен в виде пакета с именем LaserRange.zip в нижней части страницы.

Обратите внимание, чтобы запустить исполняемый файл, вам необходимо иметь на компьютере qcsdk и qc543 драйвера.

Ниже приведены два примера лазерного дальномера. Обратите внимание, что во втором примере мы видим две лазерные точки. Это «рассеянный свет» вызванный внутренними отражениями в камере. Отражённая в камере точка теряет интенсивность, и не вмешивается в алгоритм определения ярких пикселей на изображении.

Одним из конкретных улучшения, 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.

Я получал большое количество писем от людей, которые пытались дублировать этот дальномер. Пожалуйста, имейте в виду, что этот проект впервые был сделан до 2004 года (старыми методами). Если вы будите повторять эту работу, то лучше использовать для захвата и обработки изображения с камеры, библиотеку компьютерного зрения OpenCV .

Прикрепленные файлы:

Денисюк Роман Эдуардович

В продаже, есть большое количество дешевых датчиков – дальномеров, в их числе ультразвуковые и инфракрасные. Все эти устройства работают хорошо, но из-за значительного веса, не подходят для летающих роботов. Миниатюрный робот вертолет, например, может нести около 100 г полезной нагрузки. Это даёт возможность использовать, для поиска препятствий и предотвращения столкновений с ними, машинное зрение, используя веб-камеры (или другие миниатюрные, беспроводные камеры с подключением к компьютеру через USB). А еще лучше, установить две камеры, что обеспечит роботу, стерео зрение, таким образом, благодаря информации о глубине изображения, улучшится обход препятствий. Недостатком этой идеи является сравнительно большой вес камеры.

1. 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.

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 ++ и Visual Basic. Вы, вероятно, подумаете, что программа на Visual Basic проще, чем на VC ++ в плане кода, но во всём есть компромисс. Код на VC ++ 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).

Коды программ написанных на Visual Basic и Visual C ++ можно найти по ссылке: www.cxem.net

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 .

2. 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 мВт длиной волны 650 нм.

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 пФ). Максимальная рабочая частота 35 МГц.

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 Гц до 40 МГц, шаг перестройки 1 Гц, 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 МГц.

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 = 3, 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 мВ;

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

– 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

3. Заключение

В целом результаты макетирование подтверждают способность предложенного способа измерений, основанного на технике прямого преобразования частоты. Чувствительность измерительного канала достаточна для регистрации отраженного лазерного сигнала. Уровень выходного сигнала позволяет в дальнейшем простыми средствами определять его фазу и вычислять расстояние до объекта.

Список источников

Лазерный дальномер из web камеры. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: www.cxem.net – Дата доступа: апрель 2014 года. – Загл. с экрана.
Денисюк Р.Э. Кузнецов Д.Н. Лазерный дальномер для систем машинного зрения роботов/Cборник тезисов докладов Второго регионального научно-практического семинара Теоретические и практические аспекты приборостроения. 18 апреля 2013, Луганск, кафедра Приборы. ВНУ им. В.Даля. – c. 20–21.

roboforum.ru

Вдохновившись лазерным дальномером, установленном на пылесосе Neato http://robocraft.ru/blog/robots/725.html. захотел себе подобный. Ну а поскольку все знают, сколько стоит дальномер, то остается один выход — собрать самому!

Проще всего сделать дальномер, работающий по тому же принципу, что и в вышеуказанном пылесосе. Это триангуляционный метод, он упоминается здесь: http://roboforum.ru/forum4/topic2001.html. а принцип работы описан здесь https://sites.google.com/site/todddanko/home/webcam_laser_ranger .
Получившаяся конструкция достаточно проста.
Самая труднодоставаемая часть — это светочувствительная линейка. Все что я смог найти — TSL1401, с довольно низким разрешением (128 пикселей). Покупал на ebay, за 15 долларов. Фокусирующая линза (f’ = 13 мм) — из окуляра микроскопа. Поскольку разрешение маленькое, приходиться использовать большое базовое расстояние — 10 см. Также на контроллере производится математическая обработка сигнала, позволяющая повысить разрешение до 1/10 пикселя.
Микроконтроллер — STM32F100C4.
Лазер — из DVD привода, так как мощности обычного лазерного модуля на 3 мвт не хватило. Мощность лазера в своем дальномере определить не могу, скажу только, что при постоянно работающем лазере через него идет ток 70 ма. Лазер включается на время, за которое конструкция поворачивается на 1/3 градуса, 2/3 он выключен.
Связь с компьютером организована при помощи bluetooth модуля.
Характеристики дальномера — 3 оборота в секунду, 360 измерений на оборот, точность определения расстояния — на 1 м примерно 1 см, на 3 м примерно 10 см. Минимальное измеряемое расстояние — 16 см.
Из-за того, что скорость вращения двигателя постоянно меняется, приходится постоянно корректировать скорость измерений, и для измерения скорости пришлось установить энкодер из мыши.

Фотографии готового устройства:

Двигатель из старого HDD использован как опора для вращающейся части — в двигателе хорошие подшипники, нет люфтов, и есть отверстия с резьбой для крепления. В оси двигателя было отверстие, в которое я вставил стержень. На конце стержня — металлическая площадка, провод от которой проходит сквозь ось. Стержень и площадка служат для передачи питания на основную часть дальномера. Позже я установил на стержень энкодер от мыши, так что энкодер неподвижен относительно доски. На фотографии виден скользящий контакт, позже я его убрал.

Вид на управляющую плату. Подстроечный резистор служит для регулировки тока через лазер.

Общий вид дальномера. Хорошо виден модуль лазера. Юстировка производится двумя винтами, лазер снизу подпружинен. Сразу скажу, что юстировка не отличается особой сложностью, так как при приближении препятствия к лазеру растет размер пятна, что компенсирует погрешности юстировки. Так что юстировка производится один раз на большом расстоянии.

Вид спереди. В центре фотографии виден диск энкодера из мыши.

Результаты работы:

Такую картинку дает дальномер, установленный в комнате.

Сама комната.
Как видно, дальномер смог обнаружить стул, но это удается ему только на близком расстоянии. На белом шкафу видны вспышки лазера.

Фотография работающего дальномера в темноте в комнате с выдержкой 1 сек:

Робот расположен так же, как и на фотографии со стулом.

Демонстрация работы дальномера.

Основная задача теперь — обработка полученной информации, то есть определение положения робота в комнате. Подумываю об использовании ROS.

Разработана новая версия дальномера и выложена инструкция по сборке — смотреть тут: http://roboforum.ru/post278930.html#p278930 и тут forum10/topic12095-285.html#p281288
Там же выложена схема и исходный код.

Разработана 3 версия дальномера:
https://geektimes.ru/post/275442/

Citizen Сообщения: 333 Зарегистрирован: 12 окт 2008, 12:40 Откуда: Красногорск, Подмосковье

Самодельный сканирующий лазерный дальномер

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.
3D рендер разведенной печатной платы:

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:

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 «видит9 мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

ROS позволяет объединять несколько программ («узлов9 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 «направить9 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:

Дальномер лазерный: изготовление своими руками

Сборка: практические рекомендации

Этот прибор, который до сих пор считается уникальным, смог найти применение практически во всех сферах человеческой жизни. Сегодня лазерный дальномер можно увидеть в руках геологов и геодезистов. Иными словами, в тех областях человеческой деятельности, где необходимо замерить расстояние с особой точностью. Поэтому высокую популярность завоевали лазерные рулетки, отличающиеся высокой точностью, повышенной надежностью и вполне доступной ценой. Вполне естественно звучит вопрос, можно ли сделать дальномер лазерный своими руками.

К группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся: лазерный дальномер, ультразвуковой дальномер.

Измерения лазерным дальномером делаются на основе световых потоков, носителем сигнала является электромагнитное излучение, окрашенное в соответствующий оттенок. В большинстве случаев за основу берется красный свет.

Согласно законам физики, скорость света намного превышает скорость звука, поэтому и время измерения одинакового расстояния будет отличаться.

Основные причины для монтажа лазерного дальномера

Схема работы лазерного дальномера.

Пользоваться механической рулеткой не всегда удобно. Порой она не дает положительного эффекта. В последние 10 лет все большее предпочтение отдается электронным дальномерам. К этой группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся:

лазерный дальномер;
ультразвуковой дальномер.

Все эти приборы функционируют по принципу бесконтактного метода. Такой дальномер своими руками сегодня создают отечественные мастера. Приборы работают не хуже тех, которые были выпущены в заводских условиях.

Лазерный дальномер, сделанный своими руками, состоит из нескольких частей:

плата;
микроконтроллер;
усилитель лазерного сигнала;
лазер;
фотоприемник;
фильтр.

В основном излучение лазера возникает при помощи синусоидального сигнала.

Довольно сложно получить такой сигнал, имеющий частоту 10 МГц. Простой контроллер здесь не подходит. Для этого лучше использовать меандр, у которого имеется нужная частота. Когда усиливается сигнал, приходящий из фотоприемника, удаляются ненужные гармоники специальным полосовым фильтром, который функционирует на частоте 10 МГц. На выходе появляется сигнал, сильно напоминающий синусоидальный.

Для реализации SLAMнеобходима аппаратная база. В совместной работе кафедры «Мехатроника и Робототехника» с предприятием ОАО «Восход КРЛЗ» был разработан сканирующий лазерный дальномер. Трехмерная модель сканера приведена на рисунке (Рисунок 3).

Технические характеристики:

Тип лазера: Импульсный;

Мощность лазерного излучения: 75 Вт в импульсе;

Угол сканирования: 90 0 ;

Высота плоскости сканирования относительно основания: 140 мм;

Количество точек в одном скане: 5000 точек;

Максимальное измеряемое расстояние: 31 м;

Погрешность измерений: до ±2% от измеряемого расстояния;

Напряжение питания: 12 В;

Ток потребления: 0.9 А;

Рисунок 3 – Трехмерная модель сканера

Структурная схема сканирующего лазерного дальномера

Техническое задание было сформировано предприятием ОАО «Восход КРЛЗ».

Основные положения ТЗ:

Дальномер должен работать на основе импульсного метода дальнометрирования;

Отказ от использования дорогостоящих ПЛИС схем;

В качестве лазерного диода использовать SPL_PL90_3 фирмы изготовителя OSRAM;

По возможности использовать компонентную базу производимую предприятием заказчиком

Во ходе работы была разработана структурная схема сканирующего лазерного дальномера (Рисунок 4).

Рисунок 4 – Структурная схема дальномера

Во избежание передачи электромагнитных помех от схемы запуска лазера в фотоприёмное устройство, и повышения точности измерений, было решено разделить питание лазерного излучателя от питания остальной схемы .

Разработка сканирующего лазерного дальномера разделилась на этапы:

Разработка электронных схем

Разработка фотоприёмного устройства;

Разработка лазерного излучателя;

Разработка генератора стартового импульса;

Разработка вычислительного блока;

Разработка блока питания;

Разработка механики лазерного сканирующего дальномера

Разработка электронных схем
1. Разработка фотоприёмного устройства

Для того чтобы принять отраженный от объекта сигнал необходимо фотоприёмное устройство (ФПУ). Оно включает в себя линзу, оптический фильтр, корпус, фотодиод, схему усиления сигнала (Рисунок 5), и компаратор. Максимальная дальность сканирования в первую очередь зависит от ФПУ и уже потом от мощности лазера .

Рисунок 5 – Первый каскад усилителя

В схеме используется фотодиод КОФ137В производства КРЛЗ «Восход», он имеет следующие характеристики:

Чувствительность: 0,75 А/Вт;

Темновой ток: 10 нА;

Чувствительность отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

В физикеиэлектроникетемновым током называют малыйэлектрический ток, который протекает пофотодиоду, в отсутствии падающихфотонов. Физической причиной существования темнового тока являются случайные генерацииэлектроновидыроквp-n слоеустройства, которые затем начинают упорядоченно двигаться за счет сильногоэлектрического поля. Темновой ток - один из главных источников шума .

Усилитель представляет собой 3 каскада выполненных на ОУ ADA4817-1, технические характеристики которого приведены в . Первый каскад является преобразователем ток-напряжение с коэффициентом усиления 2400. Второй и третий каскады – это одинаковые усилители с коэффициентом усиления 10 (Рисунок 6).

Рисунок 6 – Второй и третий каскады усиления

Одним из важнейших расчетов фотоприёмного устройства является энергетический расчет.

У любого фотоприёмника, помимо темнового тока фотодиода, есть шумовой ток, зависящий от полосы пропускания, который рассчитывается по формуле:

Исходя из формулы (6) шумовой ток прямо пропорционален корню квадратному из полосы пропускания фотоприёмника.

Для нахождения шумового тока рассчитаем полосу пропускания фотоприёмника. Резистор и конденсатор в обратной связи представляют собой фильтр верхних частот, а в паре с обвязочным конденсатором этот резистор образует фильтр верхних частот. Для расчета частоты среза RC-фильтров применяют формулу:

Используя формулу (7) найдем верхнюю и нижнюю границу полосы пропускания фотоприёмника:

Зная значения верхней и нижней границы можно рассчитать полосу пропускания:

Подставляя значение, полученное в (10), в формулу (6) рассчитаем величину шумового тока:

Для того чтобы определить полезный сигнал на фоне шумов, он должен быть в 5–10 раз больше чем сумма темнового тока фотодиода и шумового тока приёмника . Зададимся значением полезного сигнала, величиной 3 мкА. Исходя из чувствительности фотодиода, определим мощность оптического излучения, которое должно попадать на него для генерации тока равного 3 мкА:

(12)

Фотоприёмное устройство, помимо фотодиода и схемы усиления, содержит в своём составе оптическую систему, включающую в себя линзу диаметром 30 мм и фокусным расстоянием 51 мм, и оптический фильтр, пропускающий только излучение с длинной волны 905 нм. Оптический фильтр необходим для уменьшения влияния засветки на фотодиод. Он расположен между линзой и фотодиодом, при его установке необходимо учитывать что фокусное расстояние увеличится на величину равную толщине фильтра. Это происходит потому, что свет распространяется в фильтре параллельными лучами.

Для того чтобы определить максимально возможное расстояние, на котором полезный сигнал будет различим на фоне шумов, проведем энергетический расчет. Лазерный луч, попадая на объект, отражается от него в виде полусферы, и в результате не все излучение попадает на фотоприёмник (Рисунок 7).

Рисунок 7 – Отражение лазерного луча от объекта сканирования. 1 – ФПУ; 2 – лазерный излучатель; 3 – объект сканирования.

Конус, образующийся площадью линзы фотоприёмника и расстоянием до объекта сканирования, называется зрительным углом. Он определяет ту мощность, которая непосредственно попадет на ФПУ. В этом и заключается цель энергетического расчета фотоприёмника.

– мощность лазерного излучения (для SPLPL90_3); D – диаметр линзы ФПУ (D=30 мм);r – расстояние до объекта.

Преобразовав формулу (13), выведем r:

Подставив значения в формулу (14) получим максимальное расстояние которое возможно измерить:

(15)

Значение полученное в выражении (15) является идеальным, в реальности же большинство объектов поглощают часть излучения. Для объектов, с отражательной способность 18%, максимальное расстояние будет равно:

ФПУ включает в себя компаратор, необходимый для получения логического сигнала. В схеме используется компаратор ADCMP600, технические характеристики которого приведены в (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Компаратор