Лазерная рулетка: как пользоваться измерительным оптическим устройством

История создания лазерного инструмента

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

Вскоре появились бинокли с лазерным дальномером. Поначалу это были громоздкие приборы. Однако с течением времени конструкторы привели их к современному виду.

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

На чем основан принцип работы дальномера

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

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

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

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

Общая информация об измерительном приборе

Лазерный дальномер, или еще называют лазерная рулетка, нашел свое активное применение при выполнении строительных работ, а также в сфере ландшафтного дизайна, агрономии, топографии и других областях. При проведении строительных работ инструмент активно пользуется как при выполнении наружной отделки, так и внутренней.

Услышав впервые о дальномере, возникает вопрос о том, зачем и для чего же он нужен? Главным его предназначением является измерение расстояний, находясь только в одной точке. Такой инструмент предназначен не только для облегчения физического труда человека, так как выполнить замеры больших расстояний с помощью рулетки совсем не просто, но еще и повысить точность измерений.

Помимо измерения расстояния, дальномеры (в зависимости от функционала) могут выполнять следующие функции:

• вычисление площади помещения;
• определение объема помещения;
• измерения по теореме Пифагора.

Устройство лазерного дальномера включает в себя такие ключевые элементы, как светодиодный излучатель красного или зеленого цвета, а также оптические элементы различной формы. Прибор представляет собой конструкцию, напоминающую мобильный телефон, только в несколько раз толще. Приборы оснащаются ЖК-дисплеями, на которых отображается измеряемая информация. В зависимости от модели, устройства могут быть оснащены визирами, а также видеокамерой или прочими оптическими устройствами.

Принцип работы лазерного дальномера

Принцип работы такого прибора, как лазерный дальномер, основывается на изменении времени, за которое проходит луч до отражателя и обратно. Такой принцип действия прибора позволяет не просто измерять расстояния, но и делать это с большей точностью. Электромагнитная волна создает лазерный луч, который отражается от рабочей плоскости. Луч возвращается в приемник, после чего осуществляется обработка информации.

Чтобы воспользоваться прибором, его изначально следует включить. После этого нужно приложить устройство к одной точки измеряемой поверхности, а затем навести луч на объект, к которому следует отмерить расстояние и нажать на кнопку. Таким простым способом определяют расстояние с помощью дальномера.

Полученные значения можно увидеть на мониторе дальномера в таких единицах измерения, которые были предварительно выставлены.

Важно знать! Первые дальномеры появились достаточно давно, а принцип их функционирования основывается на ультразвуковых колебаниях. Такие устройства не получили широкого распространения, так как имеют большие погрешности в работе.

Стандартные дальномеры стоимостью до 6 000 рублей способны мерить расстояния до 30 метров. Более дорогие модели позволяют производить измерения расстояний до 250-300 метров. При измерении расстояний на больших объектах требуется применение специального штатива, посредством которого можно установить прибор максимально точно. Точность измерительных действий намного выше в темное время суток, чем днем, что обусловлено низкой видимостью лазерного луча. В дорогостоящих моделях применяются визиры или видеокамеры, посредством которых повышается возможность хорошо видеть луч.

Используем лазерный дальномер на практике

У всего есть свои достоинства и недостатки. Начнем с достоинств. Во-первых, эти рулетки обеспечивают более высокую точность и надежность, чем традиционные измерительные технологии. Во-вторых, процесс измерения значительно ускоряется и упрощается: контакт с объектом не нужен, достаточно навести на него луч лазера и нажать на кнопку измерений. Такой способ работы позволяет производить замеры в труднодоступных или опасных местах.

Что касается недостатков, основной из них заключается в том, что технические возможности лазерных рулеток в яркий солнечный день снижаются. Вместо декларированных изготовителем 100-200 м, как показывает практика, можно измерить максимум 30-50 м. Это связано с тем, что спектры солнечного излучения и лазерного сигнала пересекаются и отраженный сигнал ослабевает. Кроме того, дальность работы определяется поглощающей способностью поверхности предмета, расстояние до которого измеряется. Чтобы получить паспортную дальность, надо использовать специальные светоотражатели, которые продаются не в комплекте с лазерной рулеткой, а отдельно.

Двукратный оптический визир малой мощности, как правило, не обеспечивает максимальной дальности работы. Выносной визир с четырех- или семикратным увеличением, позволяющим работать на полной дальности, стоит чуть меньше рулетки.

Простота лазерных рулеток в использовании, о которой твердят изготовители, несколько преувеличена.

Основные компоненты и характеристики

Лазерная рулетка, или дальномер, среди всего бытового измерительного инструмента отличается наивысшей точностью. Её погрешность не превышает 1−1,5 миллиметра на 30 метров, применяется в любых закрытых местах. Устройство рулетки вид инструмента не отличается разнообразием. Основная характеристика — дальность измерения. Для домашней работы производят рулетки до 60 метров дистанции. Профессиональные дальномеры рассчитаны на удаление до 260 метров. Кроме расстояния до цели, важен такой показатель, как длина волны. Дорогостоящие аппараты оборудованы лазером с этим параметром 630−650 нанометров, что обеспечивает хорошую точность показаний. А также важна мощность прибора, которая составляет около 1 милливатта. Это показатель красного спектра излучения, опасного для сетчатки глаза. Такая мощность преимущественно у бытовых моделей, профессиональные используют рулетки безопасного зелёного спектра.

Любой оптический инструмент имеет следующие части:

1. 
   Корпус. На материал его изготовления необходимо обратить особое внимание перед тем, как выбрать рулетку. Работа по строительству и ремонту связана с перемещением в стеснённых и неудобных условиях. Падения инструмента и удары по нему случаются регулярно. Это плохо сказывается на устройстве измерителя. Поэтому желательно, чтобы он был сделан из ударостойких материалов. Хорошо, если корпус будет прорезиненным, что обеспечит герметичность в предохранении от воды и пыли. Качественная конструкция удорожает изделие.
2. Лазерный луч проходит к объекту измерения через глазок — излучатель. На его качестве экономить не следует.
3. Дорогие профессиональные модели имеют специальное прицельное приспособление — визир. Оно оптически приближает объект, что повышает качество измерения.
4. Для производства вычислений необходимо программное обеспечение. С его помощью не придётся вручную подсчитывать площади поверхностей, высоты сооружений. Соответственно, стоимость прибора с большим числом определяемых параметров выше. Для домашних работ многие виды расчётов не очень нужны, а вот специалистам дорогая и многозадачная модель будет кстати.
5. Устройство отображения информации должно отражать максимальное число параметров. Поэтому чем больше дисплей рулетки и количество строк на экране, тем лучше. Прибор с четырьмя строками способен показать большинство необходимых характеристик.
6. Для работы ночью или в помещениях, не оборудованных осветительными приборами, нужна подсветка дисплея.
7. Для устойчивости и точности измерений модели для профессионалов комплектуются штативом.
8. Точное расположение по горизонтали и вертикали обеспечивает уровень, или ватерпас.

Создание лазерного дальномера своими руками

Даже не зная, как работает лазерный дальномер, устройство для измерения расстояния до удалённого объекта можно сконструировать самостоятельно конструктора arduino, из китайских комплектующих и подробной инструкции. Так как конструктор тоже стоит определённых денег, можно рассмотреть ещё более дешёвый вариант.

Лазерный дальномер строительный собирается своими руками из следующих элементов:

• лазерная указка;
• веб-камера;
• картон;
• скотч.

Полоску жёсткого картона шириной 10 см и длиной 60 см аккуратно сгибают пополам. Получается V-образная основа. В нижнюю, угловую часть помещается лазерная указка, крепится скотчем. В верхнюю часть помещается веб-камера и прочно приматывается скотчем к свободным концам картонной основы. Камера выполняет функцию приёмника отражённого сигнала, подключена к компьютеру.

На рабочей машине должны быть установлены:

• расширение VideoOCX;
• драйвера qcsdk и qc543;
• программа, рассчитывающая дальность LaserRange.

Погрешность работы такого устройства велика, более 3 см. Софт и драйвера бесплатно скачиваются с ресурса разработчиков.

При покупке лазерного дальномера следует определить круг задач по объекту строительства, изучить основные характеристики устройств и их функционал, чтобы не переплачивать деньги за лишние опции.

Следует отдавать предпочтение тем производителям, которые предоставляют подробные инструкции по настройке, работе с оборудованием на русском языке и имеют собственную сервисную службу.

Работа с оптической рулеткой

Работа таких приборов основывается на свойстве отражения луча от предмета, до которого измеряется дистанция. По такому способу функционируют металлодетекторы. Имеется два способа замера:

• Существует принцип работы лазерной рулетки, основанный на свойствах импульса. Луч достигает объекта измерения, а встроенный счётчик отсчитывает время на прохождение этого расстояния и обратно. Это время нужно поделить на скорость света, равную скорости луча. По таблице рассчитывается расстояние.
• Более распространённые и удобные инструменты работают на синусоидном законе. Это означает, что процессор сравнивает графики фаз луча, поданного на предмет и вернувшегося обратно. Этот метод называется фазным.

Основные и дополнительные функции

Приобретая инструмент, будущий владелец располагает несколькими способностями, которые имеет каждый дальномер. Независимо от модели, такие устройства выполняют следующие расчёты:

• Объём, площадь, диагональ.
• Простейшие математические действия.
• Углы и размеры скатов и наклонных поверхностей.
• Сохранение в памяти результатов замеров.

Кроме стандартных операций, имеются и дополнительные. Они зависят от возможностей микропроцессора и, соответственно, цены. За отдельную плату доступны:

• 
  Цветной экран.
• Электронный термометр.
• Визир.
• Передача данных через Bluetooth.
• Индикатор остатка заряда элементов питания.
• Расчёт специальных инженерных формул.
• Местоположение прибора — трекинг.

Правила работы

Основным преимуществом такого измерительного устройства является простота использования и скорость вычислений. Наибольшую эффективность он покажет в условиях умеренных температур, неяркого света и малой запылённости. При ярком свете для работы потребуется использование защитных очков. Для точности измерений необходима знать, как работает лазерная рулетка:

• Измерения лучше проводить с жёстко зафиксированным прибором. Желательно воспользоваться штативом. Это позволит избежать дрожания рук.
• Включить устройство.
• С помощью специальной кнопки func закрепить начало отсчёта.
• Определить, в каких единицах отразится информация.
• Убедится в правильности выбора.
• Избегать попадания луча в глаза.

Оптический дальномер представляет собой устройство, требующее внимательного и бережного отношения. Срок его эксплуатации можно продлить. Для этого выполняются такие правила:

• Использовать прибор только в целях, указанных в инструкции.
• Соблюдать условия хранения: чистое, сухое место при умеренной влажности и температуре.
• Избегать царапин, ударов, встрясок.
• Если с прибором не работают, он должен находиться в чехле.
• Не вскрывать и не ремонтировать аппарат самостоятельно.

Достоинства и недостатки прибора

Кроме отмеченных скорости и удобства измерений, есть ещё свойства, которые ценятся в лазерных рулетках. С ней можно производить замеры без посторонней помощи: настроить в нужном направлении и с измерительной планкой подойти к необходимой точке. Все дополнительные обмеривания производятся несколькими касаниями кнопок. Для вычислений не нужно дополнительно приобретать устройства

Однако есть вещи, где такой прибор недостаточно эффективен. Это малые расстояния, которые проще измерить старыми способами. Ну и цена, которая в несколько раз превышает стоимость обычной рулетки.

Классификация по функционалу

Вся линейка дальномеров подразделяется на два класса: бытовой и профессиональный инструмент. Последний — многофункционален, высокоточен, профессионально приспособлен для специфики строительных работ при атмосферных осадках, больших перепадах температур и загрязнённости. Стоимость бытового прибора отличается в несколько раз от цены профессионального в сторону уменьшения. Показатели прибора по точности достаточны для ремонта комнаты или дома.

Критерии выбора

Зачем покупать лучший лазерный дальномер, если планируется пользоваться ним от случая к случаю. Приборы, измеряющие расстояние до 30 метров обойдутся в 5000-6000 рублей. Китайские аналоги стоят в 2 раза дешевле, но и служат они не так долго, как фирменные модели, например, Bosch, Интерскол и прочие. Устройства, способные измерять на расстояние до 300 метров, стоят не менее 25000 рублей, поэтому первый и самый главный критерий выбора лазерного измерителя — это дальность его действия. Все зависит от того, где планируется проводить работы:

• Если в помещении, то хватит прибора с дальностью действия в 30 метров
• Если на улице, тогда здесь необходимо учитывать максимальную дальность измерений. Лучше покупать прибор с запасом измерения длины, поэтому подойдут модели на 100, 150, 200 или 300 метров

При покупке также необходимо учесть такие критерии:

1. Наличие встроенного визира. Если планируется работы проводить на улице, то наличие визира на приборе является обязательным. Визиры бывают цифровыми и оптическими. Оптический визир реализован за счет применения линзы, а цифровой работает от применения дисплея. Попытка сэкономить, и купить лазерный дальномер без визира, приведет к тому, что результаты замеров будут иметь большие погрешности. Если лазерный дальномер будет применяться в помещении, то для этого подойдут модели без визиров
2. Минимальная длина измерений. Многие при покупке не учитывают данный критерий, поэтому в итоге не могут измерить прибором расстояние до 50 см. Однако такое расстояние не трудно измерить линейкой или механической рулеткой, но при покупке обязательно обратите внимание не только на максимальную длину замеров, но и минимальную
3. Точность показаний или погрешность. Здесь все просто, чем дороже дальномер, тем меньше показатель погрешности. Еще точность показаний зависит от измеряемого расстояния, и чем оно больше, тем погрешность соответственно выше. Устройства из категории недорогих до 5-6 тысяч рублей имеют параметры погрешности, которые находятся в пределах от 1,5 до 3 мм. Дорогие модели имеют параметры погрешности до 0,5-1 мм
4. Функционал инструмента — чем больше опций (различные расчеты, подсчеты, вычисления), тем дороже прибор. Самые простые модели способны только мерять расстояние до 20-30 метров, и стоят они обычно не более 3-4 тысяч рублей. Более дорогие измеряют длину до 100 метров, и при этом они способны самостоятельно производить вычисления. Самые усовершенствованные модели не только меряют большие расстояния до 300 метров, но они еще и способны исчислять площадь треугольников, вычислять координаты точек, длину кривых участков и т.п.

Нужен ли самый дорогой и продвинутый дальномер, решать надо самостоятельно. Все зависит от того, для каких целей покупается измерительный инструмент. Если только работать в помещении, то хватит обычной модели, а если же сфера деятельности связана с проведением геодезических или инженерных измерений, тогда стоит обратить внимание на модели, стоимость которых начинается от 15 тысяч рублей.