362 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лазерный дальномер схема принципиальная

Лазерный дальномер

Существует множество способов измерения расстояний – шагами, линейкой, рулеткой и пр. ХХ век добавил в средства измерений такой прибор, как лазерный дальномер. Его широко применяют военные, геодезисты для съемки местности. Лазерный дальномер был использован для замера расстояния до земного спутника – Луны.

В наши дни дальномеры, уровни, использующие лазер в своей работе, можно встретить у любой строительной бригады, занимающейся возведением зданий, и внутренней отделкой внутренней.

Принцип работы

Лазерные измерительные приборы используют в своей работе два принципа – импульсный и фазовый.

Первый дальномер состоит из двух компонент – лазера и детектора. Замерив время, которое лазерный луч затратить на движение по пути от источника до отражающего объекта, можно вычислить точное расстояние между ними. Эти устройства применяют для работы на больших расстояниях. Технология работы заключается в следующем, лазер генерирует мощный импульс и отключается. Такое свойство позволяет его скрытно использовать. Это свойство и является решающим фактором, определяющим использования этого прибора военными.

Второй тип, фазовый, работает по следующему принципу. Лазер на некоторое время включает и направляет луч на удаленный объект, у него (луча) разная моделированная частота и по изменению фазы рассчитывают расстояние до объекта. Фазовые измерительные расстояния не имеют приборов для замера отражаемого сигнала. Эти приборы эффективны на расстояниях до 1 километра и поэтому их применяют для бытовых нужд или в качестве прицельных устройств для стрелкового оружия.

Схема действия лазерного дальномера

Лазерный дальномер, применяемый в быту и на строительстве, по сути, является смесью калькулятора и рулетки. Между тем такой прибор обладает рядом неоспоримых достоинств:

    1. это устройство предоставляет возможность выполнения измерения линейных размеров (длина, высота, ширина), при этом встроенный калькулятор автоматически рассчитает периметр. Кроме того, счетное устройство поможет определить объем помещения;
    2. дальномер оснащен возможностью хранения полученных данных во внутренней памяти. Их можно использовать для проведения расчетов;
  1. прибор позволяет измерять расстояние на удаленных расстояниях при чьей-либо помощи, кстати, замеры можно выполнять и на закрытых и на открытых площадках, в разных погодных условиях.

Особенности

При работе с лазерным дальномером целесообразно учитывать некоторые особенности работы с этим устройством.

Дальномеры имеют возможность выполнять измерения на разных расстояниях и с определенной погрешностью. Так, предельное расстояние может лежать в диапазоне от 60 до 200 метров, при погрешности в 5 см. Эти данные указываются в паспорте на изделие. Большая часть моделей дальномеров работает в пределах от – 10 до + 50 градусов.

При эксплуатации прибора на улице, необходимо помнить о том, что не последнюю роль играют погодные условия. Эффективность работы может быть снижена как в плохую, так и в солнечную погоду.

При выполнении замеров необходимо устранить препятствия, которые могут возникнуть между прибором и объектом, это, может быть, листва, стекло и пр.

Практика использования лазерных приборов измерения привела к появлению определенных правил работы. Например, результат измерений будет искажен, если луч будет направлен на поверхность с высокой отражающей поверхностью (зеркало, фольга). Результат будет не совсем верный, если луч будет направлен на объект с низкой отражательной способностью (толь).

Для получения предельно точных результатов используют специальное приспособление ,обладающее отражательной поверхностью.

Во время эксплуатации необходимо постоянно следить за состоянием аккумуляторов или батареек. Слабые источники тока также отрицательно влияют результаты измерений.

При проведении измерений целесообразно использовать штатив. В таком случае точность замера будет повышена.

Порядок работы с лазерной рулеткой

Использование лазерного дальномера на практике это довольно простая задача. Для выполнения измерения достаточно установить его в исходную точку, направить на объект, до которого необходимо выполнить замер и активировать прибор. При этом надо помнить то, что для повышения точности целесообразно использовать штатив, особенно это актуально при измерении больших величин.

Порядок работы с лазерной рулеткой

То есть, проводить выполнения замеров, может, даже один человек без привлечения, помощников.

Правила пользования

При работе с такими устройствами необходимо соблюдать определенные правила. Так, категорически недопустимо направлять лазерный луч в сторону человека. Его попадание в глаза может привести к непоправимым последствиям, вплоть до потери зрения.

Проведение измерений при ярком солнце может быть затруднено из-за сложностей с видимостью лазерного маркера. В таком случае необходимо использовать специальные очки, через которые сразу будет его видно.

Лазерная съемка на местности

Во время выполнения измерения на улице, особенно на большие расстояния, необходимо применять пластину, которую называют визир.

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Несмотря на внешнюю простоту, лазерная линейка – это сложный инженерный прибор. Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

Схема работы лазерного дальномера

  1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
  2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
  3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
  4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
  5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
  6. Уровень, с помощью которого прибор можно строго выставить в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Дополнительные функции

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

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

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

Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

Все дальномеры, можно условно разделить на две большие группы. Одни применяют для внутренних работы, другие для внешних. Диапазон измерений, дальномеров, которые предназначены для внутренних измерений как правило, не превышает 100 метров.

Лазерный дальномер для работы в помещениях

Для таких работ могут быть использованы дальномеры, которые используют оба принципа действия.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Лазерные дальномеры, которые применяют для работы на улице, позволяют показать результат при работе на 300 и более метров.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Они оснащаются необходимыми приспособлениями, позволяющими выполнять измерения на таком расстоянии.

На что смотреть при выборе лазерного дальномера

На рынке представлено множество моделей лазерных дальномеров и зачастую потребитель может просто запутаться в обилии предложении. Поэтому потребитель, делая выбор лазерного дальномера, может руководствоваться определенными критериями, среди которых есть такие:

    1. Для работ внутри помещения достаточно прибора, который может выполнять замеры углов, и иметь функции, например, расчет периметра. Рулетки этого класса имеют небольшой диапазон измерений примерно в пределах 100 метров.
    2. Для работ на открытых пространствах применяют более дорогие модели. Они оснащены большим набором функций, в частности, может выполнять замер минимального и максимального измерения. Кроме того, их оснащают визирами, средствами подключения к компьютеру.

    1. Для работ на улице должны использоваться приборы, выполненные в защищенных корпусах и иметь кейсы, предназначенные для транспортировки.
    2. Разумеется, не последнюю роль играет стоимость изделия. Так, устройства, предназначенные для работы внутри помещений, стоит несколько дешевле, чем те, которые предназначены для работ на открытых пространствах.

  1. Конечно, нельзя обойти вопрос, а какая компания произвела продукцию. Стабильным спросом пользуются приборы, произведенные в компании Makita, Bosch, Hilti и некоторых других. Кстати, при покупке такого прибора, целесообразно уточнить наличие документов, подтверждающих качество и безопасность этих устройств. Дело в том, что популярность таких приборов, привела к тому, что на рынке существует большое количество приборов низкого качества изготовления.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Лазерный дальномер: ремонт, принцип работы и пример самодельного измерителя

  • Как работает лазерный дальномер
  • Неисправности лазерного дальномера
  • Ремонт лазерного дальномера
  • Лазерный дальномер своими руками

Потребность проведения точных измерений, возникает практически во всех сферах деятельности современного человека: от мелкого ремесла, до крупного строительства. До недавних пор, самым актуальным и удобным прибором для определения размеров, считалась рулетка, оснащенная лентой с мерной шкалой. Массовое же развитие технологий, заложило основу инновационного принципа измерения, на котором базируются все современные лазерные дальномеры. В данной теме, мы проведем детальный разбор подобных устройств, расскажем, как они работают и какие могут иметь неполадки. Опишем способы устранения самых распространенных дефектов, а в завершении, дадим краткую инструкцию по изготовлению лазерного дальномера своими руками.

Как работает лазерный дальномер

Способ точного бесконтактного определения расстояния с выводом данных на дисплей, представляет собой сложную электронную схему. В основе конструкции лежит излучатель, приёмник, блок измерения времени и микропроцессор, чья совокупность позволяет нам в полной мере эксплуатировать лазерный дальномер. Устройство прибора, в более детальном разборе процессорных плат и модулей, имеет приличную сеть, чья структура лежит далеко за гранью понимания среднестатистического обывателя. Даже радиолюбители, увлекающиеся электроникой, собирают дальномеры из готовых элементов при помощи пайки и программирования.

Говоря по сути, принцип работы лазерного дальномера базируется на скорости света и времени прохождения луча до поверхности и обратно. Выпущенный из излучателя лазер, отражается от первого попавшегося на пути твердого объекта (даже с большим углом преломления), и частично возвращается к устройству, где его распознает принимающий модуль и фиксирует время, потребовавшееся ему для преодоления этого расстояния. Поскольку свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду или 29.2 сантиметров в микросекунду (мкс), то, зная затраченное на путь время, можно легко вычислить длину проделанного им пути. Таким образом, основная формула, используемая дальномерами, имеет следующий вид.

Представленный выше принцип, относиться к импульсным дальномерам, имеющим максимально широкое представление на рынке строительного инструмента. Данные приборы имеют приличную точность с погрешностью от 0.5 до 3-х мм, в зависимости от встроенного датчика приема сигнала, чья скорость обработки должна быть молниеносно быстрой.

Помимо импульсного, существует ещё фазовый способ измерения, все также основанный на лазере, но кардинально отличающийся по способу получения информации. В основе данного принципа лежит частота испускаемого лазера, которая не превышает 450 МГц (в среднем от 10 до 150). Вместо времени, здесь определяется разница фаз (исходящей и принимаемой), на основе которой рассчитывается расстояние до объекта. Фазовому дальномеру требуется больше времени для получения значения, но точность измерений превосходит импульсный.

Читать еще:  Обозначение опн на однолинейной схеме

Неисправности лазерного дальномера

Производство электронных измерительных приборов, подразумевает высочайшую точность сборки с обязательным контролем качества каждого изделия. Сложную конструкцию лазерных рулеток, стараются максимально изолировать от контакта с внешней средой и обезопасить от грубого физического воздействия. Поскольку эксплуатация устройств зачастую проходит в условиях повышенной опасности (в мастерских, на производствах или стой-площадках), они нередко подвергаются ударам и сильным вибрациям, способным нанести фатальный ущерб мельчайшим узлам устройства.

Несмотря на общий принцип действия лазерных дальномеров, они зачастую имеют уникальный набор компонентов и программного обеспечения. Даже если корни неисправности будут схожими, то конструкция самой детали или схемы будет индивидуальной для каждой отдельно взятой модели. Проблемы физического характера, могут быть связаны с расфокусировкой лазерного луча, изломом откидной скобы, деформацией кнопок или корпуса. При желании и умелых руках, подобные дефекты можно устранить самостоятельно.

Ремонт электронных компонентов требует куда более специфичных навыков, и даже специального образования. Неисправности такого рода, часто выражаются в проблемах с включением устройства, дисплеем, приёмником сигнала, определением заряда батареи. Количество дефектов, пропорционально функционалу, которым оснащен конкретный дальномер. Ремонт прибора своими руками, в случае неисправной электроники, не удастся выполнить без определенных познаний, и лучше будет отнести его в специализированный сервис на диагностику.

Ремонт лазерного дальномера

Если повреждения несут в основном физический характер, а электроника работает исправно, прибор можно восстановить самостоятельно, при наличии желания и смекалки. В первую очередь необходимо установить источник проблемы, исходя из имеющегося дефекта. В данной теме, мы рассмотрим 2 случая поломок на конкретных моделях, и приведем рекомендации по их устранению.

Основываясь на изложенных далее принципах, можно отремонтировать практически любой лазерный дальномер. Разборка подобных приборов, зачастую имеет свои уникальные особенности, в связи с многообразием видов корпуса. В некоторых случаях, компоненты снимаются очень легко, но иногда приборы изначально задумываются неразборными и добраться до поломки бывает проблематично. Именно второй тип устройств рассмотрим далее.

В качестве первого пациента выступает дальномер Bosch DLE 50, с поврежденной фокусировкой луча в следствии падения со 2-го этажа. Вместо сконцентрированной точки, лазер принял форму фонарика с размытым пятном света. Измерительная способность устройства сократилась до 70 см, и при попытке измерения больших расстояний дисплей отображает ошибку “Error”. Задача заключается в калибровке фокусирующей линзы по отношению к измерительному каналу. Все элементы расположены внутри корпуса, поэтому разбирать необходимо.

Вполне вероятно, что производители модели Bosch DLE 50, исключили надобность в самостоятельном ремонте ещё на стадии проектирования. Корпус прибора, имеет всего 3 внешних резьбовых соединения (2 под батарейками и 1 на откидной скобе), в то время, как остальные элементы спаяны или приклеены. Разумеется, в гарантийном сервисе, разборка и сборка подобного монолита происходит без проблем, однако в быту этот процесс может вызвать затруднение. Потребуется паяльник, для отсоединения контактов питания, и термофен, для снятия приклеенной клавиатуры. Все соединительные элементы, представлены на приведенных ниже фотографиях, в порядке разборки инструмента.

Добравшись до линзы и блока привода штоки, можно приступать к фокусировке. Для этого отмеряем расстояние от 5 до 15 метров (чем больше, тем лучше), и в конце дистанции, располагаем ровный объект с хорошим отражением. Подключаем лазер к источнику питания (преобразователю) и начинаем аккуратно шевелить линзу, пока пучок света не примет вид точки. Процесс настройки достаточно кропотливый и стоит запастись терпением. При достижении оптимальной фокусировки, линзу следует зафиксировать термоклеем. Таким образом, можно продлить срок службы дальномеру с поврежденным лазером.

В качестве второго примера, рассмотрим поломку откидной скобы прибора того-же бренда “Bosch”, по уже под маркой “GLM 80”. Пластиковый элемент сломан пополам и подлежит замене. Крепление скобы к инструменту осуществляется винтом, поэтому процесс извлечения старой и установки новой детали, не составит труда. Загвоздка заключается в поиске и приобретении замены. Можно заказать новый крепежный комплект, который обойдется порядка 400 рублей (для данной модели), и с большой вероятностью будет доступен в крупных мегаполисах.

Альтернативным вариантом будет изготовление детали посредством печати на 3D-принтере. В таком случае, требуется провести точные измерения всех граней скобы и создать трехмерную модель в программе “Tinkercad” или ей подобной. Если у вас нет опыта моделирования, можно отнести лист с измерениями и сломанную деталь в ближайший сервис, где предоставляют услуги 3D-печати. Качество подобного изделия сравнимо с обычным гибким пластиком, чего вполне хватает для выполнения поставленных задач.

В большинстве случаев, ремонт лазерных дальномеров требует индивидуального подхода к каждой отдельно-взятой поломке. Разбор всех возможных неполадок займет объем стандартного учебника, что не возможно уместить в одну статью ознакомительного характера. Если вы хотите определить причину или узнать способ устранения поломки, изложите симптомы устройства к комментариях ниже. Наш мастер обязательно подскажет, где и как следует разбираться. Если же вы не уверены в своих навыках или терпении, то лучше всего будет обратиться в специализированный сервис.

Лазерный дальномер своими руками

Даже при поверхностном разборе дальномера, быстро приходит понимание сложности конструкции, состоящей из уникальных микросхем, плат и различных компонентов. Точное измерение расстояния, с выводом данных на дисплей, требует навыков уверенного радиолюбителя (минимум), и знаний программирования. Большинство элементов, выпускается индивидуально для производителей подобных устройств, и в открытой продаже не встречается, что осложняет процесс самостоятельной сборки.

По последним данным, на сегодняшний день, существует не много свободно распространяемых модулей лазерного измерителя, один из которых “CJMCU-530”, используемый в робототехнике, бытовых приборах, компьютерах и автофокусе камер. Производителем заявлена дистанция измерения до 2-х метров, но после 1.3 м, точность заметно падает. На оптимальной дистанции, погрешность составляет ± 1-3 мм. Подобные возможности мало подходят для строительных работ, и модель зачастую используется в автоматизации бытовых условий, как индикатор уровня воды в бочке, открывания дверей, лазерной сигнализации и прочих, разнообразных проектах.

Чтобы изготовить подобный дальномер своими руками, специализированные навыки не требуются. Достаточно иметь в наличии паяльник и компьютер для загрузки программы. Работает модель только в совокупности с аппаратной платформой (например, Arduino Uno), от напряжения 3.3 вольта. Первым делом, к модулю необходимо припаять штырьки, идущие в комплекте, и соединить его с ардуино кабелями DuPont, по следующей схеме.

По завершению соединения контактов, устанавливаем официальное программное обеспечение arduino и подключаем платформу к компьютеру через micro-USB. В текстовый редактор программы, помещаем нижеприведенный код и кликаем по кнопке загрузки. Когда данные будут преданы, на мониторе появиться окно с числовыми значениями, обозначающими расстояния от датчика до ближайшей поверхности, на которую он направлен.

При необходимости, собранный мини-дальномер, можно подключить к автономному источнику питания (аккумулятору или батарейному блоку). Для отображения результатов измерения, устройство должно соединяться с компьютером. При желании и более глубоких познаниях, его можно подключить к компактному дисплею, превратив в полностью портативный прибор.

Малый диапазон измерений и постоянной контакт с персональным компьютером, значительно сокращают область применения подобного модуля. Если самостоятельно собрать беспроводной дальномер, рекомендуем обратить внимание на ультрозвуковые датчики. В отдельной статье (ссылка), мы объяснили процесс сборки измерителя, основанного на этом принципе.

Лазерный дальномер схема принципиальная

Значит длиннофокусная линза только? Странно это выглядит, и ход лучей непонятен, но если работает значит тем лучше =).
Значит можно взять длиннофокусную и экран из матрицы, и это типа точный дальномер? Но где взять длиннофокусную линзу с исправлением искажений всяких.

Странно, обычно начинают с экскурса в историю, ну у него вроде пару книг. Вроде детальней чем у него нигде не было. Да и зачем вам линзы с 20 метровым фокусом? Хотите вдруг там формулы расчета? Ну тогда поищите еще литературу, по телескопам их пачки, но там не для CCD камеры, этож какой год был.
А на практике из оптики что достанете то и будет, смысл расчетов?
Может покатит вообще полуметровый фокус очковой линзы, ведь лазер тонкий + калибровка, нужен эксперимент в железе. Может если шарите то можно в ZEMAX подвигать линзы от очков на исправление искажений, но это немного утопия, а может и нет.
Можно сделать микро зеркало телескопа например 30 мм диаметром из методики по телескопам но это слишком, хотя люди делают, но нужно быть фанатиком. И врядли кто-то такое повторит даже если добейтесь дальномера на 10 метров, хотя кто знает…

Когда-то попадался автор в земаксе потестировал сферические поверхности очковых линз и рассчитал расстояния оптимума на минимум аббераций и хроматизма( комбинация собирающей и рассеивающей линз).Для телескопа мелкого.
Можно найти длиннофокусный объектив фотика на барахолке, но как повторят тогда ваш дальномер если он будет уникальный, может поискать общепопулярный для базаров.А если взять обычный объектив бу фотика ( фокус вроде 50 мм )фотика и поставить рассеивающую линзу, но она наверно даст искажения.

Мне кажется призмы всеравно будут рулить и работать дальше, нужно измерять угол применяя оптический рычаг, а сам угол измерять не инерционным энкодером а светоимпульсным. Кроме того оптический рычаг можно уложить двумя зеркалами, а базу замера даже уменьшить.
Количество импульсов света зависит от угла поворота. Например проецируем на призму подобие тени от расчески, а фотодиод будет считать импульсы, вот и все=).Точность оборотов не имеет значения. Теперь нужно придумать как проецировать растр подобие расчески на фотодиод, и чтобы было побольше полос в нем, может дифракционную решетку большого шага купить из опытов для школы.
А можно сжать сечение пучка лазера, и несколько раз проецировать через дифракционную решетку, тогда и спектральный фильтр можно поставить. Можно проецировать светодиод через тюль от занавесок Нужна маска света из вертикальных штрихов, порядка 360 штук точность на 10м выходит 27 мм =).

-Так… Я не поняла зачем тебе тюль.
-Ну мам. Это будет оптическая маска для проектора бинарного растра на прецизионный высокооборотистый оптический свтоимпульсный инкрементный энкодер для триангуляционного лазерного дальномера с полигональным зеркалом …
-Што?? 0_o

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/quote

Значит минуты определить нереально, либо нужен оптический нелинейный энкодер угла по количеству граней призмы принтера…
Ясно откуда минуты у вас, яж сам говорил, чета я стал не так считать. Тогда реально решение только системы сдвига луча, их можно настроить и самое важное линейность показаний, а не экспоненциальность замеров или чето такое в угловом методе.
А если по поводу что на дальних дистанциях сильно ошибка будет, тогда нужно взять просто систему которая сдвигает луч а не поворачивает, тогда точность будет линейной.
Лазер сдвигается призмой преломления, а текущий угол этой призмы считается за счет отражения от такой же призмы но зеркальной, и оптический рычаг( при повороте зеркала на 45 град дает поворот луча на 90) и механический рычаг ( между парой зеркал пустить луч, выходит замер к примеру как на 3 метровом в диаметре энкодере, это и даст точность угла).А еще лучше придумать сдвиг луча на зеркалах.
А если еще увеличить точность, то тогда нужна система сдвигающая луч на зеркалах в одну сторону при повороте на 360 градусов, вы знаете такие?

Читать еще:  Обозначение уклона и конусности на чертежах

Либо линейный энкодер двигать с нелинейной скоростью( оптически), либо нелинейный энкодер проецировать на призму…
Это нужно прикинуть растр нелинейного энкодера с учетом граней призмы принтера, положения лазера, его лощины, диаметра поля зрения приемника на 10 метрах в программе, даже 360 штрихов если линейная точность в итоге будет по расстоянию, 27 мм точность и нет диких 3600.

Так решили попробовать с длиннофокусной линзой и матрицей? Или вопрос как идея останется на N времени? Всеже самый адекватный вариант.

Не пробовали подойти к матрице CCD камеры мобильника отдельно вообще со своим железом? И читать отдельно одну строку. Если камер 640 пикселей, то взяв ИК лазер разрешение утроиться, а может будет и пробивать на все субпиксели и красный лазер.

Сборка печатных плат от $88 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Даже если двигать луч, а не поворачивать его, углы никуда не денутся, и их нужно будет измерять с огромной точностью. За счет использования преломляющей призмы можно получить преобразование большого поворота призмы в малое перемещение луча. Однако, если луч перемещается на небольшое расстояние, то и измерить можно только небольшой участок дистанций. Либо — потеря точности.
Тоже самое — с длиннофокусными объективами. У меня есть специальная программа для mathcad, способная рассчитывать параметры дальномера в зависимости от его конструкции. Если взять объектив с фокусом хотя бы 100 мм, то при базе 100мм и максимальном расстоянии в 5м, минимальное расстояние будет — 1 метр. Если уменьшить базу, то и минимальное расстояние сокращается, но и точность заметно падает.
Призму (прозрачную) достать еще сложнее, чем полигональное зеркало. Точность изготовления должна быть очень высокой, углы должны быть изготовлены с теми же минутными допусками.

Значит две линзы, одна ближнее поле, вторая дальнее. Совмещать как в оптике.
Поле зрения обеих систем разделить экраном. Можно и несколько диапазонов.

А если фокус метр?

Организация инфраструктуры быстрой зарядки аккумуляторов является важной частью стратегии по увеличению числа электромобилей. Без эффективных решений, обеспечивающих приемлемое время зарядки, электромобили неизбежно останутся привлекательными только для сторонников экологического транспорта и для потребителей, передвигающихся на незначительные расстояния. Чтобы электромобиль стал по-настоящему распространенным, необходимы доступные средства быстрой зарядки его аккумулятора. В ассортименте Infineon уже сейчас имеется все необходимое для этого

Спасибо за пост и за статью .
После прочтения хабровской статьи захотелось сделать эту штуковину (мне для дипломной работы нужно). Ранее не работал с оптоэлектроникой и плохо дружу с аналоговой. Сейчас понимаю что даже пробовать не стоит.

Хотя у меня есть 2 лазерных сканера штрих кодов. Мне они вряд ли помогут, да.

В дипломе нужен дальномер с характеристиками:
Дальность: до 5 метров.
Точность: +-3 см
Скорость измерения: до 36 000 раз в сек. (пальцем в небо, пока не знаю точно. Он будет прицеплен на БПЛА, и получать информацию с замеров расстояния и строить 3D модель окружающего «мира»)

Университет разработку не спонсирует, по этому ограничусь теоретической работой этого дальнометра (да и я не смогу его сделать нормально).
Нужны просто схемки этого девайса. Можно взять со статьи из хабра (хотя там медленный, 0.5сек, но вряд ли комиссия будет это проверять), или посоветуете источник?
Может предложенный Вами взять http://forum.arduino.cc/index.php?HPSES . msg1565567

Со скоростью я скорее загнул. Сейчас система выдает кое какие результаты и при 120-180 измерениях лаз. дальн. в сек.

Есть готовые дальномерные модели типа SF02/F. К ардуино подключается. Как раз то, что нужно мне. До 40 метров, скоростью могу немного пренебречь (14 измеренийсек у SF02/F).

Распродажа паяльных станций ATTEN и аксессуаров!
Индукционная паяльная станция AT315D — 3 977 ₽, станция паяльная AT80D – 2177 ₽, станция паяльная AT936b – 1000 ₽!

Заходите в раздел акции и спецпредложения на сайте prist.ru, покупайте измерительные приборы, инструмент и паяльно-ремонтное оборудование по специальным ценам.

Гетеродинное преобразование действительно популярно. Однако реализовать его непросто — я пробовал: http://forum.easyelectronics.ru/viewtop . 88#p233188
Вся проблема — именно в смесителе сигналов. В лазерной рулетке, насколько я понимаю, смещение идет за счет модуляции питающего напряжения лавинного фотодиода — APD. Коэффициент усиления APD сильно нелинейно зависит от питающего напряжения, так что аменьшив немного величину питающего напряжения, можно в десятки раз ослабить сигнал с фотодиода.
Если пробовать смешивать сигналы на внешнем смесителе, то оказывается, что там тоже появляется фазовый сдвиг, зависящий от амплитуды сигналов.
Вот тут разные методы сравнивают: http://engjournal.ru/articles/911/911.pdf

Диод LD1.2 — для обратной связи узла управления лазером — позволяет установить нужный уровень мощности лазера.

Я как раз и хотел сказать, что смешивать сигналы целесообразно именно на фотоприемнике, например попробовать включить его, как на приведенной выше схеме.

В первом случае вы получаете еще и лазер, схему раскачки лазера, конструктив с оптикой для передачи и приема.
Возможно в нем еще буде и управляемя шторка для калибровки дальности.

Чтобы сделать что либо полезное — нужно разломать что либо полезное.

Точность 0.5% это довольно сложная задача.
Может 1 см — разрешающая способность?

Чатоту выбирают в зависимости от максимального измеряемого расстояния.
С таким рассчетом чтобы разность фаз сигнала не превышала одного периода.
Длина волны 20Мгц = 300 000 000/ 20 000 000 = 15 м.
То есть максимальная дальность 7.5 м
Вывод — чатота выбрана правильно.

Обычно используют разность фаз передаваемого и принимаемого сигнала.
Кроме того как только вы переходите к «амплитуде разности», то сразу же возникает вопрос о стабилизации коэффициента усиления, АРУ и т.д. Не зря же ЧМ прием более защищон по сравнению с АМ.

Это называется схема выборки и хранения. Если взять «большой» конденсатор то быстрые изменения сигнала пропадут. Если взять «маленький» то при измерении он будет саморазряжаться.

Денисюк Роман Эдуардович

Факультет компьютерных информационных кехнологий и автоматики

Кафедра электронной техники

Специальность «Научные, аналитические и экологические приборы и системы»

Обоснование, разработка и исследование лазерного дальномера для систем машинного зрения роботов

Научный руководитель: к. т. н., доц. Кузнецов Дмитрий Николаевич

Лазерный дальномер своими руками

Содержание

Введение

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&nbspг 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.

Зная калибровочные данные, можно посчитать:

1.2. Компоненты

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

Собранный дальномер должен выглядеть примерно следующим образом:

1.3. Программное обеспечение

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

Коды программ написанных на Visual Basic и Visual C&nbsp++ 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 [1].

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.

Читать еще:  Таблица спецификации на чертеже

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].

2.2. Создание макетного образца

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

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

Рисунок 2.1 – Модуль лазерного светодиода

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

Рисунок 2.2 – PIN-фотодиод bpw24r

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

Рисунок 2.3 – Модуль AD9850 DDS генератора сигналов

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

Рисунок 2.4 – Микропроцессорный модуль Arduino Uno

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

Рисунок 2.5 – Функциональная схема модулятора лазерного излучения

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

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

Рисунок 2.6 – Функциональная схема измерительного канала отраженного лазерного излучения

В результате испытаний макетного образца получили:

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

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

– Самовозбуждение усилителя отсутствует;

– Внешняя засветка фотодиода на результаты измерений не влияет.

Рисунок 2.7 – Макетная плата модулятора

Рисунок 2.8 – Макетная плата измерительного канала отраженного сигнала

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.

Статьи

Лазерный дальномер — прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча. По принципу действия дальномеры бывают импульсные и фазовые, иногда выделяют фазо-имульсные. Последние в данной статье рассмотрены не будут, т.к. в изговлении строительных и геодезических приборов не используются.

для увеличения картинки кликните по ней

Рис.1 Общий принцип устройства дальномеров

Импульсный лазерный дальномер — это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение: L = ct/2, где L — расстояние до обьекта, с — скорость распространения излучения, t — время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Рис. 2 Принцип действия импульсного дальномера

При фазовом методе дальнометрирования излучение, применяемое для измерений расстояний, моделируется по синусоидальному закону. Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой от 10 до 150 МГц (измерительная частота). При этом интенсивность излучения меняется в зависимости от фазы в значительных пределах. При непрерывном модулированном зондирующем сигнале оптическое излучение используется в качестве несущей, которая преобразуется более низкой частотой. В зависимости от дальности до цели изменяется фаза отраженного сигнала. По величине сдвига фазы определяется дальность до цели.

Сущность фазового метода дальнометрирования состоит в следующем. Представьте себе, что излучение газового лазера промодулировано таким образом по амплитуде, что на каждый километр до цели укладывается один период волны, т. е. что сначала амплитуда возрастет до максимума, затем упадет до нуля, изменит знак, возрастет до максимума и снова упадет до нуля. Очевидно, что и в обратном направлении волна пойдет аналогичным образом и придет на приемное устройство в той же фазе, что и была послана. Если мы теперь переместим цель в направлении дальномера на четверть километра, то в районе цели амплитуда света будет иметь максимум, так как она пришла со сдвигом в четверть волны. По величине сдвига фазы можно судить о том, на какое расстояние переместилась цель. Отраженное целью излучение придет на приемник также со сдвигом фазы. Величина сдвига фазы говорит о расстоянии до цели.

Рис. 3 Принципиальная схема фазового дальномера,
где генератор — газовый лазер

На рис. 1 показана принципиальная схема фазового дальномера. Принцип его работы состоит в следующем. Излучение лазера модулируется с определенной частотой и с помощью оптической системы, состоящей из двух линз, направляется на цель. Отраженное целью излучение принимается той же оптической системой и с помощью зеркала направляется на приемник (ФЭУ), усиливается и направляется на блок измерения разности фаз. На пот блок еще раньше пришел сигнал от генерагора, управляющего модулятором. Происходит измерение разности фаз, и информация поступает на индикаторы.

В упрощенном виде принцип работы дальномера выглядит следующим образом:

Рис.4 Общий принцип работы фазового дальномера

В современных тахеометрах (в большинстве) устанавливается фазовый дальномер, зачастую более точный.

Более подробную информацию с большим уклоном в физические особенности процессов можно почитать здесь -> Презентация на тему «Дальномеры»

В каталоге компании, вы сможете подобрать дальномер именно под ваши цели и задачи — перейти

Эксперименты с УЗ дальномером. Проект выходного дня.

Решил провести несколько экспериментов с ультразвуковым дальномером DYP-MY007.

Этот (и подобные) дальномеры очень распространены, торгуют ими все кому не лень. Обычно их позиционируют как «шилд» для Arduino. Я покупал здесь.

Характеристики устройства:

Напряжение питания: 5В
Потребляемый ток: до 15 мА
Диапазон измеряемых расстояний: 2 – 500 см
Угол обзора: 15 градусов.

Интерфейс

Интерфейс устройства предельно прост. Все управление происходит через 2 пина – «Trigger» и «Echo».

Для начала измерения, нужно подать на вход «Trigger» сигнал высокого уровня (мин. длительность 10 мкс). После этого дальномер излучает пачку УЗ импульсов и ловит отраженный сигнал. Дальномер формирует на выходе «Echo» импульс высокого уровня, причем длительность этого импульса пропорциональна измеренному расстоянию.

Если быть точным то:

Все просто, нам достаточно запустить измерение (подав имульс высокого уровня на «Trigger») и замерить длительность импульса высокого уровня на выводе «Echo».

Есть пара нюансов: после запуска измерения, импульс на выводе «Echo» может не появится вообще, либо данный вывод переходит в высокий вровень и не возвращается обратно до начала следящего измерения. Это происходит в тех случаях, когда приемник УЗ дальномера не получил отраженного УЗ импульса. В принципе, это все не критично и запросто решается программно.

Особо останавливаться на программе управления не вижу смысла, все предельно просто. К посту прикреплен пример программы для STM32F100 (запускающий импульс формируется на PWM1 таймера TIM2 (нога PA0 ), импульс «Echo» ловится как внешнее прерывание на ноге PB7).

По результатам первых тестов могу резюмировать следующее:
— чувствительность устройства на расстоянии до 2 метров сотавляет порядка 1 см.
— дальномер уверенно работает на расстоянии до 3 – 3,5 метров, дальше отраженный сигнал начинает теряться. Добиться заявленных 5 метров в реальных условиях тяжело.

ИМХО, дальномер достаточно неплох, как за свои деньги (порядка $8).

Но это все не интересно, я хотел попробовать использовать данный девайс для сканирования пространства и обнаружения препятствий. Для этого дальномер был установлен на серву, которая обеспечивает «горизонтальную развертку».

Получилось как-то так.

Сей девайс сканирует сектор (чуть больше 90 градусов), результаты измерений передаются на ПК, где программа визуализирует «картинку».

Теперь результаты экспериментов.

1. Отсутствие препятствий

Сектор получился не «идеальным» из-за того, что справа от стола находится стена. На фото ее не видно, но она есть, и дальномер ее «видит». Также набольшей мой косяк – сектор, который сканирует дальномер, направлен не четко вдоль стола, а повернут вправо (это заметно на следующий картинках – препятствие стоит справа от центра стола, а дальномер видит его посередине сектора).

Видно, чнто на расстоянии около 50 см дальномер четко «видит» препятствие («провал» в середине сектора).

3. «Много препятствий»

Опять же, дальномер неплохо справился, на визуализации четко видны 2 провала, которые соответствуют двум «препятствиям».

А теперь о плохом. Устанавливаем препятствие на расстоянии около метра от датчика.

Получается фигня, наше препятствие (небольшой цилиндр, сантиметра 2 в диаметре) заслонил собой стену и перекрыл «обзор» в секторе около 40 градусов.

Другие эксперименты подтверждают результаты предыдущих: на расстоянии до 60 см дальномер различит «препятствия» и «свободные промежутки», начиная с метра – все сливается.

Мораль: как измеритель расстояний девайс вполне годный, но для «сканирования пространства» (например, для навигации робота) не годится, нужно искать что-то с меньшим углом рассеивания луча/углом чувствительности приемника.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector