3.7.Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми) дальномерами

Лазерные дальномеры (лазерные рулетки) − современные элек-

тронно-оптические приборы, используемые для определения дально-

сти до любого предмета на местности. Погрешность измерений зави-

сит от конструкции прибора и может колебаться от метра до одного миллиметра. В зависимости от модели прибора, дальномеры могут производить вычисления объемов и площадей помещений, а так же иметь различный набор сервисных функций.

Принцип работы большинства лазерных дальномеров основан на измерении разности фаз отраженного от предмета, до которого из-

меряется расстояние, лазерного импульса и излученного (рис. 3.6.).

Рис. 3.6. Оптические схемы фазового (слева) и импульсного (справа) дальномеров

Метод измерения разности фаз работает по принципу наложе-

ния на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в из-

лучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опор-

ного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фа-

зы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем много-

43

кратных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов опре-

делено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.

Для вычисления расстояний в импульсном методе определяет-

ся точное время прохождения импульса до цели и обратно. Импульс-

ный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к це-

ли. Эти импульсы отражаются от цели и возвращаются к инструменту,

где при помощи электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Скорость прохождения света сквозь среду может быть точно определена. Поэтому, зная время прохождения, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Каждый им-

пульс – это однократное измерение расстояния, но поскольку каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точ-

ность измерений. На рис. 3.7. показано распределение измерений с помощью импульсного дальномера.

Рис. 3.7. Усреднение импульсов

В ходе измерения делается около 20 000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для получения более точного значе-

ния расстояния.

Точность обычных импульсных дальномеров обычно несколь-

ко ниже, чем у фазовых (до 10 мм).

44

Лазерная рулетка – это компактный прибор. Он прост в ис-

пользовании; имеет противоударный, пыле- и влагозащитный корпус для работы в любых условиях. Лазерные дальномеры помогают про-

изводить замеры в неудобных местах и из углов помещений. Прибор может оснащаться большим количеством дополнительных аксессуа-

ров и принадлежностей, таких как алюминиевые штативы, отражате-

ли, интерфейсные кабели, оптические визиры и т.д. Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели лазерного дальномера.

Лазерный дальномер часто называют лазерной рулеткой, пото-

му что он заменил традиционную рулетку во многих отраслях бизнеса и производства. Вычисление площади и объема, сложение и вычита-

ние – эти функции лазерного инструмента стали привычными. Более совершенные модели оснащены такими функциями, как замер угла наклона, вертикального, горизонтального или наклонного расстояния и т.п. Лазерная линейка, измеритель лазерный, измеритель расстоя-

ния и дальности – это все синонимы, которые часто используют люди для описания функций лазерного дальномера. Законодателем мод в этом сегменте много лет является швейцарская компания Leica Geosystems, которая выпускает дальномеры как под своим именем,

так и для известнейших торговых марок.

Лазерные дальномеры имеют дальность действия, которая в большей мере зависит от окружающего освещения и отражающей способности визируемой поверхности. Измерения в помещениях обычно не вызывает проблем. Труднее под открытым небом: при сле-

пящем солнечном свете крошечную лазерную точку трудно рассмот-

реть обычно уже на расстоянии 10 м. Повышают распознаваемость красные очки, улучшающие видимость лазерного луча. С другой сто-

45

роны, отраженный сигнал может быть настолько слабым, что его уже нельзя будет обработать с нужной степенью точности. В этом случае вместо результата измерений лазерные дальномеры выдают сигнал ошибки.

При измерении больших расстояний до 500 м в яркий солнеч-

ный день лучше применять импульсные дальномеры с инфракрасным излучателем. Они обычно снабжены оптическими визирами, т.к. излу-

чаемые ими импульсы находятся в невидимой для человеческого гла-

за части спектра. Однако точность измерения такими дальномерами существенно ниже и составляет 0,1-0,5 м. На рис. 3.8. представлен дальномер, снабженный двумя лазерными излучателями и исполь-

зующий оба способа измерения расстояний − импульсный и фазовый.

Рис. 3.8. Дальномер, снабженный двумя лазерными излучателями (дальность измерения до 270 м)

46