Лазерный дальномер KXL-E60

В разных сферах деятельности есть необходимость измерять расстояния от одного предмета до другого, при всем при том, что эти расстояния могут быть достаточно большими, и если на рабочем столе нам хватает рулетки или линейки, то на несколько десятков метров одному человеку бывает проблематично сделать замеры. В этом случае нам помогут приборы, которые упростят работу – лазерные дальномеры и лидары. Эти приборы достаточно точно могут определить расстояние от собственной оптической системы до объекта, плоскость которого пересекает направление оптической системы дальномера.

Лазерные дальномеры различаются по принципу действия на импульсные и фазовые.

Импульсный лазерный дальномер — это устройство, состоящее из импульсного  лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно, и зная значение скорость света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Импульсные лазерные дальномеры обладают большой дальностью работы, т.к. импульс можно выдать с большой мощностью и повышенной скрытностью, включаясь только на время импульса. Поэтому импульсные лазерные дальномеры обычно применяются в военных прицелах [1].

При этом таймер, отсчитывающий промежуток времени между включением лазера и возвращением луча на прибор, должен быть очень точным. Так на расстоянии 10 метров время отклика составляет 67 нс, а на расстоянии 1 метр – 6,7 нс. Соответственно для достижения точности измерения расстояния точность  этого таймера должна быть находиться в порядке сотен пико секунд, что достаточно дорого, поэтому импульсные лазерные дальномеры обладают большой дальностью измерений, но малой точностью измерения по сравнению с фазовыми лазерными дальномерами.

Фазовые лазерные дальномеры на короткий промежуток времени включают подсветку объекта с разной модулированной частотой и по сдвигу фазы вычисляют расстояние до цели. Они не имеют таймера замера отражённого сигнала, поэтому дешевле, но имеют меньшую дальность (до 1 км) и поэтому обычно используются в бытовых целях или как прицелы стрелкового оружия [1].

Для рассмотрения будем использовать лазерный дальномер KXL-E60.

Характеристики прибора:

• Погрешность измерения - ±2 мм (±1,5 мм на расстоянии до 10 метров, свыше 10 метров ±1,5 мм ± 0,1*(D-10), где D – измеряемая дистанция, м)
• Максимальная дальность измерения – 60 м (в зависимости от модификации может быть от 40 до 150 метров, также это значение зависит от уровня внешней засветки – солнце и другие источники яркого света, от поверхности объекта и др. факторов)
• Минимальная дальность измерения – 0,05 м
• Единицы измерения – m, ft, in
• Тип лазера – 620~690 нм
• Класс лазера – II class, <1 mW
• Длительность измерения – 0,25 сек
• Питание – 2 батарейки ААА 1,5 В
• Количество измерений на ресурс заряда батареек – более 8000 измерений
• Размеры - 115х50х23 мм
• Масса прибора без батареек – 82 г
• Встроенный цифровой уровень
• Звуковая индикация

Функциональные возможности прибора:

• Однократное измерение расстояния
• Непрерывное измерение расстояния
• Фиксация максимального и минимального значения
• Вычисление площади, объема и высоты по теореме Пифагора
• Сложение и вычитание измерений
• Единицы измерения Meter/Ft/In
• Настройки начала отсчета расстояния относительно прибора (отсчет расстояния от линзы или от задней части прибора)
• Сохранение измерений в памяти
• Очистка в памяти произведенных измерений
• Система кодов ошибок
• Индикация состояния батареи
• Измерение угла наклона прибора (цифровой уровень)
• Автовыключение лазера и прибора

Сам прибор выполнен в корпусе из пластика со вставками (не софт тач, но достаточно приятного на ощупь). Кнопки дальномера сделаны из цельного резинового куска таким образом, чтобы пыль и грязь там не скапливались. Дисплей изначально защищен пленкой от царапин. Он также встроен в корпус так, что отсутствуют щели, в которые могли бы забиваться пыль и грязь в процессе эксплуатации. Сзади крышка отсека батареей почти не шатается и не издает звуков при встряхивании. В целом прибор выглядит пыле-влаго защищенным (об этом мы остановимся чуть ниже). В комплект входит лазерный дальномер, шнурок на запястье, пара батареек, инструкция на английском языке (с опечатками).

Как пользоваться лазерным дальномером

Прибор имеет 7 кнопок, назначение которых интуитивно понятно.

• Кнопка ON – включение, если выключен, при включенном состоянии первым нажатием включает лазер, вторым запускает измерение, длительное нажатие запускает непрерывное измерение с фиксацией минимального и максимального значения, следующее короткое нажатие остановит непрерывное измерение
• Кнопка MENU – переключает профили измерений – простое измерение длинны, измерение площади, объема и высоты по теореме Пифагора
• Кнопка UNIT – при коротком нажатии входит в память измерений, при длительном нажатии переключает единицы измерения
• Кнопка + - к измеренному значению прибавит следующее измерение (при измерении дистанции)
• Кнопка – - от измеренного значения отнимет следующее измерение (при измерении дистанции)
• Кнопка с изображением стрелки и прямоугольника – выбор начала отсчета (от переднего или от заднего края прибора)
• Кнопка C/OFF – короткое нажатие очищает память, длительное нажатие выключает прибор

Часто может быть полезен функционал прибора, который измеряет площадь, объем и высоту по теореме Пифагора.

• Измерение площади – кнопкой MENU выбирает этот режим, измеряем длину и ширину, и дальномер сразу рассчитает площадь при помощи нехитрых вычислений и выдаст результат
• Измерение объема – измерение аналогичное площади, только добавляется измерение высоты
• Измерение высоты по теореме Пифагора (первый профиль измерения высоты) – измеряется расстояние гипотенузы и фиксируется угол при этом измерении, прибор, используя эти значения, вычисляет высоту (катет)
• Второй профиль измерения высоты – полезен, если измерение производится на некотором расстоянии от земли, высота разбивается на два треугольника, один выше горизонтального положения (общий катет), другой ниже. В этом профиле необходимо измерить гипотенузу первого треугольника, общий катет и гипотенузу второго треугольника, прибор рассчитывает длинны катетов треугольников и складывает их значения, что и будет являться высотой (h1+h2)
• Третий профиль измерения высоты – рассчитывается часть высоты (например, от пятого до шестого этажа здания), сначала измеряется верхняя гипотенуза, потом нижняя (оба измерения производятся аналогично первому профилю измерения высоты, но 2 раза), далее от первой высоты отнимается вторая, что и будет расстоянием между точками измерения (по примеру высота от пятого до шестого этажа здания) (h1-h2)

Для произведения измерения выбираем режим, нажимаем кнопку ON, включается лазер, направляем и фиксируем в пространстве прибор относительно уровня (стараемся соблюдать прямые углы для наиболее точного измерения), следующее нажатие кнопки ON запустит измерение расстояния, через долю секунды на дисплее отобразится результат.

Система кодов ошибок

• Err10 - низкий заряд батареи 
• Err15 - цель вне зоны измерения (в данном случае расстояние меньше 5 см или больше 60 м)
• Err16 - принимаемый сигнал слишком слабый (может быть обусловлено материалом цели, углом измерения, засветкой яркого источника света и т.д.)
• Err18 - слишком высокая яркость фона (необходимо использовать цель более темного цвета)
• Err26 - out of display (понять природу этой ошибки не удалось)

Важные факторы, которые стоит учитывать при измерении лазерными дальномерами

Чтобы точно измерить расстояние нужно точно направлять луч, избегая наклона прибора, в чем помогает встроенный электронный уровень. Кроме этого необходимо учитывать, что пыль, пар и прочее в воздухе могут дать некоторую погрешность измерения. Положение предмета, до которого измеряется расстояние, и зеркальность (да и материал в целом) его поверхности также будут влиять на результат. Также стоит учитывать наличие мощных источников света – солнце, прожекторы и т.д., при наличии засветки может пострадать точность, а также максимальная дальность измерения.

Что внутри лазерного дальномера KXL-E60?

В корпусе прибора раскручиваем 4 винтика, все легко разделяется на две половины. С одной стороны дисплей, клавиатура, с другой стороны микроконтроллер и оптическая система.

На плате со стороны дисплея на плате клавиатуры расположены преобразователь напряжения, цифровой акселерометр (MMA8452), бузер на проводах. Так как именно на этой плате расположен акселерометр, то при наличии неточности в измерении уровня необходимо корректировать положение этой платы.

Кнопки используются мембранные.

Далее рассматриваем вторую половину. Здесь меня ждало небольшое разочарование – прокладка между линзой и корпусом тонкая и остается щель, в которую свободно будет попадать пыль, грязь и прочее. Для устранения проблему необходимо будет вырезать нужной формы изолирующий материал, и проклеить его между корпусом и оптической системой для исключения наличия щелей.

На этой плате расположен недорогой микроконтроллер STM32F030C8T6 и остальная схема, управляющая лазерным диодом и фиксирующая отраженный сигнал лазерного диода.

Для того чтобы снять эту плату необходимо открутить винт, фиксирующий ее под наклейкой на нижней стороне корпуса. Плата подпирается пружинкой, чтобы при помощи этого винта выставить строго горизонтальное направление платы с оптической системой.

Дальше разбирать оптическую систему лучше не нужно, чтобы не нарушить функциональность прибора, тем более все зафиксировано более чем мертво.

Заключения

В комнатных условиях точность измерения расстояния действительно неплохая, значения с рулетками и линейки мало отличаются. Корпус прибора имеет интересный дизайн, качество пластика неплохое, защита от пыли и влаги предусмотрено, хотя и не соблюдено в моем экземпляре (недоработка в области линзы образует щель). Богатый функционал также радует, а иногда и упрощает работу. Электроника дальномера наталкивает на мысль, что подобное устройство может сделать радиолюбитель самостоятельно, используя алгоритм для универсального микроконтроллера. В приборах BOSH такого, конечно, не встретишь. Ну, и цена вполне небольшая, а аналоги без электронного уровня и на меньшее максимально измеряемое расстояние еще меньше за хорошие показатели. И конкретно в этой модели не хватает крепления под штатив.

Применение этого прибора при измерении очень упрощает процесс, а в некоторых ситуациях делает измерения, когда применить рулетку просто невозможно применить.

Теги:

• Дальномер