Далекоміри

Призначення далекомірів

Вимірювання відстані до об'єкта можна проводити "класичним" методом — за допомогою рулетки. Але це не завжди зручно, оскільки вимагає позиціонування по горизонталі та вертикалі. Особливо, при нерівному рельєфі. До того ж, для зняття замірів потрібно двоє осіб. Та й довжини рулетки може виявитись недостатньо. Тому набагато простіше і комфортніше скористатися приладами для дистанційного вимірювання відстані — далекомірами. При цьому дистанційний метод вимірювання також знадобиться для визначення відстані у випадках, коли підійти до об'єкта проблематично або небажано.

Сфера застосування далекомірів велика. Це інженерно-будівельні, ремонтні роботи (зовні і всередині приміщень), геодезичні роботи, аграрна галузь. Також далекоміри можуть бути частиною військових систем прицілювання.

Всі далекоміри об'єднує дистанційне визначення відстані між спостерігачем (оператором) і об'єктом на прямій траєкторії. Даний спосіб визначення відстані не передбачає необхідність наближення оператора до об'єкту і вимірювання здатна виконати одна людина. При цьому далекоміри можуть надавати й інші функції: наприклад, обчислення площі та об'єму, визначення кута нахилу, непрямі вимірювання за теоремою Піфагора, вимірювання швидкості. Крім того, в далекоміри може бути вбудований бульбашковий нівелір (рівень) і навіть компас. А цифрові пристрої здатні відображати результати вимірів в різних одиницях вимірювання.

Різноманіття далекомірів

Існує велика різноманітність далекомірів. Вони класифікуються за способом вимірювання і принципом роботи.

Перш за все, всі далекоміри діляться залежно від способу вимірювання. Вони бувають активними і пасивними.

Активні далекоміри для вимірювання відстані посилають сигнал (звуковий або світловий) на обрану точку. Досягнувши поверхні об'єкта, відстань до якого потрібно виміряти, сигнал відбивається і повертається до далекоміру. Відстань визначається шляхом розрахунку часу, витраченого на відправку та отримання сигналу. При цьому розрізняють імпульсний і фазовий метод. При імпульсному методі до об'єкта посилається імпульс, який запускає початок відліку. Після прийому відбитого імпульсу лічильник зупиняється. При фазовому методі надсилається постійний імпульс, але випромінювання моделюється у вигляді синусоїди певної амплітуди. Беручи відбитий сигнал, прилад порівнює прийняту фазу з фазою, що випромінюється приладом. За зсувом фази визначається відстань.

Пасивні далекоміри відрізняються тим, що не посилають і не приймають ніяких сигналів. Вони є геометричними приладами, тобто, вимір відстані вираховується визначенням висоти рівнобедреного трикутника — за базою або протилежним гострим кутом. Відповідно, пасивні далекоміри бувають двох видів: з постійним кутом і з постійною базою. Результати вимірювання знімаються візуально — за ништковою шкалою або переносною лінійкою.

Залежно від принципу роботи виділяють ультразвукові, лазерні, оптичні, нитяні далекоміри.

Ультразвукові далекоміри є найменш точними з приладів для дистанційного визначення відстані, що відносяться до активного способу вимірювання. Даний прилад випромінює звукові хвилі високої частоти (до 40 кГц), які при відображенні від об'єкта, потрапляють на приймаючий датчик. Для полегшення роботи і збільшення точності ультразвукові далекоміри оснащуються лазерною вказівкою. Однак точність вимірювань залежить від матеріалу, на які потрапить звукова хвиля. Також можуть бути встановлені обмеження по довжині виміру. Вона становить від 0,3 до 20 метрів. Крім цього, такі пристрої чутливі до перешкод, оскільки вони можуть впливати на швидкість відображення звукових хвиль.

Лазерні далекоміри працюють за аналогічним принципом, але відправляють і приймають світловий сигнал. Відстань визначається за часом, витраченим на відправку і прийом відбитого світлового імпульсу. Такий метод вимірювання більш точний, що зумовило популярність лазерних далекомірів. Вони володіють більшим діапазоном, оскільки можуть використовуватися на відстанях від 0,02-0,03 метра до 100-200 метрів. При цьому точність вимірювання досить висока: ±1.5 мм для високоточних професійних далекомірів і ±3 мм для приладів простіше. Це пояснюється вузькою спрямованістю променя. Однак у лазерних далекомірів є і недоліки. Наприклад, зниження вимірюваної дистанції при яскравому сонячному освітленні через слабшання відбитого сигналу. Крім цього, дальність вимірювань залежить від поглинання матеріалу поверхні об'єкта, відстань до якого вимірюється. Для досягнення максимальної дальності необхідно використовувати спеціальні відбивачі, які доведеться купувати окремо.

Відмінною особливістю лазерних далекомірів є наявність додаткових функцій: розрахунку обсягу і площі за допомогою вимірюють довжини, ширини і висоти; розрахунку відстаней за теоремою Піфагора; збереження результатів вимірювань; вибір одиниць виміру. Деякі лазерні далекоміри можна підключати до комп'ютера.

Оптичні далекоміри відносяться до пасивних далекомірів. У свою чергу, такі прилади діляться на геометричні та фізичні. Робота геометричних заснована на законах оптики, по теоремі Піфагора. Вони характеризуються відсутністю датчика, що визначає відстань. Замість нього довжина визначається візуально, через окуляр, за допомогою шкали. Вимірювання відстані оптичних далекомірів проводиться шляхом визначення висоти прямокутного або рівнобедреного трикутника по одній відомій стороні і гострому куту. Далекоміри оптичного типу бувають монокулярними і стереоскопічними. Монокулярні мають одну зорову трубку, тоді як у стереоскопічного далекоміра їх дві. Також оптичні далекоміри можуть оснащуватися лазерною вказівкою для прицілювання. Дальність вимірювань становить від 3 до 1000 метрів.

Нитяні далекоміри є підвидом оптичних, хоч і відрізняються від них зовні. Відносяться до оптичних далекомірів з постійним кутом. Працюють за схожим принципом, однак вони застосовуються зі спеціальною рейкою з нанесеною шкалою. Ця рейка переноситься до точки, від якої потрібно виміряти відстань. Після встановлення рейки необхідно повернутися до точки відліку і подивитися на планку шкали через об'єктив приладу. У ньому є тонкі горизонтальні нитки. Для визначення відстані потрібно підрахувати кількість поділок на шкалі рейки, які містяться між двома лініями. Наступним етапом буде розрахунок за спеціальною таблицею або формулою.

Застосування нитяних далекомірів складне. При тому, що даний тип далекомірів є точним. Похибка становить 0,3-1% від вимірюваної відстані.

Особливості лазерних далекомірів

Найбільш поширеним і оптимальним вимірювальним приладом для використання в побуті є лазерний цифровий далекомір. Вимірювання цим пристроєм виконуються за допомогою лазерного променя, який відправляється оптичним випромінювачем. При потраплянні на поверхню об'єкта, промінь лазера відбивається і потрапляє на оптичний відбивач. Прийняті імпульси приймаються і обробляються мікропроцесором. Результати вимірювань виводяться на дисплей.

Безконтактне вимірювання відстані — не єдина функція лазерного далекоміра: більшість моделей оснащуються бульбашковими рівнями (відвісами) — горизонтальними і/або вертикальними. Вони дозволяють вирівняти становище далекоміра на поверхні. Прилади малої дальності можуть мати вбудовану механічну рулетку для вимірювання невеликих відстаней. До інших додаткових функцій відносяться визначення кута, математичні обчислення об’єму, площі, діагоналі. Також дисплей може мати підсвічування, кольоровий екран. Крім цього, деякі лазерні далекоміри можна підключати до комп'ютера.

Більшість сучасних далекомірів дозволяють проводити вимірювання як з рук, так і зі штатива (в такому випадку виключаються смикання, завдяки чому підвищується точність вимірювань).

Різновиди лазерних далекомірів

Існує два різновиди лазерних далекомірів: імпульсні і фазові. Також їх можна класифікувати в залежності від кольору лазера, конструкції, дальності вимірювань.

Імпульсні випромінюють короткий лазерний пучок потужного імпульсу. Через це, такі далекоміри менш чутливі до переривання сигналу. При цьому вони відрізняються великою дальністю — до 1 кілометра. Відстань від приладу до обраної точки на площині розраховується залежно від часу, витраченого на відправлення і прийом лазерного променя. Для цього час імпульсу ділиться на швидкість світла, яка дорівнює швидкості проміня лазера. Прилади даного типу ефективні для точного визначення великих відстаней, але дають велику похибку при вимірюваннях відстані менше 100 метрів. Основний недолік імпульсних далекомірів — висока вартість.

Фазові далекоміри відправляють лазерні промені з різною модуляцією частот. Він не змінює довжину хвилі, а управляє потужністю, створюючи фазовий сигнал у вигляді синусоїди. На відміну від імпульсного методу, фазовий має на увазі не одноразове відправлення короткого сигналу, а постійне випромінювання. Відбитий світловий сигнал приймається фотоприймачем, після чого його фаза порівнюється з фазою вихідного сигналу. Такий метод вимірювань дає високу точність на невеликих відстанях до 1 кілометра. Компактні далекоміри, які також називають цифровими рулетками, якраз відносяться до даного типу приладів.

Наступною відмінністю можна вважати колір лазерного променя. Більшість побутових фазових далекомірів забезпечено червоними лазерами, що шкідливо для очей, тоді як професійні моделі мають зелені лазери.

Конструкція лазерних далекомірів представлена компактними портативними вимірювачами, схожими на мультиметри; лазерними рулетками; а також приладами, зробленими у вигляді монокуляра (бінокля). Як правило, далекоміри, оснащені механічною висувною лінійкою (рулеткою) є вимірювачами малої дальності (20 метрів, 40 метрів) і мають вигляд звичайної механічної рулетки. Прилади в вигляді тестера характеризуються малою і середньою дальністю вимірювань (від 40 до 150 метрів). Далекоміри-монокуляри здатні вимірювати відстані від 600 метрів до півтора кілометра.

За дальностю вимірювань можна виділити далекоміри, здатні визначати відстань до 30 метрів, до 100 метрів і пристрої, розраховані на заміри понад 100 метрів. Прилади, що вимірюють до 40-80 метрів, підійдуть для використання всередині приміщень. Більша дальність може знадобитися для робіт зовні будівель. Також варто відзначити, що максимальна дальність вимірювань може досягатися лише за ідеальних умов — відсутності пилу, туману, яскравого сонячного освітлення.

Як вибрати лазерний далекомір?

При купівлі далекоміра необхідно керуватися такими критеріями, як максимальна довжина вимірювань, точність, додаткові функції, джерело живлення, ступінь захисту.

Дальність вимірювань слід вибирати залежно від конкретних завдань, оскільки цей параметр впливає на ціну: чим більша дальність, тим дорожча вартість. Крім того, дальність впливає на конструкцію приладу. Так, далекоміри малої дальності представлені портативними вимірювачами або цифровими рулетками, тоді як пристрої для проведення вимірювань відстані до 1 кілометра виконані у вигляді бінокля.

Точність лазерних далекомірів варіюється в межах від ±1.5 мм для професійних приладів і ±3 мм для побутових. Чим вища точність, тим дорожча вартість далекоміра.

Багато цифрових далекомірів забезпечені додатковими функціями. Наприклад, вбудованим бульбашковим рівнем, вибором одиниць вимірювання та математичними функціями підрахунку. Випускаються моделі без підсвічування дисплея і з підсвічуванням. Професійні прилади можуть надавати й інші можливості: запис вимірювань, підключення до комп'ютера.

Як джерело живлення далекоміри використовують батарейки — "АА" або "ААА". При цьому існують моделі, що працюють від акумуляторної батареї, що заряджається.

Ступінь захисту впливає на умови експлуатації. Якщо передбачається робота далекоміра на вулиці, бажано вибирати моделі з високим рівнем пило- та вологозахисту.