Характеристика лазерных дальномеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Факультет «Системы автоматического управления»

Кафедра «Приборы управления»

Контрольная

«Физико-теоретические основы построения приборов и систем управления и навигации»

на тему «Лазерные дальномеры»

Выполнил:

Волынкин П.Н.

Проверил:

Лихошерст В.В.

Тула 2012

Содержание

Введение

1. Преимущества лазерного дальномера

2. Конструкция и принцип работы

3. Пример лазерного дальномера

Заключение

Введение

Лазерный дальномер -- прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча.

Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии. Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов.

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 скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.

Фазовый лазерный дальномер - это дальномер, принцип действия которого основан на методе сравнения фаз отправленного и отражённого сигналов. Фазовые дальномеры обладают более высокой точностью измерения по сравнению с импульсными дальномерами. Так же фазовые дальномеры дешевле в производстве. Именно фазовые дальномеры получили широкое распространение в быту.

1. Преимущества лазерного дальномера

Во-первых, измерять расстояния можно в одиночку, достаточно просто навести прибор на цель, и нажать на кнопку. Этот легкий и компактный инструмент удобен и прост в эксплуатации, и позволяет с высокой точностью измерять не только длину, но и ширину, высоту объектов, вычислять объемы и площади, а также выполнять арифметические вычисления. При этом лазерный дальномер позволяет сохранять результаты измерений в своей памяти.

Кроме того, в отличие от традиционных стальных или матерчатых рулеток, лазерные дальномеры со временем практически не подвержены износу - достаточно лишь вовремя менять батарейки. Ну и, разумеется, неоспоримыми преимуществами лазерных дальномеров являются высокая точность измерений, скорость работы, простота эксплуатации и надежная защита от пыли и влаги. Если Вы уронили дальномер в грязь - достаточно быстро и аккуратно промыть его под струей проточной воды, и продолжать работу. Некоторые модели лазерных рулеток оснащены уклономером, что позволяет измерять высоту объекта за один прием - то есть измеряется гипотенуза и угол, а высота вычисляется автоматически.

2. Конструкция и принцип работы

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.

Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный. лазерный дальномер стальной рулетка

Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10…150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта.

3. Пример лазерного дальномера

В качестве примера, я выбрал лазерный дальномер Bosch DLE 40 Professional. Данный дальномер максимально приспособлен для работы внутри помещений, и способен выполнять измерения на расстоянии до 40 метров. Для удобства использования данной модели, её можно установить на стандартный фотоштатив. Для работы данного устройства достаточно запитать его четырьмя батарейками типа AAA, что делает его достаточно компактным и мобильным устройством. Также, корпус дальномера защищен от пыли и брызг воды.

Диапазон измерений………0,05 - 40 метров

Точность измерения(типичная)…… … ±1,5мм

Рабочая температура………….....10 °C...+50 °C

Тип лазера ……………..635 нм, <1 мВт

Диаметр лазерного пятна (при 25 °C)

на расстоянии 10 м…...…………………...6 мм

на расстоянии 40 м…………………………….…24 мм

Срок службы батарей

Единичные измерения…………………….……..30000 измерений

Продолжительное измерение………………………..5 часов

Вес………….………………………….0,18 кг

Размеры ……………………………...58 x 100 x 32 мм

История развития

Первый лазерный дальномер XM-23 прошел испытание во Вьетнаме и был принят на вооружение в армии США. Он был рассчитан на использование передовых наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем являлся лазер с выходной мощностью 2.5Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко использовались интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Питание дальномера осуществлялось от батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24В, обеспечивающий 100 измерений дальности без подзарядки.

Лазерные дальномеры, установленные на современных танках, позволяют измерять дальность до цели в пределах от 200 м до 8 000 м (на американских и французских танках) и от 200 до 10 000 м (на английских и западногерманских танках) с точностью до 10 м. Большинство активных элементов лазерных дальномеров, устанавливаемых в настоящее время на танках и БМП западного производства, созданы на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент - кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+). Эти лазеры генерируют излучение на длине волны 1,06 мкм. Имеются также лазерные дальномеры в которых активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основой является кристалл окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3*. Лазеры на рубине генерируют излучение на длине волны 0,69 мкм.

Следующий этап военного применения лазерных дальномеров - их интеграция с индивидуальным стрелковым оружием пехотинца.

Примеров может служить штурмовая винтовка F2000 (Бельгия). Вместо прицела на F2000 может устанавливаться специальный модуль управления огнем, включающий в себя лазерный дальномер и баллистический вычислитель. Основываясь на данных о дальности до цели, вычислитель выставляет прицельную марку прицела как для стрельбы из самого автомата, так и из подствольного гранатомета (если он установлен).

Впервые на Западе лазерные дальномеры попали в свободную продажу в 1992 г. Тогда фирмa Leica, а затем Swarovski выпустили первые дальномеры с безопасным лазером. Чуть позднее Swarovski предложила модель дальномера, интегрированную в оптический прицел. Однако стоимость этих приборов (несколько тысяч долларов) была очень высока, и реально доступны для широкого потребителя лазерные дальномеры стали с 1996 г., когда фирма Bushnell предложила относительно недорогие приборы. С тех пор некоторые другие фирмы также стали активно работать в этом же направлении - среди них можно отметить Nikon (Япония) и Newcon (Канада). Но все-таки на сегодняшний момент, по данным зарубежной печати, только фирме Bushnell удалось захватить лидирующие позиции - ей принадлежит до 95% этого рынка в США, при этом в модельном ряду Bushnell пять базовых моделей, Nikon - две, Newcon - две, Leica - две. Bushnell , Newcon и Leica имеют в своем арсенале по одной модели выполненной в виде биноклей, весь остальной ассортимент - это монокуляры, приборы с одним оптическим каналом. В СССР (а затем в России) такое оборудование было доступно только военным, причем военные модели используют мощные лазеры, которые при попадании в глаза зачастую приводят к потере зрения и поэтому ни при каких обстоятельствах не могут быть выпущены на потребительский рынок.

Заключение

Технология лазерных дальномеров получила очень широкое применение во многих отраслях. Особое значение имеет технология фазовых лазерных дальномеров, так как она позволяет делать дальномеры очень точными, компактными и недорогими в производстве. В настоящее время лазерные дальномеры очень активно применяются в абсолютно разных областях жизни человека. Дальномеры активно применяются в военной технике, например в танках, и даже в стрелковом оружии пехоты. В гражданской жизни дальномеры очень активно используют в топографической съемке, фототехнике. Также дальномеры используют в охоте, для вычисления поправки при стрельбе на большие дистанции. Существуют даже спутниковые дальномеры, способны измерять расстояния в тысячи и десятки тысяч километров.

У этой технологии большое будущее, благодаря её дешевизне и точности. Она и дальше будет внедряться во всевозможные отрасли жизни, производства и военной техники.

Размещено на Allbest.ru