Ультразвуковой дальномер пособие. Лазерный дальномер – что это такое, как работает и какие виды существуют? Что такое ультразвук

2

Дальномеры – один из самых востребованных инструментов на любой стройке, будь то домашний ремонт или масштабное строительство.

Существует два основных типа дальномеров: ультразвуковые и лазерные. А по своему функционалу они делятся на бытовые и профессиональные.

Ультразвуковые дальномеры

Принцип работы ультразвукового дальномера схож с эхолотом и основан на отражении звука от измеряемого объекта. Основным преимуществом таких дальномеров является низкая цена, что делает их идеальными для бытового использования и квартирного ремонта. На сегодняшний день средняя стоимость прибора варьируется от двух до трех тысяч рублей.

Достоинства

• Измерение расстояний до объектов пропускающих свет, например, окон.
• Встроенный термометр – зачастую полезная функция на стройплощадке. Например, если необходимо соблюдать температурный режим высыхания бетонной смеси.
• Лазерный целеуказатель упрощает наведение на объект измерений. (присутствует не во всех моделях)

Недостатки

• Диапазон работы прибора не превышает 20-25 метров из-за рассеивания звуковых волн.
• Сравнительно невысокая точность измерений.
• Объект измерений должен быть достаточно большим, а его поверхность не должна поглощать звук.

Ультразвуковой дальномер стоит выбирать если вам не нужна высокая точность. Такой прибор отлично подойдет для оценки расстояний и предварительных расчетов.

Лазерные дальномеры

Огромный ассортимент лазерных рулеток включает в себя как бытовые приборы, которые лишь немного дороже ультразвуковых, так и профессиональные за несколько десятков тысяч рублей. Таким образом можно подобрать дальномер на любой бюджет и задачи.

Достоинства

• Измерительный диапазон от 30 до 250 метров (некоторые профессиональные модели).
• Высокая точность измерений ± 1-5 мм на всем диапазоне.
• Измерение расстояний даже до очень маленьких объектов, например шляпки гвоздя.
• Обширный вычислительный функционал даже у самых простых моделей: площадь, объем, теорема Пифагора и т.д.

Недостатки

• Некорректная работа при ярком освещении и в солнечную погоду. (проблема решается использованием специальных отражателей).
• Невозможность измерить расстояние до окон и зеркал.

Несмотря на незначительные недостатки даже самый простой лазерный дальномер во многом выигрывает у ультразвукового. Вы получаете хорошую точность и универсальность использования. Если рассматривать более дорогие модели вы получаете целый ряд полезных функций:

• Встроенная память позволяет производить серии измерений, не отвлекаясь на записи промежуточных результатов.
• Аналитические функции: расчет угла, неизвестной высоты и прочего.
• Запуск измерений по таймеру снизит погрешность измерений исключив смещение прибора при нажатии на клавиши.
• Синхронизация со смартфоном для переноса всех результатов измерений на чертежи.

Выводы

С развитием технологий ультразвуковые дальномеры постепенно отходят на второй план, уступая место лазерным, благодаря их точности и универсальности. Разница в стоимости все больше сокращается и на сегодняшний день каждый может позволить себе лазерный дальномер.

Дальномеры, современные приборы, используются для замера расстояния и применяются в разных отраслях строительства и при изготовлении мебели. Своей популярностью они обязаны высочайшей точности и дальности измерений. Заменяя примитивную рулетку, дальномер отлично справляется с измерениями и дает более точные результаты. При измерении больших расстояний его погрешность составляет миллиметры.

Существует 2 типа этого измерительного прибора, но то, какой выбрать дальномер (лазерный или ультразвуковой), можно определить после изучения технических характеристик и качеств каждого из аппаратов.

Самым простым и дешевым аппаратом, разработанным современными конструкторами, является ультразвуковой дальномер. Аналогичную конструкцию по-другому называют эхолотом. Они довольно часто используются во многих бытовых и промышленных сферах.

В конструкцию ультразвукового дальномера включается приемный и передающий блок, а также микропроцессор, который несет запоминающую функцию и впоследствии обрабатывает и отображает полученную информацию.

Принцип работы ультразвукового дальномера

Дальномер ультразвуковой работает путем направления испускаемого звука на какой-то предмет, который, в свою очередь, отражает его. Дальномер улавливает приемным блоком. Этот ультразвук не слышим окружающим. Скорость звука напрямую зависит от плотности воздуха, что способствует более точному расчету расстояния.

В процессе внедрения новых технологий и производственных возможностей конструктора добились усовершенствования конструкции аппарата. Это позволило создать новый прибор, более точно направленный звуковым пучком. Был создан ультразвуковой дальномер с лазерной указкой. Такой аппарат значительно увеличил точность измерений и облегчил проведение работ.

Приобрести ультразвуковой дальномер на сегодня можно на любых торговых точках, занимающихся измерительными приборами.

Такой аппарат имеет значительные недостатки. Главным минусом является точность замера, так как она определяется с учетом окружающей среды, в которой будет распространяться звук. Параметры и значения (главным из которых является плотность) не могут быть постоянными и имеют способность изменяться в период работ. Немаловажным недостатком считается и ограничение длины измерений, так как пределы расстояния – от 30 см до 20 м.

В связи с этим использовать ультразвуковые приборы можно в том случае, когда не требуется точных замеров и замеров не более допустимых пределов. В иных случаях лучше приобрести дальномер лазерный, хотя он стоит немного дороже, но имеет лучшие технические характеристики.

Вернуться к оглавлению

Лазерный дальномер: особенности

Сегодня лазерный дальномер, или как называют его по-другому – лазерная рулетка, является необходимым прибором при строительстве и отделке. Он используется для проведения как внутренних, так и наружных работ.

Этот тип дальномеров представляет собой небольшой оптико-электронный аппарат для проведения замеров расстояния. Сегодняшние производители рады предложить широкий спектр моделей с расширенными функциями, позволяющими производить вычисление площади, объем помещения, выполнять измерения объектов, расположенных в недоступных местах, которые производятся по теореме Пифагора. Помимо того, во время проведения работ можно передавать данные для обработки на ПК и, в зависимости от модификации прибора, выполнять другие дополнительные функции.

Многие модели оснащены противоударными, пыле- и влагозащитными корпусами, в связи с чем их можно применять при любых условиях проведения работ.

Вернуться к оглавлению

Принцип работы с лазерным дальномером

При работе с такой модификацией прибор устанавливается на ровную плоскость и включается.

После этого аппарат необходимо настроить и генерировать лазерный луч, который имеет красный цвет и направляется в требуемую точку. Эта точка отражается в приемный блок, и расстояние прибора до объекта фиксируется на специальном дисплее, расположенном в корпусе дальномера.

По следующему принципу: аппаратом посылаются импульсы на цель, которая, в свою очередь, их отражает, а встроенный элемент микропроцессора определяет длину с учетом времени с того момента, когда был послан импульс, до приема отражения.

Вернуться к оглавлению

Преимущества дальномера в отличие от простой рулетки

Лазерный дальномер характеризуется следующими особенностями:

1. При замерах можно обойтись без посторонней помощи.
2. Используя лазерный дальномер, появляется возможность измерять объекты с препятствиями, которые невозможно замерить при помощи обычной рулетки.
3. Применение таких дальномеров значительно сокращает время проведения работ и проводит замеры наиболее точно.
4. Видимый лазерный луч является ориентиром, и в связи с этим проще и удобней работать.
5. При помощи лазерного прибора без проблем можно проводить и другие работы, например, устанавливать оконные рамы, подоконники, заливать цементный пол.
6. Такие приборы способны измерять не только длину, но площадь и объем.

Вернуться к оглавлению

Перед приобретением дальномерного устройства необходимо определиться с предстоящими работами, то есть с тем, для каких целей он нужен. Чем больше функций у прибора, тем он дороже будет стоить.

Пункты, которые необходимо учесть перед выбором:

1. Классификация.

Подобные приборы бывают:

• бытовые;
• профессиональные.

Если прибор приобретается для внутренней отделки квартир, то для этих целей подойдет простое бытовое устройство. Если предстоит работать при более суровых условиях и на сложных строительных объектах, то необходимо призадуматься над профессиональным оборудованием. Но цена на профессиональные приборы значительно выше. Бывает и так, что некоторые бытовые дальномеры могут быть оснащены дополнительными функциями.

1. Дальность замера.

Современные лазерные измерительные приборы могут иметь дальность луча до 200 м. Приобретая устройства с максимальной дальностью измерения, необходимо обратить внимание на приспособление для установки штатива, так как производя замеры на больших расстояниях, нужно иметь штатив. В случае использования прибора для строительства загородного дома или на строительных площадках небольшого размера, достаточно использовать дальномер с дальностью до 50 м.

1. Точность дальномера.

В основном все лазерные дальномеры обладают точностью измерений с погрешностью от 1.5 до 2 мм, что решает проблемы при бытовых и профессиональных застройках.

1. Производитель.

Качество дальномеров также напрямую зависит и от производителя. Самыми лучшими компаниями по производству дальномеров считаются BOSH, Stabila. Как правило, устройства европейских производителей намного дороже продукции китайского производства, но и качество китайских намного уступает.

1. Гарантийное обслуживание.

Любая известная компания на свое оборудование предоставляет гарантийный талон, предоставляющий право на сервисное обслуживание. В обычных случаях гарантия дается на 1-2 года на бытовые лазерные приборы и до 3 лет на профессиональное оборудование. Приобретая дальномер, необходимо выяснить, имеется ли центр для обслуживания оборудования той или иной фирмы.

1. Дизайн и удобство при использовании.

При подборе лазерного устройства необходимо его подержать в руках. Он должен быть удобным, нетяжелым и не выпадать из рук. Чем меньше габариты устройства, тем удобней его использовать, так как можно поместить даже в карман. Для удобства применения дальномера многие производители оснащают его корпус резиновыми деталями.

1. Функциональность.

Заказал это устройство из-за своей тяги к многофункциональными гаджетам. Дальномер, да еще рулетка для измерений небольших расстояний в одном флаконе – это прикольно! Конечно, я был в курсе, что измерение расстояния ультразвуком имеет множество недостатков и не идет в никакое сравнение с измерением лазерным дальномером, но возможность протестировать новое, да еще не описанное устройство взяла верх, и я его заказал.

Так что, если вам интересно, что из этого получилось…

Дальномер пришел в стандартной для магазина OEM-упаковке – белой картонной коробке. В комплекте был сам дальномер, источник питания (редкая для наших краев батарейка 23A 12V) и инструкция.

По дизайну и размерам дальномер сходен с обычной рулеткой. Только в отличие от рулетки сбоку расположены жидкокристаллический дисплей и функциональные кнопки.

С противоположной стороны – батарейный отсек и кнопка для сворачивания рулетки. Да, здесь в отличие от обычной рулетки лента фиксируется при извлечении.

С лицевой стороны – излучатель / приемник ультразвука, лазерный целеуказатель и кнопка активации измерения.

Сверху - тумблер включения и выход рулетки. Общая длина рулетки – 1 м. Материал – пластик. С одной стороны шкала в миллиметрах, с другой - в дюймах. По сравнению с моей 3-х метровой рулеткой из металлической ленты смотрится довольно скромно.

Вес дальномера с батарейкой – почти 90 г.

Корпус прибора скреплен только двумя болтами (два других закрывают отсек с рулеткой). Это позволило без проблем его вскрыть, для того чтобы ознакомиться с внутренним строением.

Измерения

Заявленные параметры устройства:

Измеряемое расстояние: 0.5 – 18 м.
Точность: 0.5%
Рабочая частота: 40 kHz
Рабочая температура: 0 – +43 градуса Цельсия

В отличие от измерений рулеткой, для осуществления корректных измерений ультразвуком требуется выполнение определенных условий:

1) Так как измерение осуществляется по принципу эхолокации (измеряется время, за которое ультразвуковая волна доходит до препятствия, отражается от него и возвращается назад), необходимо чтобы пространство между прибором и объектом, расстояние до которого измеряется, было свободно. Также нежелательно проводить измерения до предметов, которые могут поглощать звуковую волну (например, штор) и имеют неровную поверхность.

2) Скорость распространения ультразвука в воздухе зависит от температуры. Для оценки температуры в дальномер встроен термодатчик. Поскольку он находится внутри прибора, то при переносе его из одной температурной среды в другую перед измерением следует подождать, чтобы температура прибора сравнялась с температурой окружающей среды.

3) Фронт звуковой волны по мере распространения расширяется, поэтому если объект до которого проводится измерение находится на большем расстояния, он также должен быть достаточно большим (то есть измерение длины узкого и длинного коридора может оказаться некорректным).

4) Атмосферные колебания также оказывают влияние на измерение, поэтому прибор не рекомендуется использовать на открытом воздухе.

Ограничения, накладываемые на измерения, как видите, настолько существенны, что исключают профессиональное использование этого инструмента.

В быту же измерения необходимы довольно редко, они как правило происходят в более комфортных условиях и не требуют точности до миллиметра. Лично я делал их обычной рулеткой. Применимость ультразвукового дальномера для бытовых измерений в моем представление зависело от того, насколько удобным и точным это будет по сравнению с рулеткой.

Прежде всего, проверим точность определения температуры. Думаю приемлемо.

Процесс измерения заключается в наведении прибора на поверхность, до которой измеряется расстояние и нажатии на кнопку «MEAS». Поверхность в месте приложения звуковой волны подсвечивается лазером (это для того чтобы было видно, до куда конкретно мы измеряем расстояние), слышен негромкий щелчок и на экране отображается результат. Все занимает пару секунд.

Что касается точности измерений. В дальномере предусмотрен выбор измерения расстояния от задней (по умолчанию) или передней кромки. Независимо от выбора кромки, прибор почему то прибавляет 2 см. к результату измерения. Судя по схожей проблеме, описанной в , это очевидно какой-то нюанс электроники. Точность, как вы можете убедиться, в обоих случаях соизмерима точности рулетки (естественно учитывая отступ в 2 см). Расстояние между кромками – 7см.

От задней кромки


От передней кромки

Измерения проводились в узком и длинном коридоре, как раз в условиях, где применение ультразвукового дальномера не рекомендуется. По этой причине отправная точка измерений располагалась примерно посередине коридора, расстояния измерялись в обе стороны от нее, а для определения общей длины была использована функция суммирования (кнопка "+/= ").

В одну сторону получилось 5.29 м.

В другую – 9.29 м.

Итого – 14.58 м. Общее время измерений – секунд 30.

В принципе, таким способом можно суммировать любое число расстояний, тут главное не сбиться в процесс измерения.

Длина коридора по замерам рулеткой составила 15 м, а сам процесс измерения 3-х метровой рулеткой – около 5 минут (с учетом простановку пометок карандашом). Этот результат более точен, но трудозатраты значительно выше.

Помимо суммирования, прибор может умножать значения (кнопка "x/= "), что позволяет вычислять площадь

И объем

Выводы

Касательно применения ультразвукового дальномера как такового:

Плюсы:

Удобно. Не нужно мотаться с рулеткой по помещению. Процесс измерения занимает считанные секунды.

Минусы:

Низкая точность измерения . На процесс прохождения звука влияет довольно много внешних факторов, поэтому погрешность измерения в различных условиях будет также разная. К тому же, если рулеткой мы можем мерять просто по полу не смотря на его наклон, то дальномер придется фиксировать по уровню чтобы волна не ушла в сторону.

Ограниченная область применения . Расстояния можно измерять только до относительно больших и плоских предметов и только в помещении.

Касательно самой идеи совмещения рулетки и дальномера.

Как обычно у китайцев – отличная идея и хромающая реализация. Сам по себе ультразвуковой дальномер мало востребован из-за низкой точности и ограниченной области применения. Если снабдить его рулеткой, то можно проводить измерения на скорую руку дальномером, а более точные или недоступные дальномеру измерения рулеткой.

В реальности же, область применения измерений рулеткой значительно выше, следовательно, нужно было бы к качественной рулетке приделать дальномер. То есть чтобы в качестве дополнительной опции выступал дальномер, а не посредственная рулетка делала из посредственного дальномера многофункциональное устройство.

В общем, как идея такой «комбайн» вполне имеет право на жизнь. Что касается этой конкретной реализации – решать вам. Лично я удовлетворил свое любопытство, получив этот инструмент бесплатно на обзор от интернет - магазина Chinabuye.com. Купил бы я его? Думаю - нет. Слишком мало ситуаций в которых я бы нашел ему применение.

Планирую купить +9 Добавить в избранное Обзор понравился +9 +30

Бесконтактные способы измерения расстояний, используя волны в ультразвуковом диапазоне широко применяются в нашей повседневной жизни. Мы сталкиваемся с ними, делая УЗИ в поликлинике, используя эхолот на рыбалке. Парктроник в автомобиле помогает нам избежать столкновения, сдавая задним ходом. И конечно же ультразвуковые датчики широко применяются в робототехнике, помогая нашему роботу лучше «осязать» мир. В живой природе принцип ультразвуковой локации используется, например, летучими мышами и дельфинами. Сегодня я расскажу как же все это работает.

Что такое ультразвук

Человек способен воспринимать звуковые волны, совершающие колебания в диапазоне от 20 до 20000 Гц (напомню, 1 Герц — это число колебаний в секунду). С возрастом диапазон воспринимаемых нами частот снижается, но в среднем, ребенок способен воспринимать звук именно в этом диапазоне. Если же колебания звуковых волн превысят этот диапазон, то человек перестает воспринимать их, но летучие мыши, собаки, дельфины, и мотыльки вполне могут их услышать. Такие колебания являются примерами ультразвука. Ультразвук — это упругие колебания и волны в диапазоне от 20 кГц до 1 ГГц. Термин упругие подчеркивает неэлектромагнитную природу этих колебаний и волн.

Длина волны находится в обратной зависимости от ее частоты, следовательно ультразвуковые волны, по сравнению с обычным звуком имеют меньшую длину волны. Вследствие этого, ультразвуковые волны отражаются от различных препятствий гораздо лучше, чем обычные звуковые волны, что делает их весьма полезными на практике.

Пьезоэффект и магнитострикция

Как же получить колебания в ультразвуковом диапазоне?

Кристаллы некоторых материалов (таких как кварц) способны совершать очень быстрые колебания, при прохождении через них электричества. Это, так называемый, обратный пьезоэффект . Во время вибрации, они толкают и тянут воздух вокруг себя, производя, тем самым, ультразвуковые волны. Устройства, которые производят ультразвуковые волны с помощью пьезоэлектричества известны как пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрические кристаллы также работать в обратном порядке: если ультразвуковые волны, распространяясь по воздуху, сталкиваются с пьезоэлектрическим кристаллом, слегка деформируют его поверхность, в результате чего в кристалле возникает электрическое поле. Итак, если подключить пьезоэлектрический кристалл к измерителю электрического напряжения, мы получим детектор ультразвука.

Ультразвуковые волны могут быть получены с использованием магнетизма вместо электричества. Так же, как пьезоэлектрические кристаллы производят ультразвуковые волны в ответ на электричество, существуют и другие кристаллы, которые излучают ультразвук в ответ на магнетизм. Это эффект магнистрикции . Такие кристаллы называются магнитострикционными кристаллами. Датчики, использующие их, называются магнитострикционными преобразователями.

В англоязычной литературе ультразвуковые датчики называются ultrasound sensor .

Ультразвуковой дальномер

Используя пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи мы можем создать устройство, измеряющее расстояние до объектов — ультразвуковой дальномер, который работает следующим образом.

В момент измерения мы создаем электрическое колебание при помощи генератора, которое преобразуясь (например, при помощи пьезокристалла) в ультразвуковую волну, излучается в окружающее пространcтво. Эта волна отражается от препятствия и возвращается как эхо в приемник (также можно использовать пьезокристалл). Измеряя время между посылкой и приемом нашего отраженного сигнала и, зная скорость звуковой волны , распространяемой в данной среде (для воздуха это величина около 340 м/с), мы можем вычислить расстояние до препятствия.

• Измерения объектов из звукопоглощающих, изоляционных материалов или имеющих тканевую (шерстяную) поверхность могут привести к неправильным измерениям вследствии поглощения (ослабления) сигнала. Домашний кошара может стать этаким «стелсом» для ультразвукового дальномера.
• Чем меньше объект, тем меньшую отражающую поверхность он имеет. Это приводит к более слабому отраженному сигналу.

Зная ограничения, связанные с физической природой ультразвука можно решить подходит этот тип дальномера для вашей задачи или же нет.