Для реализации SLAMнеобходима аппаратная база. В совместной работе кафедры «Мехатроника и Робототехника» с предприятием ОАО «Восход КРЛЗ» был разработан сканирующий лазерный дальномер. Трехмерная модель сканера приведена на рисунке (Рисунок 3).

Технические характеристики:

Тип лазера: Импульсный;

Мощность лазерного излучения: 75 Вт в импульсе;

Угол сканирования: 90 0 ;

Высота плоскости сканирования относительно основания: 140 мм;

Количество точек в одном скане: 5000 точек;

Максимальное измеряемое расстояние: 31 м;

Погрешность измерений: до ±2% от измеряемого расстояния;

Напряжение питания: 12 В;

Ток потребления: 0.9 А;

Рисунок 3 – Трехмерная модель сканера

1. Структурная схема сканирующего лазерного дальномера

Техническое задание было сформировано предприятием ОАО «Восход КРЛЗ».

Основные положения ТЗ:

Дальномер должен работать на основе импульсного метода дальнометрирования;

Отказ от использования дорогостоящих ПЛИС схем;

В качестве лазерного диода использовать SPL_PL90_3 фирмы изготовителя OSRAM;

По возможности использовать компонентную базу производимую предприятием заказчиком

Во ходе работы была разработана структурная схема сканирующего лазерного дальномера (Рисунок 4).

Рисунок 4 – Структурная схема дальномера

Во избежание передачи электромагнитных помех от схемы запуска лазера в фотоприёмное устройство, и повышения точности измерений, было решено разделить питание лазерного излучателя от питания остальной схемы .

Разработка сканирующего лазерного дальномера разделилась на этапы:

Разработка электронных схем

Разработка фотоприёмного устройства;

Разработка лазерного излучателя;

Разработка генератора стартового импульса;

Разработка вычислительного блока;

Разработка блока питания;

Разработка механики лазерного сканирующего дальномера

1. Разработка электронных схем

   1. Разработка фотоприёмного устройства

Для того чтобы принять отраженный от объекта сигнал необходимо фотоприёмное устройство (ФПУ). Оно включает в себя линзу, оптический фильтр, корпус, фотодиод, схему усиления сигнала (Рисунок 5), и компаратор. Максимальная дальность сканирования в первую очередь зависит от ФПУ и уже потом от мощности лазера .

Рисунок 5 – Первый каскад усилителя

В схеме используется фотодиод КОФ137В производства КРЛЗ «Восход», он имеет следующие характеристики:

Чувствительность: 0,75 А/Вт;

Темновой ток: 10 нА;

Чувствительность отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

В физикеиэлектроникетемновым током называют малыйэлектрический ток, который протекает пофотодиоду, в отсутствии падающихфотонов. Физической причиной существования темнового тока являются случайные генерацииэлектроновидыроквp-n слоеустройства, которые затем начинают упорядоченно двигаться за счет сильногоэлектрического поля. Темновой ток - один из главных источников шума .

Усилитель представляет собой 3 каскада выполненных на ОУ ADA4817-1, технические характеристики которого приведены в . Первый каскад является преобразователем ток-напряжение с коэффициентом усиления 2400. Второй и третий каскады – это одинаковые усилители с коэффициентом усиления 10 (Рисунок 6).

Рисунок 6 – Второй и третий каскады усиления

Одним из важнейших расчетов фотоприёмного устройства является энергетический расчет.

У любого фотоприёмника, помимо темнового тока фотодиода, есть шумовой ток, зависящий от полосы пропускания, который рассчитывается по формуле:

Исходя из формулы (6) шумовой ток прямо пропорционален корню квадратному из полосы пропускания фотоприёмника.

Для нахождения шумового тока рассчитаем полосу пропускания фотоприёмника. Резистор и конденсатор в обратной связи представляют собой фильтр верхних частот, а в паре с обвязочным конденсатором этот резистор образует фильтр верхних частот. Для расчета частоты среза RC-фильтров применяют формулу:

Используя формулу (7) найдем верхнюю и нижнюю границу полосы пропускания фотоприёмника:

Зная значения верхней и нижней границы можно рассчитать полосу пропускания:

Подставляя значение, полученное в (10), в формулу (6) рассчитаем величину шумового тока:

Для того чтобы определить полезный сигнал на фоне шумов, он должен быть в 5–10 раз больше чем сумма темнового тока фотодиода и шумового тока приёмника . Зададимся значением полезного сигнала, величиной 3 мкА. Исходя из чувствительности фотодиода, определим мощность оптического излучения, которое должно попадать на него для генерации тока равного 3 мкА:

(12)

Фотоприёмное устройство, помимо фотодиода и схемы усиления, содержит в своём составе оптическую систему, включающую в себя линзу диаметром 30 мм и фокусным расстоянием 51 мм, и оптический фильтр, пропускающий только излучение с длинной волны 905 нм. Оптический фильтр необходим для уменьшения влияния засветки на фотодиод. Он расположен между линзой и фотодиодом, при его установке необходимо учитывать что фокусное расстояние увеличится на величину равную толщине фильтра. Это происходит потому, что свет распространяется в фильтре параллельными лучами.

Для того чтобы определить максимально возможное расстояние, на котором полезный сигнал будет различим на фоне шумов, проведем энергетический расчет. Лазерный луч, попадая на объект, отражается от него в виде полусферы, и в результате не все излучение попадает на фотоприёмник (Рисунок 7).

Рисунок 7 – Отражение лазерного луча от объекта сканирования. 1 – ФПУ; 2 – лазерный излучатель; 3 – объект сканирования.

Конус, образующийся площадью линзы фотоприёмника и расстоянием до объекта сканирования, называется зрительным углом. Он определяет ту мощность, которая непосредственно попадет на ФПУ. В этом и заключается цель энергетического расчета фотоприёмника.

– мощность лазерного излучения (для SPLPL90_3); D – диаметр линзы ФПУ (D=30 мм);r – расстояние до объекта.

Преобразовав формулу (13), выведем r:

Подставив значения в формулу (14) получим максимальное расстояние которое возможно измерить:

(15)

Значение полученное в выражении (15) является идеальным, в реальности же большинство объектов поглощают часть излучения. Для объектов, с отражательной способность 18%, максимальное расстояние будет равно:

ФПУ включает в себя компаратор, необходимый для получения логического сигнала. В схеме используется компаратор ADCMP600, технические характеристики которого приведены в (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Компаратор

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:


Как видно, расстояние до отражателя - 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера - 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз - 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять - на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов - у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность - довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Теги:

• лазерный дальномер
• stm32
• stm32f4discovery

Добавить метки

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:

Как видно, расстояние до отражателя - 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера - 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз - 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять - на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов - у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность - довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Измерение расстояния до берега по известной высоте какого-либо ориентира широко применяется на практике судоводителями малых судов. Если на борту есть секстант, то с его помощью можно достаточно точно измерить вертикальный угол между основанием предмета и его верхним концом, а затем рассчитать расстояние, умножив известную высоту маяка, трубы, здания и т. п. на котангенс полученного угла. Если секстанта нет, то можно воспользоваться простой линейкой с делениями, поставив ее вертикально в вытянутой руке и измерив видимую высоту предмета h.

Зная расстояние L от глаза до линейки, можно рассчитать расстояние до предмета по закону подобия треугольников, имеющих стороны Н и D и h и L:

Для повышения точности измерений к линейке можно привязать шнурок определенной длины, например, 80 см и надевать его на шею. Этим гарантируется постоянство величины L.

За рубежом появились простые по конструкции и дешевые карманные дальномеры, в которых использован тот же принцип подобных треугольников. Такие дальномеры делаются из оргстекла или непрозрачной пластмассы. На рисунке показан вариант такого дальномера, состоящего всего из трех деталей - не составит большого труда сделать подобный дальномер самостоятельно, своими руками .

Устройство дальномера - прибора для определения расстояний

Одна из них представляет пластину с рукояткой и пазом, в котором свободно перемещается ползунок. На кромках паза нанесены деления с цифрами, которые представляют собой частное h/L. При определении расстояния дальномер нацеливают пазом на маяк и передвигают ползунок большим пальцем таким образом, чтобы его нижняя кромка коснулась верхнего края маяка, а нижняя кромка паза совпала с основанием маяка. Достаточно теперь умножить цифру, против которой остановился ползунок, на высоту маяка, снятую с карты, чтобы получить расстояние до него.

Принцип действия дальномера

Самодельный дальномер - прибор для определения расстояний можно использовать и в горизонтальном положении, когда за базу принимается известное расстояние.

Дальномер своими руками.Возможно ли это?

hundert 16-01-2007 14:34

Пы-Сы. поиск ничего вразумительного не дал 🙁

ober 16-01-2007 14:41

дальномерная шкала тебе поможет

Sana 16-01-2007 14:42

Самый простой дальномер — рулетка. Есть модели до 100 метров меряют! а точность какая!

Кайнын 16-01-2007 14:48

есть оптические дальномеры — принцип действия, как в старых фотоаппаратах.

те, которые я видел, похожи на видеокассету VHS и стоили порядка 2000р.
последний раз видел в Спортактиве на Звенигородском шоссе (Москва)

точность определения хороша до 30-40м, потом падает — а именно после 50м она как раз и нужна.

ober 16-01-2007 14:59

Про рулетки лазерные забыли

julbu 16-01-2007 15:01

Кайнын 16-01-2007 15:01

quote: Originally posted by ober:
Про рулетки лазерные забыли дешевле обычных дальномеров?

ober 16-01-2007 15:03

ВОт положа руку на сердце — цену не знаю. Видел ультразвуковую. Примерно за 1900 рублей.

Кайнын 16-01-2007 15:09

был проще способ.

hundert 16-01-2007 15:10

to ober
дальность у УЗ рулеток мала
to sana
а кней еще молоток и набор гвоздей, что бы кары не улетали пока до них расстояние меряют:-)))

julbu 16-01-2007 15:15

был проще способ.

поставить указку над (под) прицелом максимально далеко.

и свести точку от рулетки и перекрестье прицела на дистанцию пристрелки — на 50м, например.
на других расстоянийх пятно будет выше (ниже) перекрестья на величину, четко зависящую от дальности. сделать табличку — и всё.

ober 16-01-2007 15:22

2 hundert: скажу еще больше — до малоразмерной цели уз-рулетки ваще не меряют. Но в тире видел лазерную рулетку в действии. Демаскирующий признак — красное пятно — сведет на нет все попытки замерять растояние на охоте.

KVK 16-01-2007 15:30

Помниццо в школьном учебнике был вариант дальномера

hundert 16-01-2007 15:43

to ober
мерять не по цели а окружающей её деталям местности, а насчет рулетки это правда — даже расстояние до столба ей не отметить, не увидит она столб

Миротворец 16-01-2007 15:57

quote: Originally posted by Кайнын:

поставить указку над (под) прицелом максимально далеко.
и свести точку от рулетки и перекрестье прицела на дистанцию пристрелки — на 50м, например.
на других расстоянийх пятно будет выше (ниже) перекрестья на величину, четко зависящую от дальности. сделать табличку — и всё.

я на крыссе1377ПСП так и проверяю растояние, по точке от ЛЦУ.
30м-ноль. днем не всегда заметно точку

ober 16-01-2007 16:47

если ворона на ветке, то рулетка отдыхает. Если утка на воде, то рулетка отдыхает.

Igor_IVS 16-01-2007 21:00

Есть способ заиметь хороший (очень) дальнемер, ищеш прапорщика и покупаеш прицел с дальнемером от, например Т72, там даже есть автоматический ввод поправок и выбор типа боеприпаса Вот только он несколько тяжеловат, поэтому сп. ть не вышло

CEMEHbi4 16-01-2007 21:51

Ну по оптикомеханическому уже сказали.
Лазерный дальномер тоже можно сделать в домашних условиях, но стоимость его значительно превысит стоимость китайского и будет чуть больше никона — поэтому невыгодно.

Точно. A потом с ним в автосервис и вам его не дорго врежут в крышу автомобиля

Demetriu$ 17-01-2007 12:19

Да купи за 5 килорублей китайский и радуйся, я когда понял, что без него никак, решил взять и до сих пор еще не пожалел.

Конацкий 17-01-2007 07:53

quote: Originally posted by KVK:
Помниццо в школьном учебнике был вариант дальномера

Картонная полоска с треугольным отверстием. Типа наводишь треугольничек на человека, чтоб он был вписан между катетом и гипотенузой и бац — тебе и расстояние по шкале, что возле катета нарисована

Master_pj 17-01-2007 12:43

Еще способ. Скорее этим способом все и закончится.
1) Задушить жабу.
2) Удариться в накопительство.
3) за 5-7 тыров купить девайс.

и будет тебе счастье.

ober 17-01-2007 13:55

quote: Originally posted by Конацкий:
Рулезно.

Ничего не напоминает?

КОРНЕТ 17-01-2007 18:41

Storag 17-01-2007 19:50

quote: Originally posted by Igor_IVS:

Есть способ заиметь хороший (очень) дальнемер, ищеш прапорщика и покупаеш прицел с дальнемером от, например Т72, там даже есть автоматический ввод поправок и выбор типа боеприпаса Вот только он несколько тяжеловат, поэтому сп. ть не вышло

Гы, ДАК-2 (или ДАК-2М) рулит, карры при замере дальности сами падают, слепит он их Не раз сбивали во время учений!

EagleB3 17-01-2007 22:36

Всё. срочно меняюсь: ПСП на ДАК-2 (или ДАК-2М)

Леша 18-01-2007 12:46

quote: Originally posted by Ст.Сержант:

Я как то взял «JJ» на «померить» постоянные дистанции, долго удивлялся почему «БК» не правильно работает
А не так давно взял N-440 опять на померить, ой, я то думал что у меня 78 метров, а оказалось 67. и «БК» стал правильно работать

Может он в ярдах показывал?

Storag 18-01-2007 16:34

Обязательно требуй в комплекте родной заводской моноблок.
Ну, тот, который с гусеницами.

Это ранцевые дальномеры Носить на спине можно, правда габариты и вес несколько больше чем у радиостанции типа Р-108

EagleB3 18-01-2007 19:45

quote: Originally posted by Storag:
Это ранцевые дальномеры А я почему-то решил, что танковый. Обшибочка вышла!

BlackBuzz 18-01-2007 20:32

P.S. Хоть штангенциркулем меряй =)

hundert 19-01-2007 17:37

нет уж нах.
буду лучше глазомер тренировать, а на экономию поощрять (за правильно определенную дистанцию) организм пывом:-)))

england66 21-01-2007 15:52

Не знаю насколько он точен, но в полученном мною вчера прицеле (HAwke SR 4-16. 50 IR) есть шкала дальномера. А дополнительно можно скачать прогу (Hawkeoptics/brc) .Пойду постреляю, расскажу насколько им верить мона.

hundert 22-01-2007 13:35

quote: Originally posted by england66:
Не знаю насколько он точен, но в полученном мною вчера прицеле (HAwke SR 4-16. 50 IR) есть шкала дальномера. А дополнительно можно скачать прогу (Hawkeoptics/brc) .Пойду постреляю, расскажу насколько им верить мона.

Gaydamak 22-01-2007 15:44

У ДАКа расчет три чела. Один акум весит 68 кг. Серебро, однака.

Piston_Po 22-01-2007 18:39

В середине 80-х я занимался фотографией (Смена-8м), так вот с тех пор у меня остался дальномер. Выглядит по длине как 2 спичечных коробка, по ширине — 0,5 коробка. Есть смотровое окошечко, снизу крепление под гнездо для фотовспышки и колёсико с метражём — от 1 до 15 м затем бесконечность. Принцип работы: смотришь в окошко, внутри желтенькое пятнышко, которое наводишь на объект, внутри пятнышка объект «двоится», затем крутишь колёско до объект не двоится и снимаешь метраж. Всё хорошо, но до 15 м. Принцип — оптико-механический, вот я думаю изменить какой-нить угол зеркальца и откалибровать метров до 100. Кто как думает, сработает?

EagleB3 22-01-2007 20:21

quote: Originally posted by Piston_Po:
Принцип — оптико-механический, вот я думаю изменить какой-нить угол зеркальца и откалибровать метров до 100. Кто как думает, сработает? А куда же оно денется. Сработает. Только есть 2 «НО» (оба вытекают из того, что у обычного фотоаппарата, для которого та приблуда и была разработана, с 10..12м начинается «бесконечность», т.е. все предметы от 10м и далее получаются резко, => более 10 метров мерять никому и нафиг не надо). Итак, будет работать, но:

1) надо менять не угол зеркальца, а БАЗУ (расстояние между оптическими осями приемников лучей). Не увеличишь базу — с увеличением дистанции будет расти погрешность измерения. Чтобы иметь такую же погрешность на дистанции 100 метров, какую сейчас этот дивайс имеет на 10, тебе надо базу увеличить в 100/10 = 10 раз. Если сейчас расстояние между окошками 8 см, то должно стать 80 см. Угол настройки, тогда, кстати, менять и не придется. Чистая геометрия.

2) надо разглядеть то, во что целишься. До 15 метров увеличение не больно нужно. А на 50 метров ты разглядишь — двоиться контур у вороны или уже нет?

d!k 24-01-2007 03:23

quote: Originally posted by EagleB3:
Обязательно требуй в комплекте родной заводской моноблок.
Ну, тот, который с гусеницами.

Старшина объясняет устройство бронетранспортера, упоминая, что на нем есть рация. Кто-то
из солдат спрашивает:
— Товарищ прапорщик, а эта рация на лампах или на полупроводниках?
— Повторяю для идиотов. Эта рация на бронетранспортере.

Nr45 24-01-2007 17:35

а еще оптические стоят или стояли на крейсере Аврора, может там наковырять?

Бродит такая мыслишка на уровне концепции.
Да, сделать можно, да недорого, но!
Даже для сборки и отладки готовой конструкции, нужен как минимум уровень «опытного радиолюбителя», для проектирования — чуток побольше.
Суть довольно проста, и вытекает из задачи:
1. Дистанции 0. 100 (150) метров.
2. Точность +/- 0,5м (+/- 1м).
3. Дешево.
В качестве оптического визира — китайский «карандаш» 4×20.
Необходим инфракрасный лазерный модуль (диод с линзой) не менее 5мВт мощи, кварцевый генератор синуса 455 или 465 кГц, драйвер лазера.
В приемном канале — собственно фотоприемник, усилок с АРУ, фазовый детектор, далее контроллер с АЦП и нужной прошивкой (PIC/ATmega).

Ну как, не передумали еще?
Это при том, что используется упрощенный метод с одной несущей частотой (в фирменных, более точных приборах — несущих две).

Я не особо силен в аналоговой схемотехнике, по этому идея пока задвинута в долгий ящик, на повестке дня (и в процессе) строительство точного хрона с базой 1000мм, но если кто то возьмется за аналоговую часть разработки — я сделаю цифровую.

julbu 06-02-2007 10:59

Marauder_64 06-02-2007 15:35

Необходим инфракрасный лазерный модуль (диод с линзой) не менее 5мВт мощи.
В приемном канале — собственно фотоприемник.
Юстировка даже такой простенькой системы будет делом непростым (попробуй-ка поймать зайчик, да ещё сфокусировать его). Скорее всего система получится либо трудно повторимой, либо трудно настраиваемой. Плюс меры для механической прочности. ИМХО легче Leika Disto разломать. Кстати повторить её «механику/оптику» врядли удастся — нужен доступ к технологии точного литья. В 90-е годы у нас в конторе пытались микрософтовскую мышь скопировать — всё содрали. софт, конструктив. даже шарик обрезиненный, шершавенький такой слепили а колесико с прорезями так и не смогли — то прорези разной толщины, то крутится яйцом — так и бросили. причем контора (по возможностям) до сих пор входит в список ведущих НИИ МинАтома (раньше шутили — министерство средних мегатонн).

Нужно использовать модули с нормированными углом расхождения и
соосностью луча и корпуса, такие есть, и можно найти относительно
недорого.
Ловить обратный луч ненужно, в реальном мире, у реальных предметов,
всегда есть микрорельеф, отражение всегда будет сильно рассеяно.
Единственная серьезная проблема — поставить крест визира на невидимое
пятно, тут уже придется поломать голову и помучатся.

Альтернатива — переход в видимый диапазон, юстировка в режиме
непрерывного излучения, но работа с импульсным. В первую очередь для
безопасности зрения, ну и конечно что бы воронтусов не пугать,
но это заметно усложняет электронную часть.

xopxe 07-02-2007 18:05

quote: Originally posted by hundert:
Ну уж очень хочется заиметь такой девайс, но земноводное душит при взгляде на магазинные ценники.
Мож существует на свете что нибудь подобное, даже не лазерный, а какой нить оптико-механический, который можно воспроизвести в домашних условиях.
Пы-Сы. поиск ничего вразумительного не дал 🙁

whisper 26-02-2007 06:10

Заранее спасибо.

xopxe 26-02-2007 10:57

quote: Originally posted by whisper:
Всем привет. На уровне идеи делать лень. Берём штангенциркуль на штанге устанавливаем китайскую лазерную указку (далее ЛУ) на нониус устанавливаем вторую ЛУ под углом и совмещаем две точки на дистанции от 10 до ста метров так что бы на циркуле отношение было метр к миллиметру. Остаётся навести на цель и точно совместить точки от ЛУ. Я понимаю что ещё необходимо монокуляр с большой кратностью что бы совмещать точки. Как думаете что получится?
Наверняка кто то уже делал получилось что ни будь путное?
Заранее спасибо.

А можно еще так (у меня так непроизвольно получилось). Ставите колиматорный прицел и ЛЦУ. Настраиваите ЛЦУ и колиматорный, например, на 20 м. На всех дистанциях, кроме 20 м, метки прицелов будут расходиться, по расстоянию между ними можно определять дистанцию.(прицел желательно с сеткой, не знаю, бывают ли такие.)

Doktor77 26-02-2007 12:54

Любое угломерное приспособление на короткой (небольшой то есть) базе будет безбожно врать, так как точность измерения угла недостаточная (из реально достижимых). Чем будет угол определяться — совмещением изображений или лучами — уже не столь важно.

С уважением — Doktor77

whisper 26-02-2007 15:40

Полностью согласен с Doktor77 это конечно не очень серьёзно
Было интересно может ктопробовал с ЛУ ставил эксперимент и нтересно что получится может и сам займусь
С уважением.

ZombY238 26-02-2007 19:04

блин. ну я вообще непонимать..
винтовка, для которой необходим дальномер, обойдётся минимум в 4-6к. а то и во все 10 с лишним. а на дальномер (если уж по прицельной сетке мерить впадлу) наскрести не могут. (за 6-8к можно оч неплохой девайсик купить, а просто «работающие» агрегаты — от 4)
а работа над изготовлением самодельного лазерного дальномера — это Слишком сложная и трудо/время/деньго-затратная затея имхо. (сам оптик, имею некоторое представление о сём приборе)

© 2017 Данный ресурс является облачным хранилищем полезных данных и организован на пожертвования пользователей сайта forum.guns.ru, заинтересованных в сохранности своей информации

Денисюк Роман Эдуардович

Лазерный дальномер своими руками

В продаже, есть большое количество дешевых датчиков – дальномеров, в их числе ультразвуковые и инфракрасные. Все эти устройства работают хорошо, но из-за значительного веса, не подходят для летающих роботов. Миниатюрный робот вертолет, например, может нести около 100 г полезной нагрузки. Это даёт возможность использовать, для поиска препятствий и предотвращения столкновений с ними, машинное зрение, используя веб-камеры (или другие миниатюрные, беспроводные камеры с подключением к компьютеру через USB). А еще лучше, установить две камеры, что обеспечит роботу, стерео зрение, таким образом, благодаря информации о глубине изображения, улучшится обход препятствий. Недостатком этой идеи является сравнительно большой вес камеры.

1. Лазерный дальномер из веб-камеры

1.1. Принцип работы

Лазерная точка проектируется на возможное препятствие, лежащие в поле зрения камеры, расстояние до этого препятствия может быть легко вычислено. Математика здесь очень простая, обработку данных лучше всего производить в компьютерных приложениях. (см. рис. 1.1)

Рисунок 1.1 – Принцип действия дальномера

Итак, вот как это работает. Лазерный луч проецируется на объект в поле зрения камеры. Этот луч должен быть идеально параллелен оптической оси камеры. Лазерная точка захватывается вместе с остальной сценой. Простой алгоритм ищет на изображении яркие пиксели. Предполагая, что точка лазера является яркой на фоне более тёмной обстановки (я использовал обычную лазерную указку купленную в магазине за доллар), изначально положение точки в кадре не известно. Затем нам нужно рассчитать дальность до объекта, основываясь на том, где вдоль оси Y находится лазерная точка, чем ближе она к центру изображения, тем дальше находится объект.

Как мы видим из рисунка выше, расстояние (D) может быть рассчитано по формуле:

Конечно, для решения этого уравнения, вы должны знать, h – фиксированное расстояние между лазерной указкой и камерой. Знаменатель высчитывается так:

Для калибровки системы, мы будем собирать серию измерений, где нам известно, дальность до цели, а также количество пикселей центра изображения до точки лазера.

Используя следующее уравнение, мы можем вычислить угол наклона в зависимости от значения h, а также фактическое расстояние до каждой точки.

Теперь у нас есть расчётные значения, мы можем придумать отношения, что позволяет нам рассчитывать, дальность, зная количеством пикселей от центра изображения. Можно использовать линейную зависимость.

1.2. Компоненты

Для сборки дальномера требуется не так много деталей: веб-камера и лазерная указка. Для соединения лазерной указки и камеры необходимо вырезать раму из жести или фанеры:

Собранный дальномер должен выглядеть примерно следующим образом:

1.3. Программное обеспечение

Программа-обработчик написана на двух языках: Visual C ++ и Visual Basic. Вы, вероятно, подумаете, что программа на Visual Basic проще, чем на VC ++ в плане кода, но во всём есть компромисс. Код на VC ++ можно собрать бесплатно (при условии, что у вас есть Visual Studio), в то время как код VB требует приобретение программных пакетов сторонних производителей (в дополнение к Visual Studio).

Коды программ написанных на Visual Basic и Visual C ++ можно найти по ссылке: www.cxem.net

1.4. Дальнейшая работа

Одним из конкретных улучшений, которые могут быть внесены в этот дальномер, является проекция горизонтальной лазерной линии, вместо точки. Таким образом, мы сможем вычислять расстояние до цели, для каждого ряда пикселов на изображении .

2. Фазовый лазерный дальномер

В даном разделе описаны натуральные испытания макетного образца фазового лазерного дальномера, полученного собственными силами.

2.1. Выбор метода измерений

Принцип действия дальномера физического типа заключается в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта.

Существует несколько методов измерения дальности:

1. Метод триангуляции.

3. Импульсный метод.

4. Фазовый метод.

Разрабатываемый лазерный дальномер предлагается выполнить но основе фазового метода. Фазовый метод измерения расстояний основан на определении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов.

Режим работы устройства зависит от его температуры, с изменением которой незначительно изменяется фаза сигнала. Вследствие этого точное начало отсчета фазы определить нельзя. С этой целью фазовые измерения повторяются на эталонном отрезке (калибровочной линии) внутри прибора. Главное преимущество фазового метода измерения – более высокая точность, которая может достигать единиц миллиметров .

2.2. Создание макетного образца

Для проверки теоретических положений на практике, проверки устойчивости усилительных каскадов и предварительной оценки чувствительности и уровня шумов измерительного канала отраженного лазерного излучения был разработан и исследован его макетный образец.

В качестве излучателя при разработке макетного образца использован стандартный модуль красного лазерного светодиода (см. рис. 2.1) мощностью 5 мВт длиной волны 650 нм.

Рисунок 2.1 – Модуль лазерного светодиода

Для регистрации отраженного лазерного излучения в качестве фотоприемника использован pin-фотодиод bpw24r (см. рис. 2.2). К преимуществам данного фотодиода следует отнести высокую чувствительность в красной области видимого спектра, узкую диаграмму направленности и малую емкость р-п-перехода (5 пФ). Максимальная рабочая частота 35 МГц.

Рисунок 2.2 – PIN-фотодиод bpw24r

Для генерации рабочего и опорного сигналов использован модуль DDS генератора сигналов на базе микросхемы AD9850 (см. рис. 2.3). Рабочий диапазон генерируемых синусоидальных колебаний лежит в пределах от 1 Гц до 40 МГц, шаг перестройки 1 Гц, относительная нестабильность частоты 10 -5.

Рисунок 2.3 – Модуль AD9850 DDS генератора сигналов

В качестве микропроцессорного модуля управления использована стандартная плата Arduino Uno (см. рис. 2.4) на базе современного микро-контроллера ATmega328 c тактовой частотой 16 МГц.

Рисунок 2.4 – Микропроцессорный модуль Arduino Uno

На рисунке 2.5 приведена схема модулятора лазерного излучения. Гармоничный сигнал частотой 10 МГц и амплитудой 0,5 В с выхода DDS генератора поступает на электронный усилитель с коэффициентом усиления по напряжению K U  = 3, построен на базе операционного усилителя DA1 AD8042. С помощью подстроечного резистора R1 обеспечивается выбор оптимального положения рабочей точки по постоянному току.

Рисунок 2.5 – Функциональная схема модулятора лазерного излучения

На рисунке 2.6 представлена схема отраженного лазерного сигнала, состоящий из фотоусилителя на DA1, смесителя и двухкаскадного избирательного усилителя на DA2 и DA3. Фотопидсилювч превращает измерительный оптический сигнал в электрический. На выходе смесителя формируется низкочастотный разностный сигнал с частотой 1 кГц, который после фильтрации двухзвенный фильтром нижних частот (R3, R4, C4, C5) поступает на избирательный усилитель с коэффициентом усиления около 10000.

Модулятор лазерного излучения и измерительного канала отражен-ного сигнала собраны на отдельных беспаечних монтажных платах (см. рис. 2.7 и 2.8). Программное обеспечение модуля разработано в среде Arduino 1.0.5. Для управления DDS генератором использована стандартная библиотека AH_AD9850.h .

Рисунок 2.6 – Функциональная схема измерительного канала отраженного лазерного излучения

В результате испытаний макетного образца получили:

– Уровень шумов на выходе избирательного усилителя составляет 5 мВ;

– Уровень полезного сигнала на выходе избирательного усилителя при расстоянии до объекта 2 м составляет 200 мВ;

– Самовозбуждение усилителя отсутствует;

– Внешняя засветка фотодиода на результаты измерений не влияет.

Рисунок 2.7 – Макетная плата модулятора

Рисунок 2.8 – Макетная плата измерительного канала отраженного сигнала

3. Заключение

В целом результаты макетирование подтверждают способность предложенного способа измерений, основанного на технике прямого преобразования частоты. Чувствительность измерительного канала достаточна для регистрации отраженного лазерного сигнала. Уровень выходного сигнала позволяет в дальнейшем простыми средствами определять его фазу и вычислять расстояние до объекта.

Список источников

1. Лазерный дальномер из web камеры. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: www.cxem.net – Дата доступа: апрель 2014 года. – Загл. с экрана.
2. Денисюк Р.Э. Кузнецов Д.Н. Лазерный дальномер для систем машинного зрения роботов/Cборник тезисов докладов Второго регионального научно-практического семинара Теоретические и практические аспекты приборостроения. 18 апреля 2013, Луганск, кафедра Приборы. ВНУ им. В.Даля. – c. 20–21.

Возьми две лаз. указки (а лучше модуля лазерных), разнеси их сантиметров на 20. Один закрепи неподвижно, другой на поворотной оси. Принцип измерения прост — совместить две отметки на объекте, и по углу поворота подвижного лазерного модуля можно определить расстояние. Но Кайнын, написал правильно с увеличением расстояния точность измерения будет падать — посему лажа, лучше купить нормальный.

quote: Originally posted by julbu:
Возьми две лаз. указки (а лучше модуля лазерных), разнеси их сантиметров на 20. был проще способ.

поставить указку над (под) прицелом максимально далеко.

и свести точку от рулетки и перекрестье прицела на дистанцию пристрелки — на 50м, например.
на других расстоянийх пятно будет выше (ниже) перекрестья на величину, четко зависящую от дальности. сделать табличку — и всё.

quote: Originally posted by Кайнын:
был проще способ.

поставить указку над (под) прицелом максимально далеко.

и свести точку от рулетки и перекрестье прицела на дистанцию пристрелки — на 50м, например.
на других расстоянийх пятно будет выше (ниже) перекрестья на величину, четко зависящую от дальности. сделать табличку — и всё.

Кайнын, еще проще — делаешь выстрел — смотришь куда попал — делаешь поправки

Я ищу ответ: Оптический дальномер своими руками.

Опубликовано: 17 ноября 2013, 20:12

Доброго времени суток читающим! Наверняка не я единственный задавался вопросом приобретения, а лучше создания своими руками достаточно точного дальномера, с возможностью измерять расстояния не менее нескольких км. Как то давно познакомился с интересным материалом, благодаря которому я научился приблизительно измерять расстояния методом «тысячных». При пользовании этим методом, как вы знаете, нужно знать размеры удаленного предмета. Кто сталкивался, знает что в горах сложно найти
предмет со знакомыми размерами. Поэтому хотелось так же иметь и другой способ, не требующий обязательных условий. Вчера в интернете случайно попалась конструкция самодельного оптического дальномера.
Далее немного копипаста:
«Определить расстояние на глаз трудно. Более или менее человек справляется с этой задачей на ровной местности. Если же между предметом и наблюдателем овраг или река, то ошибиться можно в два-три раза.

Точно оценить расстояние до различных предметов вам поможет зеркальный дальномер.

Сделайте из 33-мм фанеры, тонких дощечек или другого жесткого листового материала заготовки, соедините их столярным клеем в продольный футляр, оставив открытой верхнюю крышку 4. Торцевые стенки 5 делают после того, как уже склеен желоб из деталей 1, 2 и 3. Затем в верхней части коробки укрепите полоски зеркала размером 25×50 мм, как показано на рисунке. Зеркало А приклейте намертво клеем БФ-2 к бруску, соединяющему детали 2 и 5, а зеркало Б - на лыску вращающейся оси.
Вставьте эту ось нижним концом в отверстие детали 3, накройте футляр крышкой 4 так, чтобы верхний конец оси попал в отверстие детали 4. Наденьте на верхний конец оси стрелку-указатель (из жести или алюминия), смазав место соединения клеем БФ-2, и укрепите защитный хомутик.

Следующий этан работы - градуировка. Отмерьте мерной лентой или рейкой 50 м от какого-нибудь вертикального предмета, например телеграфного столба, и встаньте на это место. Медленно поворачивая зеркало Б, совместите изображения нижней и верхней частей столба. Отметьте положение стрелки на шкале риской и против этой риски напишите: «50 м». Затем отмерьте от столба 100 м, опять совместите изображения «половинок» столба, риской отметьте положение стрелки, написав против нее: «100 м» - и т. д. После градуировки расстояния между рисками на глаз разделите на более мелкие части.

Точность дальномера зависит и or длины стрелки: чем она длиннее, тем большее расстояние проходит ее конец (при том же угле поворота зеркала Б). Но особенно длинной делать стрелку не стоит - интервал измеряемых расстояний от этого уменьшается. Чтобы пыль не проникала внутрь прибора, в три отверстия вставьте кусочки стекла, тонкого плексигласа или прозрачного целлулоида.

Готовый прибор покрасьте нитро или масляной краской в защитный цвет.»

Так же в других статьях читал что можно вместо зеркал использовать лазерные указки, небольшой увеличительный прибор(мини монокль какой нибудь)
Хочу узнать, сталкивался ли кто либо с таким прибором? Если да, какие тонкости в конструкции есть? Из каких подходящих деталей можно изготовить? Рекомендуемая длина прибора для более точного измерения и на большие дистанции. И вообще буду рад любым мыслям о дальномере- этом и других вообще. Спасибо!

Вон на той стороне озера деревья… хочу узнать расстояние до них. И сколько же в высоту эти деревья? 5 метров, а может 8? Хм, и точно никто не скажет что я определенно ошибся, если скажу что 12 метров. Выходит погрешность очень большая. Вот еслиб там человек стоял например, взял вы в среднем 1.7 м. и нечелика была бы ошибка, а так…

ну да по знаемым габаритам - на карте по отметкам высот.

Представил… кажется много там танцев с бубном ну и угломером в придачу получается. А может я ошибаюсь

ну блин я пока не понял от куда ноль брать ну а от нуля высоту всверить не проблема -ещё одна проблема себя в ноль поставить - пусть знатоки поясняют

зеркальные дальномеры применялись в артиллерийском флоте, в быту на не зеркальных фотокамерах, типа ФЭД и др. у меня был дальномер в детстве, он вставлялся в планку на фотоаппарате, полезная вещь была, пока глазомер не развил, а потом зеркальный ЗЕНИТ появился.
Вот интересно, а лазерные дальномеры какую характеристику имеют, и условия замеров?

вот, хотел как раз про ФЭД сказать А про военную - если я не ошибаюсь, то перископы бинокулярные, у которых объективы были разнесены чуть не на метр (ну, утрирую-утрирую), вроде как для определения дальности и использовались, наряду с подглядыванием из безопасной нычки. В фильмах про войну, старых, такие частенько показывали.
Лазерные по цене кусь-кусь, да и дальность неахти, из-за погодных условий. Да батарейку урановую таскать)

Олег Н 16-04-2007 15:18

В общем бютжетные способы измерения расстояний. Делимся, обсуждаем, предлагаем.

quote: Механический дальномер.
Как самому сделать прибор дальномер, который позволяет сравнительно точно определять расстояния до предметов, удаленных от наблюдателя почти на 100 м. Минимальное расстояние, которое способен определить прибор, составляет 70 см.
Основанием 1 дальномера служит металлическая пластина толщиной 1,5 мм и размерами 8О х 130 мм. У одного длинного края пластины прикрепляют подвижную металлическую планку 2 шириной 18 мм, у которой отогнуты края высотой 13 мм. В одном таком крае сверят отверстие диаметром 2 мм, а в другом пропиливают паз такой же ширины. У другого длинного края пластины крепят два уголка. В первом уголке (3) сверлят отверстие диаметром 2 мм, а во втором (5) пропиливают паз шириной 2 мм. Расстояние между отверстиями уголка и подвижной планки должно быть 65 мм - оно соответствует примерному расстоянию между центрами зрачков глаз большинства школьников.
Винт крепления подвижной планки затягивают настолько, чтобы планка могла свободно поворачиваться вокруг него. При этом будет изменяться угол между прямыми линиями, проведенными через центры отверстий и прорезей подвижной пластины и уголков, а значит, будет изменяться и угол наблюдения. Чем больше этот угол, тем дальше предмет от наблюдателя. Остается измерить угол и по нему определить расстояние до предмета. Но мы не будем заниматься какими-либо расчетами, а сделаем такое устройство отсчета, которое позволит сразу определить величину расстояния.
Устройство отсчета представляет собой ручку 4, выпиленную из алюминия, дюраля или другого металла толщиной 1,5 мм. Обод ручки имеет поверхность с переменным радиусом кривизны относительно осевого, что позволяет при повороте ручки плавно перемещать подвижную планку. Ручку укрепляют на таком расстоянии от планки, чтобы в положении максимального отклонения планки линии, проведенные через центры отверстий и прорезей планки и уголков, были параллельны Тогда другое крайнее положение ручки будет соответствовать минимально возможному измеряемому расстоянию
Подвижная планка прижимается к ручке отсчета устройством, состоящим из ограничительной пластины 6 и пружины 7, Под один ил винтов крепления пластины зажимается конец пружины, другой конец которой вставляется в отверстие отгиба планки.
Если теперь взять дальномер в руки, через отверстии и прорези можно наблюдать различные предметы. Вращая ручку отсчета, добейтесь, чтобы предмет был виден одновременно обоими глазами (для контроля нужно попеременно зажмуривать глаза). Это положение будет соответствовать определенному углу зрения, а значит, и определенному расстоянию до предмета. Величину расстояния отсчитывают по шкале напротив плоскости боковой грани ручки. Естественно, шкалу придется отградуировать самостоятельно, устанавливая предмет на заранее измеренные расстояния от места наблюдения. Сделать это несложно, и, надеемся, вы справитесь с таким заданием.

Ещё где-то предлагали использовать ЛЦУ в спарке с оптикой.

Ну всё, щас хомяками закидают

Hobott 16-04-2007 16:50

Расстояние между отверстиями уголка и подвижной планки должно быть 65 мм - оно соответствует примерному расстоянию между центрами зрачков глаз большинства школьников.

Это все хорошо, только придется везде носить с собой школьнега? Теряется такое немаловажное преимущество прибора как компактность... А вообще-боян. Накопи на Никон. Я смог и всем советую.

Hobott 16-04-2007 19:46

Ууу, брат, это жулики... (с) ЖЖдальномеры, в принципе, дальномеры... Народ тут пользует... плюется,правда... Но всяко лучше чем твой вариант со школьнегом. Бери. Но, помни! (с)- из штатов никон за 220$ с пересылкой

Олег Н 16-04-2007 20:06

Значит JJ - "дальномер" в кавычках, также как и "прицел" Tasco? Буду копить на Никон.

ober 16-04-2007 20:57

у меня жж-дальномер. нормальный аппарат. тока надо выбирать при покупке. измерить заведомо известное расстояние. он и через стекло авто работает устойчиво. ругать его не надо - он не стОит больше, чем за него заплатишь

Nytrator 17-04-2007 12:52

1, и ничего что там внутри антишоковая система на скотче, зато починить всегда можно в полевых устовиях

ПММ 17-04-2007 22:32

Мне тоже подарили JJ дальномер,пашет пока,проверял рулетой растояние на 55 м.Ошибка + - 1м.Максимум замерил в солн. погоду 734м

Alexandr Sh. 777 04-05-2007 03:54

Проект интересный и дешевый вот достану метала тогда сделаю, если получится то на дальномери сэкономлю.

Eskoff 30-05-2007 16:43

При такой базе реальная дальность измерения до 10 (может 15 м). Раньше на фотоаппаратах стояли аналогичные дальномеры, иногда продавались отдельно. Только там два зеркальца, одно полупрозрачное. Ну и замерялся наклон оптических осей. По такой схеме можно сделать дальномер с приличной точностью для дальности метров 100, но базу надо увеличивать до 500-600 мм.

svadim 31-05-2007 12:35

quote: Значит JJ - "дальномер" в кавычках, также как и "прицел" Tasco? Буду копить на Никон.

Незнаю я его пока пользую, всё ОК. Может раз на раз не приходится?1