Zasada działania dalmierza optycznego i laserowego. W jaki sposób mierzyć odległość za pomocą tych urządzeń?
Pomiar odległości to niezbędny element wielu dziedzin – od pracy w terenie przez różne zastosowania techniczne, aż po różnorakie dyscypliny sportowe. Do tego celu wykorzystuje się tradycyjną optykę oraz nowoczesne rozwiązania oparte o systemy laserowe, które różnią się sposobem działania i zakresem.
Dalmierz to urządzenie, które umożliwia precyzyjny pomiar odległości do wybranego obiektu. Wykorzystuje metodę triangulacji, która opiera się na geometrii i trygonometrii. Obraz celu rejestrowany jest przez dwa punkty optyczne rozmieszczone w pewnej odległości od siebie. Taka podstawowa konfiguracja umożliwia obliczenie dystansu na podstawie kąta między osiami optycznymi.
Starsze modele dalmierzy optycznych (koincydencyjne) łączyły dwa obrazy obserwowanego obiektu. Gdy urządzenie nie było poprawnie ustawione, to obserwator widział przez niego podwójny obraz. Po dostrojeniu soczewek obrazy pokrywały się, więc oznaczało to prawidłowe ustawienie ostrości. Kąt pomiędzy soczewkami odpowiadał zmierzonej odległości, a sam pomiar opierał się na prostych zasadach matematycznych.
Dalmierze optyczne były powszechnie stosowane jeszcze przed erą urządzeń elektronicznych. Znajdowały zastosowanie między innymi w geodezji, fotografii oraz wojsku. Ich dokładność zależała od długości podstawy triangulacyjnej oraz precyzji mechanicznej.
Współcześnie modele nowoczesnych dalmierzy optycznych korzystają z wiązki światła, często podczerwieni, emitowanej w kierunku celu. Odbita wiązka trafia na sensor, który analizuje kąt powrotu. Stosuje się w nich zaawansowane czujniki i elektroniczne algorytmy przetwarzania sygnału. Dzięki temu urządzenie może szybko i dokładnie wyznaczyć dystans.
Obecnie technologia laserowa szybko zastępuje rozwiązania optyczne. Mimo to dalmierze starego typu nadal są wykorzystywane tam, gdzie potrzebna jest niezawodna i pasywna metoda pomiaru, na przykład w trudnych warunkach wojskowych lub przy analogowych aparatach fotograficznych.
Dalmierz laserowy to precyzyjne urządzenie pomiarowe, które wykorzystuje laser, czyli wiązkę światła do określenia odległości między przyrządem a obiektem. Jego działanie polega na wysłaniu promienia laserowego i zmierzeniu czasu, po jakim sygnał powróci po odbiciu od celu. Odpowiednio skonfigurowany system w urządzeniu wykorzystuje informację o prędkości światła, na podstawie której przelicza czas przelotu impulsu przez dystans. Ta technika charakteryzuje się dużą dokładnością nawet przy znacznych odległościach. Na jego wyświetlaczu po chwili możemy sprawdzić odległość od mierzonego obiektu.
Profesjonalne dalmierze laserowe wykorzystują zaawansowane algorytmy przetwarzania sygnału, które automatycznie korygują pomiary. Reagują między innymi na warunki atmosferyczne, rodzaj powierzchni celu, a nawet niewidoczne gołym okiem zakłócenia. Większych rozmiarów odległościomierze oferują możliwość skanowania wielu punktów jednocześnie dla szybkiego tworzenia trójwymiarowych map terenu lub śledzenia poruszających się obiektów. Takie funkcje rozszerzają zastosowanie takich urządzeń na dziedziny związane z branżą budowlaną, geodezją, przemysłem oraz inżynierią lądową.
Dalmierze laserowe dzielą się na kilka typów w zależności od sposobu pomiaru odległości. Każdy z nich znajduje zastosowanie w innych warunkach i oferuje różny poziom dokładności, odporności na zakłócenia oraz możliwości analityczne. Poniżej przedstawiamy typy dalmierzów laserowych.
Działają na zasadzie pomiaru czasu przelotu impulsu świetlnego. Zapewniają bardzo duży zasięg, często przekraczający 1000 metrów. Sprawdzają się świetnie w trudno dostępnych obszarach i wymagających warunkach terenowych, na przykład we mgle lub w dużym zapyleniu. Nierzadko zamontowane są w obudowie lornetkowej, aby ułatwić celność przy namierzaniu odległych celów. Są jednak mniej precyzyjne przy pomiarach krótkich dystansów, więc rzadko stosowane w budownictwie.
Analizują przesunięcie fazy pomiędzy falą wysłaną a odbitą. Są bardziej rozpowszechnione ze względu na swoją wysoką dokładność, nawet jednego milimetra. Charakteryzują się bardzo szybkim czasem reakcji. Dzięki wyraźnej plamce laserowej są łatwiejsze w użytku, ale ich skuteczność bywa mniejsza w nasłonecznionych pomieszczeniach. Przy dużych dystansach należy korzystać ze statywu w celu ograniczenia błędów pomiarowych.
Wykorzystują zjawisko interferencji fal świetlnych. Osiągają bardzo wysoką dokładność, jednak są wyjątkowo wrażliwe na drgania i zmienne warunki otoczenia. Ze względu na to oraz wysokie koszty, znajdują zastosowanie głównie w laboratoriach i profesjonalnych pomiarach przemysłowych.
Każdy z nich ma swoje mocne strony, jak i ograniczenia. Właściwy wybór zależy od specyfiki zadania, mobilności w terenie, aż po potrzebny zasięg i tolerancję na błędy pomiarowe przy mierzeniu odległości.
W przypadku dalmierzy z laserem, po włączeniu urządzenia zazwyczaj należy wybrać tryb pracy, w zależności od otoczenia, w którym przebywamy. Opcjonalnie możemy ustawić kompensację nachylenia terenu. Następnie należy skierować wiązkę na cel i nacisnąć przycisk pomiaru. Dalmierz wysyła pojedyncze impulsy lub emituje sygnał ciągły. Dokładność można poprawić, jeśli mierzymy powierzchnię dobrze odbijającą światło. W golfie i innych zastosowaniach sportowych stosuje się w tym celu elementy odblaskowe na flagach. W trudniejszych warunkach oświetleniowych warto korzystać ze statywu lub podpory, aby ustabilizować urządzenie.
Dalmierze optyczne wymagają ręcznego ustawienia ostrości poprzez obracanie pokręteł do momentu, aż obraz celu stanie się ostry i zbieżny. Metoda ta nie zapewnia takiej precyzji jak pomiar laserowy, ale nadal może być użyteczna dla uzyskania przybliżonych odległości, przykładowo w fotografii analogowej lub zawodach sportowych opartych na survivalu. Przykładem jest bushcraft.
Na polach golfowych popularnym rozwiązaniem są także dalmierze GPS. Opierają się one na cyfrowych mapach i sygnale satelitarnym. Aby z nich skorzystać, należy na początek wczytać odpowiednią mapę terenu, uruchomić urządzenie po dotarciu na miejsce i poczekać na połączenie z systemem GPS. Po zlokalizowaniu pozycji użytkownika można wybrać punkt docelowy, a system wyświetli dystans i nachylenie terenu. Dokładność pomiaru zależy tu od jakości sygnału GPS i aktualności mapy.
Model ultradźwiękowy wykorzystuje fale dźwiękowe do pomiaru odległości. Budowa dalmierza opiera się o nadajnik w postaci miniaturowego głośnika oraz odbiornik, którym jest mikrofon. Impuls ultradźwiękowy wychodzi z urządzenia, odbija się od napotkanego obiektu i wraca. Elektronika dalmierza mierzy czas przelotu fali dźwiękowej i przelicza go na odległość. Wartość bazuje na prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu.
Zaletą tego rozwiązania jest przede wszystkim niska cena zakupu oraz możliwość pomiaru do powierzchni przezroczystych, na przykład szkła lub wody. Tego typu urządzenia bywają wykorzystywane w pomiarach amatorskich oraz przy prostych zadaniach związanych z orientacyjnym określaniem odległości.
W praktyce nie są one jednak wcale popularne. Wszystko dlatego, że posiadają multum wad. Ich skuteczny zasięg nie przekracza zwykle kilkunastu metrów, a dokładność w odległości pozostaje niska. Dokonywany pomiar może zostać łatwo zakłócony przez przypadkowe przedmioty na drodze sygnału lub przez odbicie fal pod niekorzystnym kątem. Takie dalmierze sprawdzają się więc głównie w pustych domowych wnętrzach przy pracach wykończeniowych lub na otwartych placach budowy.
Warto wybrać więc dalmierz ultradźwiękowy czy laserowy? W większości przypadków lepszym wyborem będzie ten drugi, ponieważ zapewnia wyższą precyzję, większy zasięg i odporność na przypadkowe zakłócenia. Dalmierz ultradźwiękowy można rozważyć w prostych zastosowaniach, a więc tam, gdzie duża dokładność nie ma większego znaczenia. Jeżeli zależy nam na niezawodności i szerokiej gamie zastosowań, to zdecydowanie warto postawić na technologię laserową opartą na układzie optyczno-elektronicznym.
Pomiar odległości w dalmierzach optycznych polega na analizie kąta pomiędzy dwiema osiami optycznymi, natomiast modele laserowe przeliczają czas powrotu sygnału świetlnego. Te pierwsze są mniej wrażliwe na zakłócenia i nie wymagają zasilania, ale ustępują precyzją. Natomiast odległościomierze laserowe opierają się na algorytmach i oferują większy zasięg, dlatego chętnie są wykorzystywane przykładowo w golfie lub w strzelectwie. Natomiast modele optyczne znajdują zastosowanie tam, gdzie liczy się niezawodność bez użycia elektroniki.
