Dalmierz laserowy wysyła krótki impuls światła, rejestruje jego odbicie od mierzonego obiektu i mierzy czas powrotu wiązki. Znając prędkość światła, procesor oblicza odległość według wzoru: d = (c × t) / 2.
Jak dalmierz laserowy oblicza odległość?
Podstawą działania urządzenia jest metoda Time of Flight (TOF), czyli pomiar czasu przelotu. Dalmierz kieruje impuls laserowy na wybraną powierzchnię. Światło odbija się od niej i wraca do odbiornika znajdującego się w urządzeniu.
Prędkość światła w próżni wynosi około 299 792 458 m/s. Elektronika mierzy więc bardzo krótki czas między wysłaniem impulsu a odebraniem jego odbicia, a następnie podstawia wynik do wzoru:
d = (c × t) / 2
Symbol d oznacza odległość, c – prędkość światła, a t – czas przelotu impulsu. Wynik dzieli się przez dwa, ponieważ wiązka pokonuje drogę w obu kierunkach: od dalmierza do celu oraz z powrotem do odbiornika.
Z jakich elementów składa się dalmierz?
Pomiar wymaga współpracy układu optycznego i elektronicznego. Najważniejsze elementy urządzenia to:
- Dioda laserowa – wytwarza i wysyła impuls światła w kierunku mierzonego obiektu.
- Fotodioda – odbiera światło powracające po odbiciu od powierzchni.
- Procesor – mierzy czas przelotu, wykonuje obliczenia i pokazuje odległość na ekranie.
- Układ optyczny – pomaga skierować wiązkę oraz zebrać jej odbicie docierające do czujnika.
Proces pomiarowy przebiega w kilku etapach:
- Dioda laserowa wysyła impuls w stronę wybranego celu.
- Impuls dociera do powierzchni i częściowo się od niej odbija.
- Fotodioda rejestruje powracający sygnał.
- Procesor oblicza czas przelotu i przelicza go na odległość.
Pomiar jest możliwy tylko wtedy, gdy odpowiednia część światła wróci do urządzenia. Schematycznie wygląda to tak:
Co wpływa na dokładność pomiaru?
Znaczenie ma przede wszystkim sposób, w jaki mierzona powierzchnia odbija światło. Jasny, rozproszony punkt zwykle ułatwia odebranie sygnału. Ciemna powierzchnia może pochłonąć większą część wiązki, a lustro lub szkło może skierować odbite światło w inną stronę niż odbiornik.
| Typ powierzchni | Wpływ na pomiar | Dlaczego? |
|---|---|---|
| Jasna, matowa | Zwykle ułatwia pomiar | Rozprasza i odbija wystarczającą ilość światła z powrotem w stronę urządzenia. |
| Ciemna, matowa | Może osłabić lub utrudnić pomiar | Część energii wiązki jest pochłaniana, więc do fotodiody wraca słabszy sygnał. |
| Lustrzana lub szklana | Może powodować niestabilny albo błędny odczyt | Odbicie kierunkowe może skierować wiązkę poza odbiornik. Szkło może też odbijać światło od kilku powierzchni. |
Na wynik wpływa również oświetlenie otoczenia. Silne światło, szczególnie pełne słońce, zwiększa poziom sygnału tła odbieranego przez czujnik. Pogarsza to stosunek właściwego odbicia do szumu i może utrudnić celowanie, zwłaszcza przy większym dystansie.
Dlatego trudniejsze pomiary warto wykonywać na stabilnej, nieprzezroczystej powierzchni. Nie należy traktować szyby jako zwykłego celu, jeśli zależy nam na odległości do obiektu znajdującego się za nią, ponieważ urządzenie może zarejestrować odbicie od samego szkła.
Ostateczna dokładność zależy także od konstrukcji konkretnego modelu, odległości, ustawienia urządzenia i warunków pracy. Sama prędkość światła jest stała, ale jakość odebranego odbicia decyduje o tym, jak precyzyjnie elektronika wyznaczy czas jego powrotu.
Dalmierz laserowy nie mierzy więc odległości przez bezpośrednie „odczytanie” długości drogi. Wysyła sygnał, mierzy czas jego przelotu i wykorzystuje znaną prędkość światła do obliczenia dystansu. Największe znaczenie dla wiarygodnego wyniku ma to, aby wiązka wróciła do odbiornika po odbiciu od właściwej powierzchni.
