Sposób i urządzenie do pomiaru odległości

Istota wynalazku

Dalmierze są urządzeniami umożliwiającymi bezkontaktowy pomiar odległości. Idea pracy zdecydowanej większości z nich zasadza się na precyzyjnym pomiarze odstępu czasu w jakim sygnał, którym może być odpowiednio ukształtowany impuls światła, fala radiowa, bądź też akustyczna, pokonuje drogę do mierzonego obiektu i z powrotem do urządzenia. Urządzenia wykorzystujące pomiar czasu przelotu impulsu świetlnego umożliwiają osiągnięcie znacznych zasięgów, jednakże rozdzielczość takich pomiarów odległości zazwyczaj jest ograniczona, ze względu na trudności w uzyskaniu odpowiedniej rozdzielczość pomiaru bardzo krótkich czasów opóźnienia sygnału. W wielu rozwiązaniach rozdzielczość czasowa ograniczona jest do setek ps, co przekłada się na rozdzielczość pomiaru odległości rzędu kilku cm.

W proponowanym rozwiązaniu generowana jest seria impulsów, które po odebraniu są przetwarzane do postaci elektrycznej. Następnie impulsy te są zliczane w układzie będącym istotą wynalazku, który składa się z banku liczników. Wykorzystując odpowiednie relacje czasowe pomiędzy sygnałami doprowadzonymi do liczników można wyznaczyć czas opóźnienia odbieranych impulsów, a tym samym odległość do mierzonego obiektu. Bardzo istotne jest to, że metoda pomiarowa umożliwia jednocześnie wyznaczenie czasu trwania odebranego impulsu, który w rzeczywistych warunkach pracy może się zmieniać w szerokich granicach. Znajomość tego parametru umożliwia skorygowanie wyniku pomiaru w taki sposób, że dokładność wyznaczania odległości może osiągnąć wartość rzędu milimetra.

Przedstawiona idea pomiaru odległości może znaleźć zastosowanie w dalmierzach laserowych, jak również w urządzeniach w analogiczny sposób wykorzystujących fale radiowe.

Korzyści

Metoda pomiaru odległości oraz architektura urządzenia pozwala na osiągnięcie bardzo dużego stopnia integracji podzespołów, przez co rozmiary urządzenia mogą zostać znacznie zredukowane, a co za tym idzie możliwe jest znacznie ograniczenie poboru energii. Pomimo możliwej dużej mocy w impulsie lasera średnia moc, ze względu na krótki czas trwania impulsów, jest mała (bezpieczeństwo). Duża moc impulsów potencjalnie umożliwia osiągnięcie zasięgu pomiarów rzędu kilkuset metrów. Ponadto metoda pomiarowa pozwala uwzględnić poprawkę związaną z czasem trwania impulsu, przez co osiągalne jest zwiększenie dokładności pomiarów. Część analogowa urządzenia jest mocno ograniczona, dzięki czemu można ograniczyć koszt produkcji, a przy okazji zwiększyć niezawodność. Zaproponowana metoda pomiarów umożliwia zoptymalizowanie parametrów urządzenia i jego ceny do różnych zastosowań, w zależności od kompromisu pomiędzy kosztem urządzenia, jego zasięgiem i dokładnością pomiarów.

Potencjał komercjalizacji

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do pomiaru odległości. Urządzenie mogłoby być produkowane w postaci modułów wyposażonych w interfejs komunikacyjny i charakteryzujących się różnym zasięgiem i rozdzielczością pomiarów. Z modułów takich można by konfigurować bardziej złożone systemy monitorujące na przykład gabaryty i liczbę przemieszczających się przez dany obszar obiektów bądź też osób, ewentualnie chroniące też dostępu do wydzielonych stref bezpieczeństwa (wewnątrz lub na zewnątrz budynków). W zastosowaniach przemysłowych moduł mógłby ułatwiać automatyzację procesów przemysłowych pełniąc na przykład funkcję wyłączników krańcowych lub zabezpieczeń zbliżeniowych, bądź też mierników poziomu materiałów sypkich lub płynów w zbiornikach. Ponadto urządzenie może znaleźć zastosowanie w takich dziedzinach jak geodezja, budownictwo, systemy inwentaryzacji i zobrazowania przestrzennego oraz w wielu innych, w których u podstaw leży pomiar odległości.