modulera laser för avståndsmätning

[Andax]

Vill man köra pulsad laser-diod kan man driva den med kretsar från IC-Haus som kostar ca 100 kr. Tror rointner laser säljer dessa. Dock klarar de inte av några jätte strömmar, ca 1A peak.
Vill man köra stora strömmar med snabb pulsning, kan man bygga en laserdiodsdrivare med sk lavintransistorer (avalanche transistor).

[AntiZ]

Jag tackar för tipsen.

Om man tittar i databladen för IC-haus, ser ju inte drivaren så speciellet avancerad ut (typ en transistor). Men det kanske är lite mer i som ser till att dioden inte grillas.

[dar303]

Andax, det var ju fina grejer till ett lågt pris!

[svanted]

Bästa sättet att optiskt lösa det är att modulera signalen med en "låg" frekvens (så låg att du med förväntad räckvidd INTE kan få ekon med mer än en periods fasvridning) - mata in denna i en lockin-förstärkare och notera fasen - ta och muliplicera ihop så att du hittar en ny frekvens som bör ge dig ungefär 45 graders fasvriding - lägg på den frekvensen och lägg på kraftigare lågpassfilter på utgången ifrån lockinförstärkaren och mät upp fasen - voila du har en bra avståndsmätare. Givetvis behöver du inte ha en fin generell lockin - till detta vet du ju vad du skall göra så det går tämligen enkelt att bygga en egen lockin som bara gör detta jobbet bra.


Time of flight system är bara att glömma, det blir bara kass med komponenter som är lätta att få tag i. En fasmätande avståndsmätare kan du bygga med elfa komponenter.

förstår inte hur medulering ska överbrygga problemet som gör att "time of fligth" inte fungerar, nämligen ljushastigheten.
upplösningen blir väl densamma oavsett.

med en referensfrekvens på 300MHz blir upplösningen +-1m.

tror det enda är att använda ett typ akustiskt ekolod.

[Andax]

Svanted, kan du förklara lite mer vad du menar. Är inte säker på att jag förstår.

[Floaf]

Låter som att han är inne på samma tanke som jag var först, att skicka en puls och sen sampla i 300 MHz. Då får man en noggrannhet på i o för sig 1m / 2 (eftersom man mäter ekot). Men efter att ha kollat på hur vanliga avståndsmätare funkar så inser man ju att mäta fasförskjutningen är det enda rätta och förmodligen möjliga för en vanlig dödlig

Andax, om man nu vill bygga en där man modulerar lasern, hur mycket filter och sånt behöver man? Jag gissar att det är bra med något typ av optiskt filter (typ en plastbit som bara släpper igenom rätt våglängd) och sen även ett notch-filter från den optiska sensorn så man verkligen bara får in rätt frekvens?
Eller "löser det sig själv" när man får ut signalen från mixern efteråt?

Hur bör man lämpligtvis designa mottagardelen? Ska man sätta någon lins för fokus eller behövs det inte? Det känns som att en liten laserpuls som reflekteras nånstans 50 meter bort inte kommer direkt synas bland vanligt dagsljus? Ännu mindre förstärkas fram ur bruset.

I ett mörk rum på nära avstånd så funkar nog saker utan filter, men det skulle ju vara kul att kunna använda det här även i dagsljus.

[Andax]

Ja, ett optiskt filter är definitivt bra för att ta bort bakgrundsljus. Som bakgrundsinfo så träffas marken av ca 1000 W/m^2 sett över hela ljusspektrumet. Kan man filtrera bort 99% som ligger utanför laserns våglängd så har man helt plötsligt bara 10 W/m^2 att kämpa mot.
Ser man sedan till att lasern är någorlunda kollimerad och har liten fläck där man vill mäta till, och sedan har en lins som avbildar denna fläck ner på detektorn så har man ännu större förutsättning att lyckas. Ju mindre extra yta man avbildar utanför laserfläcken, desto mindre onödigt bakgrundsljus kopplar man in. Dock ställer det större krav på att lasern och mottagaren pekar i samma riktning.
Säg att laserfläcken är ca 0.1 m diameter vid målet och ditt synfält är 0.2 m vid målet. Då får du in 0.3 W bakgrundsljus. (0.1*0.1*pi m^2 * 10W/m^2).

Bakgrundsljuset kommer att ge upphov till någorlunda vitt brus. Så ett notch-filter kring modulationsfrekvensen tar bort en hel del av detta brus. Säg att du kan filtrera bort 99.9 av allt brus pga av att notch-filtret är tillräckligt smalt.

Gör du dessa steg borde du få något som funkar även i dagsljus.

[hcb]

Går man dessutom på bengt-res linje och använder en lock-in får man ett filter med riktigt liten bandbredd.

[Floaf]

Ovärderlig info. Tack!

Vissa verkar säga att man bör använda IR-ljus för att det blir mindre störningar, kan det verkligen stämma? Rent spontant känns det ju som att om solen belyser med alla synliga våglängder så borde den även belysa med en hel del av det vi inte ser, då även i IR-området.
Men å andra sidan kör fjärkontroller med IR-ljus av en anledning. Men det kanske är mer lämpat med IR inomhus?

Tittade på lock-in-förstärkare och den ser precis likadan ut som en sån här fasdetektor (eller vad det nu heter, det verkar bara vara en dubbel balancerad mixer där man skickar in en "mättad" signal).
Frågan är om man ska ha en lock-in-förstärkare först för att filtrera bort allt brus (istället för ett notchfilter) och sen förstärka den signalen och mata in i fasdetektorn.
Vad som skulle vara underbart med lock-in-förstärkare (om det nu funkar som jag tror) är att man lätt kan mäta olika områden eftersom man bara behöver ha en processor som skickar ut olika frekvens istället för att behöva ha flera filter för de olika frekvenserna man vill använda.

[Andax]

Solar Spectrum svarar på din fråga på hur bakgrundsstrålingen varierar med våglängd.

Har du en länk till den lock-in du tittade på?

[Floaf]

Tack igen. Jag borde googla lite mer känner jag

Jag tittade på denna: http://www.princeton.edu/~romalis/PHYS3 ... lifier.pdf
Dock ser jag nu att det står multiplyer i blockschemat och inte mixer.

Det här är ett för mig okänt område so far så det finns en del att lära sig.
Jag förstår principerna och teorin, men när jag och AntiZ här på forumet labbade med att försöka se någon typ av fasförskjutning från ljuset av en vanlig LED och en sensor via oscilloskop så såg vi i princip bara brus och en del störningar vilket dels verkade komma från referenssignalen som vi modulerade LED:en med. Dessutom hade vi för långsamma komponenter. Sen är nog inte en fyrkantsvåg helt optimal heller med tanke på frekvensinnehållet i den.

Men att ha ett filter känns som A och O i vilket fall.

[hcb]

SRS har en del nyttig information om lock-in-förstärkare. För den hemmabyggande amatören har Microchip en del nyttiga detaljer

Edit: skrivfel

[AntiZ]

Efter ha läst betydligt mer om laserdioder så är frågan till kunniga.

Om man vet laserns drivström (o spänning etc) för att den ska "lasra" kan man inte bara ta en så snabb transistor man behöver och koppla till lasern via antingen ett begränsningsmotstånd, eller koppla transistorer som en strömspegel?
Visserligen så ändras drivströmen med värme mm, men om man lägger sig i "mitten" borde det inte duga till labbändamål iaf?

Det verkar ju som fotodiodens ström ut är hyggligt beroende av värme och tolleranser så det ändå i princip behövs labtester för att justera ev. drivare så de gör rätt.

Vad uppstår det för fenomen i en laser som moduleras? Det borde ju funka som en diod, och den är ju rätt snäll mot snabba förändringar i allmänhet.

Om inte annat så är det ju värt att tesa, lasrar från DX kostar ju nästan ingen (om inte tid är pengar förstås).

[Andax]

Om man ska switcha hyffsade strömmar genom en laserdiod ska man tänka på att minimera induktanser mm, och annat som kan generera underslängar. Laserdioder är ofta kanska känsliga för för höga reverserade spänningar.
Ska man modulera lasern ska man kanske inte gå ner ända till noll i ström i dalarna, utan ligga ganska nära lasertröskeln.
Praktiskt sett brukar detta göras genom att man använder en sk bias-T koppling som kombinerar ihop en DC-ström med en AC-ström (modulationen). Se länk

[AntiZ]

Andax: Mycket tänkvärt. Hyggliga frekvenser de körde med i den där prylen (10-800 MHz).

En extra diod i serie med Lasern, skulle inte den skydda mot oönskade bakströmmar...