- Det där med mycket korta pulser är relativt givetvis. Med en pulsbredd på 5 ns kan man få en singelpulsnoggrannhet på bättre än en decimeter (har själv haft < 1.5 cm). Mäter man sedan 10000 på en sekund och medelvärdesbildar avstånden får man roten ur 10000 = 100 ggr mindre standard avvikelse och har teoretisk millimeter precision.
Ögonsäkerhet är minst lika viktigt vid en CW laser. I princip är medeleffekten som är avgörande hur farlig en laser är men framförallt vilken våglängd man kör på. Väljer man 1.5 µm har man en i princip ögonsäker laser CW/pulsad spelar ingen roll.
- Att själv generera korta pulser är relativt lätt. Har beskrivit det för länge sedan i en tråd i forumet. Där man använder en avalanchtransistor, ett motstånd och en kondig. (ex 2n2222 eller 2n2219, dock har inte alla avalanchegenskaper).
- Med en CPLD eller FPGA kan man mäta upp tiden mellan utgående puls och inkommande. (Man skickar in samma signal på många stift lite tidsfördröjda, så behöver man inte så hög klockfrekvens, för ökad tidsupplösning). Finns även färdiga kretsar med 60 ps upplösning och interface mot mikrokontroller. Sök på TDC.
- CW mätningar spårar ur om man får reflexer från flera avstånd. Så man måste ändå använda någon typ av pulsad information för att lösa det problemet.
Laseravståndsmätare: Hur är det möjligt?
-
LaserDelfinen
- Inlägg: 3
- Blev medlem: 4 januari 2007, 00:29:46
- Ort: Stockholm
Det finns i huvudsak tre vanliga principer för laseravståndsmätare.
1. Triangulering.
Man låter den reflekterande strålen från mätobjektet gå genom
en lins och sedan hamna på en PSD eller CCD array (Kamera).
När man varierar avståndet kommer reflexen röra sig längs
en linje på detektorn. Genom att mäta positionen på detektorn
kan man man sedan räkna fram motsvarande avstånd.
Sambandet är inte linjärt så i en praktisk lösning får man kalibrera en
tabell. Fördelen är att det går att få ganska bra nogrannhet om man
har tillräckligt stor bas vilket förstås ger nackdelen att det blir en
utrymmeskrävande installation. Mätområdet blir rätt begränsat
och bestäms av geometrin i installationen.
Det går nog att åstadkomma en enkel sådan lösning med en laser och
en webbkamera om man kommer åt att läsa pixlarna.
Som alltid finns det ju komplikationer men signalnivåer oönskade
reflexer mm.
2 Fasmätning
Man modulerar lasern med en sinusvåg av lämplig frekvens och mäter
sedan fasen mellan denna och den mottagna signalen.
Fasskillnaden är proportionell mot avståndet.
Ljuset rör med 3 * 10^8 m/s så mätområdet på en period blir:
M=3 * 10^8 /(2 * f) Ex 30 Mhz => 5m, 10 Mhz => 15m
Det går väl i princip att använda flera perioder men då börjar det blir
krångligt. Som någon tidigare nämnde är det vanligt att blanda ned
den inkommande signalen till nån hanterbar frekvens och sedan mäta
fasförkskjutningen på denna. Analogt kan man göra detta med en
resolverkrets som svänger in sig genom att flytta fasen på
referenssignalen. Själva fasen kan man mäta med en XOR grind. Det
går ju också att sampla bägge signalerna och beräkna fasskillnaden
digitalt.
Det riktigt svåra är, som med all avståndsmätning, att hantera
variationen i signalnivå beroende på olika reflektion hos material.
Nackdelen med fasmätning är att man behöver ha kontinuerlig effekt
och då kan behöva dra på så at man hamnar i för hög laserklass och får
en del säkerhetsproblem att hantera.
3. Time Of Flight
Man mäter tiden det tar för en laserpuls att reflekteras från mätobjektet.
Snackar vi mm nogrannhet är detta som nämnts rätt komplicerat.
Det finns dock tidmätningskretsar på marknaden som kan mäta med
tider ned till 45 ps.
Räcker en upplösning på ett par dm kan man mäta tiden genom att låta
utgående pulsen starta en ramp och sedan låta inkommande puls frysa
denna. Slutspänningen är då proportionell mot gångtiden (avståndet)
och avläses med en A/D omvandlare.
I många kommersiella avståndsmätare används en kombination av
klockpulsräkning och interpolation med ramp mellan dessa.
Det riktigt svåra är också här att hantera variationen i signalnivå.
Triggpunkten på pulsen varierar med denna och påverkar
nogrannheten.
1. Triangulering.
Man låter den reflekterande strålen från mätobjektet gå genom
en lins och sedan hamna på en PSD eller CCD array (Kamera).
När man varierar avståndet kommer reflexen röra sig längs
en linje på detektorn. Genom att mäta positionen på detektorn
kan man man sedan räkna fram motsvarande avstånd.
Sambandet är inte linjärt så i en praktisk lösning får man kalibrera en
tabell. Fördelen är att det går att få ganska bra nogrannhet om man
har tillräckligt stor bas vilket förstås ger nackdelen att det blir en
utrymmeskrävande installation. Mätområdet blir rätt begränsat
och bestäms av geometrin i installationen.
Det går nog att åstadkomma en enkel sådan lösning med en laser och
en webbkamera om man kommer åt att läsa pixlarna.
Som alltid finns det ju komplikationer men signalnivåer oönskade
reflexer mm.
2 Fasmätning
Man modulerar lasern med en sinusvåg av lämplig frekvens och mäter
sedan fasen mellan denna och den mottagna signalen.
Fasskillnaden är proportionell mot avståndet.
Ljuset rör med 3 * 10^8 m/s så mätområdet på en period blir:
M=3 * 10^8 /(2 * f) Ex 30 Mhz => 5m, 10 Mhz => 15m
Det går väl i princip att använda flera perioder men då börjar det blir
krångligt. Som någon tidigare nämnde är det vanligt att blanda ned
den inkommande signalen till nån hanterbar frekvens och sedan mäta
fasförkskjutningen på denna. Analogt kan man göra detta med en
resolverkrets som svänger in sig genom att flytta fasen på
referenssignalen. Själva fasen kan man mäta med en XOR grind. Det
går ju också att sampla bägge signalerna och beräkna fasskillnaden
digitalt.
Det riktigt svåra är, som med all avståndsmätning, att hantera
variationen i signalnivå beroende på olika reflektion hos material.
Nackdelen med fasmätning är att man behöver ha kontinuerlig effekt
och då kan behöva dra på så at man hamnar i för hög laserklass och får
en del säkerhetsproblem att hantera.
3. Time Of Flight
Man mäter tiden det tar för en laserpuls att reflekteras från mätobjektet.
Snackar vi mm nogrannhet är detta som nämnts rätt komplicerat.
Det finns dock tidmätningskretsar på marknaden som kan mäta med
tider ned till 45 ps.
Räcker en upplösning på ett par dm kan man mäta tiden genom att låta
utgående pulsen starta en ramp och sedan låta inkommande puls frysa
denna. Slutspänningen är då proportionell mot gångtiden (avståndet)
och avläses med en A/D omvandlare.
I många kommersiella avståndsmätare används en kombination av
klockpulsräkning och interpolation med ramp mellan dessa.
Det riktigt svåra är också här att hantera variationen i signalnivå.
Triggpunkten på pulsen varierar med denna och påverkar
nogrannheten.
Senast redigerad av LaserDelfinen 4 januari 2007, 02:02:32, redigerad totalt 2 gånger.
-
LaserDelfinen
- Inlägg: 3
- Blev medlem: 4 januari 2007, 00:29:46
- Ort: Stockholm
-
bengt-re
- EF Sponsor
- Inlägg: 4829
- Blev medlem: 4 april 2005, 16:18:59
- Skype: bengt-re
- Ort: Söder om söder
- Kontakt:
Det är både rätt och fel angående lasersäkerhet. Men över vissa pulsenergier så räknar man inte på medeleffekt utan på pulsenergi eftersom energin i en enda puls kan ge skador.
1. Triangulering. var för övrig den första metoden man använde för att bestämma ljushasigheten, så visst kan det fungera, men rätt stökigt att bygga. Absoult inte omöjligt - speciellt inte om man skall mäta alltid på ungefär samma avstånd så att man kan optimera konstruktionen för just ett visst avstånd (och även kalibrera den för just det området)
1. Triangulering. var för övrig den första metoden man använde för att bestämma ljushasigheten, så visst kan det fungera, men rätt stökigt att bygga. Absoult inte omöjligt - speciellt inte om man skall mäta alltid på ungefär samma avstånd så att man kan optimera konstruktionen för just ett visst avstånd (och även kalibrera den för just det området)
