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Thema: Laser als Entfernungsmesser

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Laser als Entfernungsmesser

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    Hallo,

    ich habe mir mal ein paar Gedanken gemacht, wie man Entfernungen genauer Messen kann (Ultraschall hat ja doch eine ziemliche Streuung).
    Dabei bin ich auf Laserentfernungsmesser gestoßen (gibt's ja z.B. von Bosch zu kaufen).
    Allerdings gibt's im www nicht so sehr viel zu der Elektronik, die hinter solchen Geräten steckt (oder ich hab noch nichts gefunden).
    Die Laufzeit des Lichts direkt zu messen, dürfte ja etwas schwierig werden, da man, wenn man einige mm (5mm) genau messen willen nur noch Zeiten von einigen Picosekunden hat.
    Im www habe ich die Methode gefunden, dass man einen Laserstrahl modulieren könnte (z.B. mit 30 Mhz) und dann anhand der Phasenverschiebung in einem gewissen Bereich recht genau die Entfernung bestimmen könnte. Allerdings wird der Laserstrahl ja nicht an jedem Material gleich stark reflektiert, wodurch auch die Intensität beim Eintreffen im Sensor unterschiedlich ist. (oder mache ich da einen Denkfehler?)
    Würde mich freuen, wenn ihr eure Erfahrungen, Tipps, Links etc. schreiben könntet, da ich wie gesagt nicht sehr viel im www gefunden habe.

    (PS: was ich nicht Suche sind Verfahren, über Triangulation mit Kameras etc.)

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    das problem dabei ist auch der preis genaue ermitter laser mit <0.2mRad
    sind sehr teuer und die elektronik muss sehr schnell sein um auch die fasenverschiebung zu analysieren
    dazu gibts tolle artikel bei laserfreak.net

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    @magic33 ist mir klar, dass die Zeiten sehr klein sind. Allerdings verstehe ich das Konzept der Phasenverschiebung auch noch nicht wirklich. Die reine Lauzeit des Lasersignals dürfte wohl recht unmöglich zu messen sein (wenn man eine Genauigkeit von einigen mm haben will, bräuchte man ja Messgeräte im ps Bereich)
    Wie man den Laserstrahl mit einer größeren Frequenz moduliert und dann die Phasenverschiebung messen kann (und wo dann dabei der Vorteil ist) habe ich leider noch nirgends richtig nachlesen können.
    Wär toll, wenn jemand Seiten im Internet, Diplomarbeiten o.ä. kennen würde, die dieses Thema behandeln.

    Laserfreak hat damit ja eigentlich nichts zu tun (bis auf die allg. Erklärungen zu Lasern) hab da aber keinen Artikel gefunden, der nähere Infos zu meinem Problem enthält.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Zitat Zitat von robo junior
    Die reine Lauzeit des Lasersignals dürfte wohl recht unmöglich zu messen sein (wenn man eine Genauigkeit von einigen mm haben will, bräuchte man ja Messgeräte im ps Bereich)
    Deshalb gibt es IC's die das machen "Time to Digital Converter" (TDC).
    http://www.acam.de/index.php?id=18&L=0


    MfG

    Michael
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    Michael
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    A: Natürlich, ich gebe die Hoffnung nicht auf, daß es irgendwo Intelligenz gibt.

  5. #5
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    Das Messen von Zeiten im Ps Bereich ist nicht so schwierig. Dafür gibt es extra Zeit-Digitalwandler für oder man geht den Weg über Zeit -> Spannung -> Digital. Dazu braucht an aber spezielle gepulste Laserdioden. Diese Verfahren wird z.B. bei den Geräten zur Geschwindigkeitsmessung im Verkehr benutzt. Das Verfahren mit der Modulation ist auch nicht ganz einfach: Das Licht wird mit ca. 20-200 MHz moduliert und dann die Phase gemessen. Die Phase verhält sich dann so als hätte man ein Radiowelle mit der Modulationsfrequenz. Das Problem ist dabei die unterschiedlichen Amplituden zu verarbeiten ohne dabei zusätzliche Phasenverschiebungen zu generieren. Ist also mehr was für einen erfahrenen Funkamateur mit ensprechender Meßgeräteausstattung.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    20 bis 200MHz? Welche Entfernungen willst Du denn messen? Ich habe dem Fragesteller auf persönliche Frage gerade eine persönliche Mail geschrieben und ihm mit 833kHz ein Beispiel vorgerechnet, weil 1 Grad dann so schön 1m entsprechen (einfacher Weg). Bei 20MHz sind das ja gerade mal 7,5m Messbereich (360 Grad, doppelter Weg).
    Bei dem Hauptproblem muss ich Dir leider Recht geben: die Verstärkung des Signals von der Fotodiode ist wirklich ein harter Brocken. Daher sehe ich auch zu, dass ich so wenig wie möglich verstärke und die restlichen 40-60dB durch hochauflösende A/D-Umsetzung bei gemütlicher Gleichspannung herauszuholen versuche.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Um eine einigermaßen sinnvolle Auflösung zu bekommen nimmt höhere Frequenzen. Es wird schwierig wesenlich besser als etwa 16 Bit Auflösung innerhalb einer Wellenlänge hinzukriegen. Also nimmt man lieber höhere Frequenzen. Den Messbereich kriegt man größer, wenn man 2 oder mehr Frequenzen benutzt. Das Problem mit der Phasenverschieung bei der Verstärkung ist nicht die Verstärkung an sich, sondern die änderung der Phasenverschiebung, wenn man die Verstärkung ändert.
    Ich habe man ein ähnlches System bei 50 MHz benutzt, allerdings nicht optisch, sondern mit Oberflächenwellen. Das Verstärkerproblem war da weniger groß. Da war ungefähr 1 ps Auflösung in der Laufzeit drin.

  8. #8
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    Hallo zusammen,

    Habe auch schon einige Versuche zur Entfernungsmessung mittels Laser unternommen. Allerdings scheint mir der Aufwand erheblich zu sein. Neuerdings bietet Bosch ja ganz schöne Laserdistos zu annehmbaren Preisen an. Leider haben die nach außen keine Schnittstelle. Intern sieht es wohl besser aus:
    Wenn man das Teil öffnet, dann offenbart sich ein mega169. Die UART-Pins sind an großflächige Kontaktstellen herausgeführt. Die Baudrate ist 9600,n,8,1. Allerdings muß das 5-Volt Signal noch über einen Max232 (o.ä.) auf RS-Pegel konvertiert werden. Leider habe ich bisher nicht mehr als eine Fehlermeldung auf "Anfragen" bekommen. Die Fehlermeldung lautet "Bef" mit einem vorangestelltem Herzchen (Alt003). Möglicherweise dient die Schnittstelle auch zum laden einer neuen Firmware - also Vorsicht beim herumspielen...(selbstverständlich hat der Hersteller auch nicht vergessen die üblichen Lockbits zu setzen). Wenn jemand beim Frage- und Antwort- Spielchen mehr Erfolg hat, möge er sich doch bitte melden. Das Teil hätte doch bei diesem Preis ein ungeahntes Potential.

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    da hab ich doch mal nen link, sponsored bei
    "oberallgeier"
    http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...+triangulation

  10. #10
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Zitat Zitat von cave-rov
    Wenn jemand beim Frage- und Antwort- Spielchen mehr Erfolg hat, möge er sich doch bitte melden. Das Teil hätte doch bei diesem Preis ein ungeahntes Potential.
    Hallo,

    leider noch nicht. Jedoch werde ich es in absehbarer Zeit tun - sobald der roboternetz shop aus der Winterpause kommt und ich die entsprechende Ausrüstung bestellen kann.

    Ich habe meinen Bosch PLR 30 auch zerlegt. Mein primäres Interesse war zu schaun, wie so etwas aufgebaut ist damit man es ggf nachbauen kann. Aber die Daten aus dem PLR 30 auszulesen, würde mir am Anfang natürlich auch erstmal reichen. Ich habe die Platine mal fotografiert, vielleicht hat jemand Lust sich am Reverse-Engineering zu beteiligen

    Hier die Platine:

    http://www.abload.de/image.php?img=cimg0892lqx.jpg

    Das interessante Bauteil für die Entfernungsmessung muss wohl rechts das mit "CF325" beschriftete sein, das bekommt die Signale vom Laser und der Diode und misst wohl die Phasenverschiebung. Die Diode ist rechts unter der Metallabeckung und ist wirklich winzig. Wohl deswegen befindet sich im Gehäuse eine Linse.
    Außerdem befand sich im Gehäuse noch eine Spule, die rechts oben an den beiden Kontaken eingelötet war. Wofür kann die gut sein?
    Was rechts unten das Bauteil (das mit MCP oder MOP beschriftete) machen soll, ist mir allerdings schleierhaft. Es liefert scheinbar ein Signal zur Diode.

    Sobald ich die entsprechende Ausrüstung da habe, werde mich mal mit messen anfangen.

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