Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Distanzmessung per Laser -> Idee zur Diskussion...
Hi,
ich wollte mal eine Diskussion zu einer meiner Ideen starten.
Ein Hauptproblem in der Robotik ist die Messung von Distanzen relativ zum Roboter. Dafür gibt es bekanntlich ja die diversesten Sensoren.
Die Königsklasse sind neben Ultraschallsensoren, die Laserentfernungsmesser.
Leider sind Laserentfernungsmesser aber reichlich teuer und für "Bastler" fast unbezahlbar. Deswegen hab ich mir mal Gedanken gemacht wie ich dieses Problem umgehen kann.
Meine Überlegung ist die Folgende:
Um mit einem Laser eine Entfernung zu messen, gibt es 3 grundlegende Möglichkeiten.
1. Laufzeitmessung eines Impulses
2. Messung der Phasenverschiebung der Reflexion eines Modulierten Laserstrahls
3. Triangulation
1. -> Mit bezahlbaren Mitteln fast nicht realisierbar, da Hardware zu langsam
2. -> Siehe 1., modulation mit Frequenzen im Bereich von ca. 3-5Ghz für eine Auflösung im cm-Bereich.
3. -> Normalerweise wird hierbei der Winkel zwischen reflektiertem und gesendetem Laserstrahl mit einer PLD, CCD-Zeile o. Kamera gemessen.
Bei 3. möchte ich einhaken:
Eine CCD-Zeile ist schwer zu bekommen und aufwändig anzusteuern bzw. auszuwerten. Eine Kamera ist relativ teuer und ebenso aufwändig auszuwerten. Eine PLD (Position sensitive Device) hab ich noch nirgends gesehen.
Aber es gebe vielleicht noch eine Andere Möglichkeit. Und zwar wenn sich der zur Triangulation benötigte Winkel nicht erst durch die Reflektion ergibt, sondern direkt beim Senden bekannt ist.
Mein Aufbau würde folgendermassen Aussehen:
http://www.thenetalive.de/elektronik/LDS1.jpg
Im Prinzip ist es eine Kombination aus Reflexlichtschranke und einem Laserprojektor.
Der Detektor (Phototransistor, -Diode, o. Ähnliches) sollte so abgeschirmt sein, daß er möglichst nur Reflexionen senkrecht zur Laser/Detektor-Achse wahrnimmt (Rörchen o. Ähnliches).
Zum Berechnen des Abstands Objekt<->Detektor, benötigt man nur den Winkel Alpha, also den Winkel des Laserstrahls zur Detektorachse.
Diesen kann man über die Drehzal des Motors und der Zeit zwischen zwei Reflexionen berechnen.
Die Funktion des Abstands entspricht dann einer Tangensfunktion; d.h. je näher das Objekt, desto geauer der Wert.
Ich hoffe dieser Roman war nicht zu lange, was haltet ihr davon? Wie schätzt ihr die Machbarkeit, Genauigkeit ein?
Vielleicht hat jemand schon die passenden Teile verfügbar, und kann ein paar Testmessungen durchführen.
Wäre doch klasse, wenn das Ganze funktionieren würde. Mit einem zusätzlichen Servo/Antrieb für die Y-Achse des Sensors könnte man so auch ein 3D-Bild der Umgebung aufnehmen.
Gruß,
Sonic
Eine PLD (Position sensitive Device) hab ich noch nirgends gesehen.
Es sind die Sharp Sensoren die in den Entfernungsklassen 0,3m 0,8m und 1,5m damit arbeiten und ca. 8-15 Euro kosten
Der Detektor (Phototransistor, -Diode, o. Ähnliches) sollte so abgeschirmt sein, daß er möglichst nur Reflexionen senkrecht zur Laser/Detektor-Achse wahrnimmt (Rörchen o. Ähnliches).
Zum Berechnen des Abstands Objekt<->Detektor, benötigt man nur den Winkel Alpha, also den Winkel des Laserstrahls zur Detektorachse.
Diesen kann man über die Drehzal des Motors und der Zeit zwischen zwei Reflexionen berechnen.
Vielleicht hat jemand schon die passenden Teile verfügbar, und kann ein paar Testmessungen durchführen.
In Barcode Scanner Kassen sind solche Exemplare mit 4-Spur Drehspiegeln und mit 5 Winkelsegmentspiegeln. Ich würde gerne mal ein solches Element vorstellen, das ich gebraucht für 10Euro gekauft habe. Viellicht ergeben sich mit der Mechanik ein paar interessante Anwendungen.
Manfred
Es sind die Sharp Sensoren die in den Entfernungsklassen 0,3m 0,8m und 1,5m damit arbeiten und ca. 8-15 Euro kosten
? Die Scharps sind mit PSD's ausgestattet? hab ich nicht gewusst...
Aber bei max. 1,5m Entfernung können die aber doch nicht so genau sein wie die PSD's in einem prof. Laserentfernungsmesser, oder?
Haben die auch nen Laser? Ich hab gedacht die funktionieren mit Ir-Led's.
Meine angepeilte "Entfernungsklasse" liegt bei 20m (Outdoor), da gibt's soweit ich weiß nix bezahlbares (<100€)
In Barcode Scanner Kassen sind solche Exemplare mit 4-Spur Drehspiegeln und mit 5 Winkelsegmentspiegeln. Ich würde gerne mal ein solches Element vorstellen, daß ich gebraucht für 10Euro gekauft habe. Viellicht ergeben sich mit der Mechanik ein paar interessante Anwendungen.
Manfred
Ok dann schmeiß mal so ne Kasse rüber ;-)
Nee im Ernst, der Sinn der Anwendung ist nicht ganz der gleiche wie beim Entfernungen Messen. Soll heissen der BC-Scanner ist darauf ausgelegt eine Bitfolge aus relativ geringer Entfernung zu scannen.
Um mit der Mechanik auf eine max. Entfernung von mehreren Metern bei akzeptabler Genauigkeit zu kommen müsste der Detektor weiter vom Laser entfernt sein.
Also müsste man die original Mechanik modifizieren, bzw. mit den Einzelteilen was neues aufbauen.
Aber so leicht kommt man an solche Teile bestimmt nicht ran, ich wüsst jetzt jedenfalls nicht wo...
Gruß, Sonic
Die Sharp Sensoren sind nicht sehr genau, Meßkurven sind im Datenblatt beschrieben, 8bit nichtlinear und bei einer Basisbreite von ca. 3cm mit abnehmender Genauigkeit für größere Abstande.
Sie funktioniern mit IR LEDs und Linsen. (Erstaunlich wie sie das schaffen.)
Zur Mechanik des Scanners zunnächst ein Foto. Es ist eine ziemlich komplexe Spiegelei die mit Laserstrahl auf dem Hinweg und mit dem Leuchtfleck auf den Rückweg gemacht wird.
Interessant ist für mich dabei zunächst der 4eck-(Polygon)Spiegel, der mit 4 verschiedenen Winkeln vier parallele Spuren abfährt. (Er wäre auch für die Entfernungsmessung benutzbar, wie vielleicht auch weitere Teile des Prinzips.) Er schreibt den Strahl auf 5 im Halbkreis fächerförmig aufgestellte Planspiegel von wo aus die 4 Spuren mit jeweils 45° Drehung in den Kassenraum gehen.
Der Rückweg ist identisch und trifft nach beiden Siegelsystemen auf einen Hohlspielgel, der das Signal auf einen konstanten Empfängerpunkt bringt.
Soviel im ersten Schritt.
Hi,
...Eine CCD-Zeile ist schwer zu bekommen und aufwändig anzusteuern bzw. auszuwerten. Eine Kamera ist relativ teuer und ebenso aufwändig auszuwerten....
Wir basteln da im Moment herum; genaueres folgt. Nur so weit:
Das Auslesen eines Kamerasignals ist nicht so aufwändig und kompliziert wie es den Anschein hat; wir denken dass sich eine simple Webcam mit so um die 300 Pixeln für eine recht genaue Entfernungsmessung eignet. Sind aber noch in der Planungsphase; werde nach den Tests berichten..
REB
Dieses Bild von der Scannereinheit und dem Abtastfeld wollte ich noch ergänzen.
Interessant ist Ablenkung mit dem in 4 Stufen gekippten Drehspiegel und vielleicht noch die Bündelung des Strahls beim Empfang durch einen Hohlspiegel (ggf. auch Linse).
Da hier der Strahl in sich reflektiert wird, um die Intensität zu messen, ist das Verfahren in sofern gegensätzlich zur Abstandsmessung.
Manfred
Dieses Bild von der Scannereinheit und dem Abtastfeld wollte ich noch ergänzen.
...
Manfred
Cool, danke für die Bilder. Krass was für ein Aufwand getrieben wird damit die Kassiererinnen den Barcode nicht immer exakt ausrichten müssen...
Aber für nen Laserabstandsensor sind leider nur die Einzelteile nutzbar...
In einem alten/kaputten Laserdrucker sollte sich doch auch ein Ablenkspiegel mit Motor finden lassen...das sollte dafür doch perfekt geeignet sein, oder?
Sonic
Die Drehspiegel im Laserdrucker sind sicher interessant.
Es sind relativ kleine 4-6Fächen Spiegel die mit hoher Drehzahl arbeiten.
Die Spiegel selbst sind einfach ebene Spiegel die relativ schmal sind.
Leider habe ich die Ansteuerung noch nicht herausgefunden. Sie haben wohl 3 Phasen Motoren mit speziellen Steuerchips.
Manfred
Der Detektor (Phototransistor, -Diode, o. Ähnliches) sollte so abgeschirmt sein, daß er möglichst nur Reflexionen senkrecht zur Laser/Detektor-Achse wahrnimmt (Rörchen o. Ähnliches).
Da sollte man wohl eine Linse einsetzen.
Zum Berechnen des Abstands Objekt<->Detektor, benötigt man nur den Winkel Alpha, also den Winkel des Laserstrahls zur Detektorachse.
Diesen kann man über die Drehzal des Motors und der Zeit zwischen zwei Reflexionen berechnen.
Beim Laserdrucker wird der Strahl einmal pro Ablenkung auf einen Photodetketor gelenkt, soaß man einen Referenzimpuls hat, von dem aus man den Winkel per Zeit bestimmen kann. Diese Methode bietet sich für die Ablenkung mit Drehspiegel an. Ich hoffe, ich habe noch ein Komplettsystem im Keller an dem man die Anordnung der Elemente am Beispiel erkennen kann. Aber das wird wohl der leichtere Teil der Übung sein.
Manfred
Der Detektor (Phototransistor, -Diode, o. Ähnliches) sollte so abgeschirmt sein, daß er möglichst nur Reflexionen senkrecht zur Laser/Detektor-Achse wahrnimmt (Rörchen o. Ähnliches).
Da sollte man wohl eine Linse einsetzen.
Ja, die habe ich auch schon eingeplant. Aber was für eine? Ich hätte es mit einer Kollimatorlinse von Reichelt versucht...aber der hat auch verschiedene Typen...
Zum Berechnen des Abstands Objekt<->Detektor, benötigt man nur den Winkel Alpha, also den Winkel des Laserstrahls zur Detektorachse.
Diesen kann man über die Drehzal des Motors und der Zeit zwischen zwei Reflexionen berechnen.
Beim Laserdrucker wird der Strahl einmal pro Ablenkung auf einen Photodetketor gelenkt, soaß man einen Referenzimpuls hat, von dem aus man den Winkel per Zeit bestimmen kann. Diese Methode bietet sich für die Ablenkung mit Drehspiegel an.
Ja, es müssten 2 Detektoren sein. Einer zum erfassen der Reflexion und einer in definierten Winkel zur Messachse.
Ich hoffe, ich habe noch ein Komplettsystem im Keller an dem man die Anordnung der Elemente am Beispiel erkennen kann. Aber das wird wohl der leichtere Teil der Übung sein.
Manfred
http://www.seattlerobotics.org/encoder/200110/vision.htm
Hier mal ein Beispiel mit CCD-Kamera, übrigens auch sonst eine Super Roboterseite, vor allem das Magazin "Encoder".
Gruß,
Christian
Die Seite sieht sehr interessant aus, viele Details, sehr schöne Anregungen und beeindruckende Fotos. So ganz ist mir der Level noch nicht klar. Aber vielleicht soll es auch nur eine Stoffsammmlung sein: (Summary siehe unten)
Es wird ein Markierungslaser geschwenkt (horizontal abgelenkt), und der Winkel unter dem die angestrahlten Objekte zu sehen sind wird mit einer Flächenkamera aufgenommen. Per Bildverarbeitung wird dann über dem Winkel der Abstand bestimmt.
Wenn man eine Kamera mit Liniensensor hätte oder einen PSD, könnte man sie mit dem Laser mitschwenken und dann gleich das Abstandssignal über dem Winkel seriell einlesen.
Mit Kamera ist es universeller und moderner, aber wenn nur der Abstand gemessen werden soll, sollte man an die andere Möglichkeit auch denken, sie hat wohl auch ihre Reize in der Einfachheit.
(Gut, das war nicht gefragt.) Eine schöne Darstellung, die Umgebung sollte ich mir noch ansehen.
Wie kommen wir weiter? Die Linse,
sie sollte über den ganzen Meßbereich den Leuchtfleck auf den Detektor abbilden. Der Leuchtfleck sollte, wenn er außerhalb der Empfangsrichtung ist, nicht auf dem Detektor sein.
Die Meßbereich beträgt von 1m? bis 20m.
Es soll möglichst viel Lichtenergie aufgenommen werden und der Leuchtfleck soll nicht zu groß werden.
Das spricht mehr für eine Handlupe (so eine wie ich sie auf dem Bild links halte) als für eine Kollimatorlinse. Eine kleine Lupe oder ein paar hintereinander um auf eine Brennweite zu kommen, die das Gehäuse nicht zu groß werden läßt. Welcher Durchmesser wäre denn erträglich 3-5cm? und die Brennweite 10cm? oder soll es kürzer sein? Wir werden später die Abbildung des Leuchtflecks berechnen oder messen und die Sensorfläche anpassen.
Manfred
Summary: Zitat aus dem Link zur optischen Entfernugsmessung ----------------------------------
The aim of this article was to demonstrate that vision based sensors are within grasp of the amateur robotics practitioner. Certainly through sharing the base information and specifics of my implementation, I hope that I've accomplished this task. Although this level of technology is not for the absolute beginner it is not completely out of reach of the seasoned amateur and certainly not limited only too high end research labs.
Ja ist schon alles richtig und hatte ich eigentlich auch mit eingeplant, aber es gäbe da noch ein paar andere Hürden.
Z.B. in der Elektronik:
Im "Endsensor" sollte der Laser gepulst werden - damit sollte sich das Signal besser filtern lassen. Vielleicht kann man so auf einen entsprechenden optisches Filter verzichten.
Außerdem will ich das reflektierte Signal nicht unverarbeitet in den uC speisen - Also nicht z.B. in den Comparator von einem AVR. Den hätte ich gern für höhere Aufgaben bereit (Ich hab in meinem Robbie nur einen vogesehen)
Mal überlegen, das Signal muss empfangen, gefiltert, und ausgewertet werden - außerdem muss noch die Drehzahl geregelt werden.
Also entweder man baut direkt eine Schaltung in den Sensor, welche das Signal aufbereitet und auswertet und vielleicht sogar gleich auszählt, oder man setzt nen eigenen kleinen uC dafür ein.
Fragt sich was günstiger, bzw. weniger aufwendg ist.
In den Sensor kommt auf alle Fälle eine Modulation für den Laser, eine Filterschalung und eine Trigerschaltung um das Signal auf TTL-Pegel mit steilen Flanken zu bekommen...der Rest wird sich ergeben.
Naja, jetzt muss ich erst mal drüber schlafen ;-)
Gruß, Sonic
Die ganze Aufgabe besteht schon aus noch ein paar Teilen und alles hängt ein bischen zusammen, da ist zum Beipiel der Lichtfleck auf dem Hindernis.
Der Laserstrahl läuft draußen beim Objekt den Horizont entlang und trifft kurz auf das angepeilte Hindernis. Im Gerät, hinter der Empfangs-Linse trifft er auf einen Schirm, der an einer Stelle einen Spalt oder Sensor trägt. Der Zeitpunkt des Treffens auf den Sensor enthält die Entfernungsinformation. Das Objekt strahlt eine Grundhelligkeit ab und der Laserpunkt kommt kurz dazu.
Ein "Matched Filter" könnte beipielsweise die vom durchlaufenden Lichtfleck erzeugte Kurvenform von der Grundhelligkeit trennen. Eine Modulation hilft dabei zunächst wenig. (Sie müßte immerhin schnell genug sein, damit die Kurvenform des durchlaufenden Lichtpunktes weiterhin zu erkennen ist.) Besser wird es sein, die Scan-geschwindigkeit für die Kurvenform eines realisierbaren "Matche Filter" zu optimieren.
Einen ganz entscheidenden Gewinn bei der Signalfilterung wird man mit mit einer Mehrfachaufnahme erreichen. Der rotierende Spielgel liefert die Enfernungs-Information sehr häufig und es wird einen entscheidenden Beitrag zur Störunterdrückung bringen, über mehrere Empfangsvorgänge zu filtern (z.B. im einfachsten Fall die Empfansgsignalzüge aufaddieren und dann die Summe filtern, ggf raffinierter). In dem Bereich der Filterung mehrerer Empfangssignale verarbeitet man dann eine Information die auf einer größeren Energie basiert und der Rauschabstand steigt mit der Wurzel der Anzahl der aufgenommen Signale.
Manfred
Einen ganz entscheidenden Gewinn bei der Signalfilterung wird man mit mit einer Mehrfachaufnahme erreichen. Der rotierende Spielgel liefert die Enfernungs-Information sehr häufig und es wird einen entscheidenden Beitrag zur Störunterdrückung bringen, über mehrere Empfangsvorgänge zu filtern (z.B. im einfachsten Fall die Empfansgsignalzüge aufaddieren und dann die Summe filtern, ggf raffinierter). In dem Bereich der Filterung mehrerer Empfangssignale verarbeitet man dann eine Information die auf einer größeren Energie basiert und der Rauschabstand steigt mit der Wurzel der Anzahl der aufgenommen Signale.
Manfred
Das habe ich jetzt nicht ganz verstanden.
Meinst du damit mehrere Einzelmessungen aufaddieren und dann Mittelwert bilden (so hatte ich mir das vorgestellt), oder mehrere Laserstrahlen auf dem selben Punkt?
Wenn du von höherer Ennergie sprichst, meinst du dann das bessere SNR nach dem Filter?
Mit Modulation hab ich übrigens nicht eine 2.Information auf dem Laserstrahl gemeint, sondern nur das der Laser nicht einfach so losgeschickt werden kann. Ob Sinus, Rechteck, oder Dreieck - keine Ahnung, was lässt sich denn am besten filtern? Ich würde zu Rechteck, bzw. Sinus tendieren...
Gruß, Sonic
Auf alle Fälle meine ich: nacheinander, da der Spiegel den Strahl sowieso nicht nur einmal ablenkt, sollte man die mehreren Messungen wenn möglich addieren.
Die mehreren Messungen haben dann mehr Energie als eine Messung und führen zu einer Rauschunterdrückung. Vor allem auch dadurch, daß zufällige Rauschereignisse ausgemittelt werden.
Die dritte Bemerkung habe ich jetzt nicht ganz verstanden. Klar ist schon mal eines: wenn der Laser ein und ausgeschaltet wird und gerade aus ist, wenn er am Ziel vorbeikommt ist nicht zu messen. Der Laserfleck geht durch das Empfangsfeld und gibt dem Empfänger dabei einen Impuls. Sollte er dabei amplitudenmoduliert sein? Nicht unbedingt, aber die typische Form mit der der Impuls beim Überqueren des Empfängers ansteigt und abfällt, und vor allem auch seine Dauer sollte in die Erkennung einbezogen werden. Über eine Modulation sollten wir noch reden: Wie lange dauert der Impuls, wieviele Perioden der Modulationsfrequenz sollten das sein?
Manfred
Auf alle Fälle meine ich: nacheinander, da der Spiegel den Strahl sowieso nicht nur einmal ablenkt, sollte man die mehreren Messungen wenn möglich addieren.
Die mehreren Messungen haben dann mehr Energie als eine Messung und führen zu einer Rauschunterdrückung. Vor allem auch dadurch, daß zufällige Rauschereignisse ausgemittelt werden.
Das ist mir immer noch nicht ganz klar:
Meine Strategie wäre z.B. 5mal messen, Werte addieren und durch 5 Teilen.
Das Wort Ennergie irritiert mich irgendwie - um auf höhere Energien im Detektor zu kommen müsste man doch irgendwie die Signale zwischenspeichern und addieren...
Aber ich glaube wir meinen das Gleiche...
Die dritte Bemerkung habe ich jetzt nicht ganz verstanden. Klar ist schon mal eines: wenn der Laser ein und ausgeschaltet wird und gerade aus ist, wenn er am Ziel vorbeikommt ist nicht zu messen. Der Laserfleck geht durch das Empfangsfeld und gibt dem Empfänger dabei einen Impuls. Sollte er dabei amplitudenmoduliert sein?
Nein, das hab ich gemeint. Also Träger ja, Modulation keine...
Einfach nur an und ausschalten.
Mein Gedanke war den FET der Laserdiodenregelung periodisch kurzzuschließen (bzw. mit kleinem Widerstand).
Ich hab im Netz schon ein paar Seiten gefunden die über dieses Thema Artikel hatten. Angeblich soll man so einen Laserpointer locker im Ghz bereich modulieren können. Für uns würden einige hundert KHz bis einige Mhz reichen.
Der "Träger" muss schon so hoch gepulst werden damit man auf der Bogenlänge die während einer Messung überstrichen wird genug Pulse hat die gefiltert werden können.
Nicht unbedingt, aber die typische Form mit der der Impuls beim Überqueren des Empfängers ansteigt und abfällt, und vor allem auch seine Dauer sollte in die Erkennung einbezogen werden.
Hm, ich würde sagen das versuch ich nachdem ich den ersten Prototyp gebaut habe.
Meine Strategie war:
Detektor -> Bandpass -> Verstärker -> (Differenzierer) -> Schmidttrigger (ST) -> uC
Ohne Differenzierer würde der ST bei steigender Flanke ab Schwellwert x schalten. Das wäre aber eigentlich zu früh.
Idealerweise sollte der ST beim Maximum des empfangenen Signals schalten.
Beides sollte aber mit einem Oszi (hab ich ;-)) hinreichend genau einzustellen sein
Der Gag ist ja, daß wenn man ein Rechtecksignal via Laser abschickt, das detektierte Signal einem AM-Signal entspricht.
Also Rechteck + Sinus...
Über eine Modulation sollten wir noch reden: Wie lange dauert der Impuls, wieviele Perioden der Modulationsfrequenz sollten das sein?
Manfred
Muss ich mal durchrechnen...hängt aber natürlich alles davon ab wieviele Mesungen man pro Sekunde durchführen will...
Gruß, Sonic
1. Es sind schon die Meßwerte mit denen weitere Operationen durchgeführt werden. Was ist der Unterschied zwischen a) Meßwert des Siganls speichern und b) Signal speichern? Das kommt darauf an in welcher Form das Signal gespeichert wird, z.B. als Abtastwerte 8bit (ggf sogar 1bit mit "sigma-delta Kompensation") mit welcher Abtastrate? Muß man noch sehen.
2. Die Modulation können wir einmal als Rechteckmodulation mit einer noch zu bestimmenden Grundfrequenz annehmen. Die Abschwächung der Oberwellen wird dann schon etwas Dreick- bis Sinusförmiges daraus machen. Mir ging es um den Punkt: einen Leuchtfleck in 20m Entfernung erkennen (nicht den Strahl über 20m) ist eine tolle Leistung, für die Erkennung einer MHz Modulation auf diesem Leuchtfleck sehe ich erst einmal schwarz. Wenn Du mir die Empfängerschaltung zeigst, könnte ich ggf wieder Hoffnung schöpfen.
3. Das mit dem "Bandpass -> Verstärker -> (Differenzierer)" geht in Richtung der Pluslformfilterung. Die Modulation stelle ich noch in Frage.
4. Welche Größen bestimmen die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels? Höchstwahrscheinlich hätte man es aus Sicht der Signalverarbeitung so langsam wie möglich. Was ist realistisch? Wieviele Durchläufe pro Sekunde? 1? 10? (100?)
Manfred
1. Es sind schon die Meßwerte mit denen weitere Operationen durchgeführt werden. Was ist der Unterschied zwischen a) Meßwert des Siganls speichern und b) Signal speichern? Das kommt darauf an in welcher Form das Signal gespeichert wird, z.B. als Abtastwerte 8bit (ggf sogar 1bit mit "sigma-delta Kompensation") mit welcher Abtastrate? Muß man noch sehen.
Eben, also haben wir doch das selbe gemeint.
Nur fällt das meiner Meinung nach schon in die Auswertung des uC.
Jetzt kommt es eben darauf an in welcher Form man dem uC nun das Signal liefert.
Meine Ideen zielten darauf ab dem uC ein möglichst einfaches Auswertsignal zu geben. Ähnlich wie bei einem US-Sensor nur Start und Stop.
Also 2 Detektoren im Strahlengang. Einer z.B. parallel zur Messachse, einer auf der Messachse. Der erste triggert das Startsignal, der zweite das Stopsignal.
Leider hab ich keine Ahnung wie stark das empfangene Signal sein wird, und wie sehr es im Rauschen untergeht.
Das sollten wir klären, vielleicht gibt es im Netzt entsprechende Versuchsberichte.
2. Die Modulation können wir einmal als Rechteckmodulation mit einer noch zu bestimmenden Grundfrequenz annehmen. Die Abschwächung der Oberwellen wird dann schon etwas Dreick- bis Sinusförmiges daraus machen. Mir ging es um den Punkt: einen Leuchtfleck in 20m Entfernung erkennen (nicht den Strahl über 20m) ist eine tolle Leistung, für die Erkennung einer MHz Modulation auf diesem Leuchtfleck sehe ich erst einmal schwarz. Wenn Du mir die Empfängerschaltung zeigst, könnte ich ggf wieder Hoffnung schöpfen.
Ja is klar, aber vergleich das mal mit den anderen Empfängern.
Diese Laserpistolen mit denen die Polizei auf Autofahrer zielt arbeiten mit höheren Modulationen (GHz) auf größeren Entfernungen.
Ok, die kosten VIEL mehr, haben optische und elektronische Filter und arbeiten mit Ir-Lasern.
Und Ok, Ok, die zielen auf das reflektierende Nummernschild.
Allerdings müssen diese Geräte nicht nur Lichtfleck da oder nicht erkennen, sondern auch noch ziemlich genau die Phasenverschiebung messen.
Das ist das was möglich ist, das ist aber nicht mein Ziel.
Die Frage ist natürlich, welche Genauigkeit man mit wieviel Aufwand erreichen will. Ein einfacher Bandpass aus RC-Gliedern reicht sicher nicht aus. Übetreiben mus man es ja auch nicht ;-)
Zugegeben, 20m ist schon sehr weit. Für den Anfang werden mir sicher 5m auch reichen. Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann man ja dann immer noch an Detektor/Empfänger weiterentwickeln...
Außerdem bleibt mein Robbie ja nicht stehen und dreht sich nur um eine Achse, sondern er fährt ja auch in der Gegend rum. Da bleibt es nicht aus das er verschiedene Stellen im Raum mehrfach misst.
Ist die Entfernung kleiner als eine vorher gemessene, so ist sie auch genauer und wird ersetzt. Ab einer bestimmten Entfernung, welche von der Genauigkeit des Sensors abhängt, wird der Messwert von vorneherein ausgeschlossen.
3. Das mit dem "Bandpass -> Verstärker -> (Differenzierer)" geht in Richtung der Pluslformfilterung. Die Modulation stelle ich noch in Frage.
Ok
4. Welche Größen bestimmen die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels? Höchstwahrscheinlich hätte man es aus Sicht der Signalverarbeitung so langsam wie möglich. Was ist realistisch? Wieviele Durchläufe pro Sekunde? 1? 10? (100?)
Manfred
Das hängt aber nicht nur davon ab wieviel Messungen man pro Sekunde haben will, sondern auch davon wie Grad ein Messpunkt umfassen soll. Sprich ob man bei 5m Entfernung 5cm Bogenlänge haben wil oder 20cm.
Da muss man ein Mittelmass finden, aber soweit wie möglich würde ich an die Grenzen der Mechanik/Elektronik gehen.
Ich überleg mir in der zwischenzeit schonmal die Detektor und Auswertschaltung ,-)
Gruß, Sonic
Ja is klar, aber vergleich das mal mit den anderen Empfängern.
Diese Laserpistolen mit denen die Polizei auf Autofahrer zielt arbeiten mit höheren Modulationen (GHz) auf größeren Entfernungen.
Ok, die kosten VIEL mehr, haben optische und elektronische Filter und arbeiten mit Ir-Lasern.
Und Ok, Ok, die zielen auf das reflektierende Nummernschild.
Allerdings müssen diese Geräte nicht nur Lichtfleck da oder nicht erkennen, sondern auch noch ziemlich genau die Phasenverschiebung messen.
Das ist also das Referenzprinzip: Laser Dopplerradar. Einen Gewissen Vorteil hat man dabei, man weiß nämlich, daß wenn man das Empfangssignal mit dem Sendesignal mischt, dann kommt eine relativ niedrige Ferquenz heraus, die proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist, also beispielsweise 200-600 Hz. Dieses Signal läßt sich in der HF Umgebung sehr gut Verstärken, weil ein Signal mit der Empangsfrequenz am Ort des Senders sonst nicht existiert.
Das Signal kann dann bis in die Sättigung verstärkt werden (schon auch mit AGC), da die Frequenz die Information trägt (FM ist ja irgendwie auch eine Art Phasenverschiebung).
Ganz so gut geht es im vorliegenden Fall nicht. Allenfalls mit einem durchstimmbaren Laser, bei dem ohne Trigonometrie die Laufzeit über den Frequenzversatz direkt gemessen wird. (Ein alter Traum von mir aus Jugendtagen, von dem ich sicher bin, daß ich die Realisierung auf dem Basteltisch noch erleben werde, aber erst in einigen Jahren).
Wir sollten froh sein, wenn wir uns die Auswertung der HF Modulation ersparen können. Die Modulation selbst geht noch, aber der Empfänger ist ein Greuel.
Man wird dabei versuchen dabei ein extrem schwaches Signal zu detektieren, das gleich nebenan im Sender mit (10^9 ?) facher Leistung produziert wird.
Diese HF-Modulation sollte wirklich zuerst überprüft werden und ich glaube, sie sollte weggelassen werden. Ich kann mich noch an Versuche erinnern, die Datenrate von Optokopplern in die Höhe zu treiben. (Aber das bringt mich dann wieder auf ein ganz anderes Thema)
Manfred
Wir sollten froh sein, wenn wir uns die Auswertung der HF Modulation ersparen können. Die Modulation selbst geht noch, aber der Empfänger ist ein Greuel.
Man wird dabei versuchen dabei ein extrem schwaches Signal zu detektieren, das gleich nebenan im Sender mit (10^9 ?) facher Leistung produziert wird.
Da sind wir einer Meinung.
Im Moment hab ich einen 5mW Laser in Rot als Modul hier rumliegen.
Leider hab ich nur Ir-Empfänger, deswegen kann ich "noch" nichts ausprobieren.
Ein passender Spiegel/Ablenkeinheit fehlt mir noch...äh Moment, eventuell liegt hier noch irgendwo eine ausgeschlachtete Lasercrab rum, muss ich mal suchen.
Du scheinst viel Erfahrung zu haben, macht richtig Spaß diese Diskussion ;-) Was schätzt du wie hoch das detektierte Signal ausfallen wird? 2-3mV?
Diese HF-Modulation sollte wirklich zuerst überprüft werden und ich glaube, sie sollte weggelassen werden. Ich kann mich noch an Versuche erinnern, die Datenrate von Optokopplern in die Höhe zu treiben. (Aber das bringt mich dann wieder auf ein ganz anderes Thema)
Manfred
Ja, die Modulation wäre der schwerste Teil, auch ohne die Phasenverschiebung...
By the Way, mir ist heute in der Uni noch ein weiteres Problem in den Sinn gekommen das uns auch in die Suppe spucken könnte.
Wird der Laser gepulst, bleibt die detektierte Frequenz nicht immer gleich.
Je weiter weg das zu messende Objekt ist, desto tiefer wird die Frequenz des zurückgeworfenen Laserstrahls, da der Strahl immer schneller über das Objekt streift (eben auch Dopplereffekt, aber ungewollt).
Das !könnte! das Filtern erschweren wenn die empfangene Frequenz irgendwann zuweit vom Bandpass abweicht.
Man muss dann dafür sorgen, das diese Frequenzverschiebung im Rahmen bleibt...
Muss man eben durchrechnen...
Gruß, Sonic
Die IR Empfänger werden schon auch mit sichtbarem Laser gehen. Ich würde für alle Versuche wenn möglich sichtbares Licht einsetzen, aus Sicherheitsgründen. Und zur Justierung.
"Was schätzt du wie hoch das detektierte Signal ausfallen wird? 2-3mV?"
(Dann kannst Du für die Linse einen Gabelstapler kommen lassen.) Ich habe mal so überlegt, daß die Fläche einer 5cm Linse auf 5m Abstand 10^-4 "sr" sind. Das wäre dann mal für den Abstand.
Direkt am reflektierten Leuchtfleck tippe ich eher auf 20-50mV. Das ist aber mehr Hoffnung.
Überprüfe den letzen Punkt noch mal in Ruhe, die Frequenz wird sich bei einem stehenden Objekt nicht ändern.
(Ich gebe das Kompliment auch gerne zurück, so schnell war ich selten beim Thema)
Manfred
Hi Leute,
ssuuppeerr Thema!!
Aber verstrickt ihr euch nicht ein wenig in der Theorie? Habt ihr den Sensor nicht ausser Acht gelassen? Oder hab ich was nicht verstanden:
Wenn der Empfangssensor ein Line-CCD sein soll habt ihr gar nicht so grossen Einfluss auf das gelieferte Signal! Hab mir vor einiger Zeit einige Line- Scanner angeschaut z.B.:
http://www.image-sensor.com/german/ccdsensor/index.html
Die sind nicht trivial anzusteuern! und liefern alle ein analog- Ausgangssignal!
Aber dein Prinzip >Sonic find' ich auch genial, ein Freund hatte die Idee schon vor 10 Jahren!
Hier mal was praktisches, aber für 20m Sichtweite ????
Gottfreak
06.05.2004, 15:51
Zu der Diskussion allgemein: Ist echt'n heftiges Projekt, das ihr euch da vorgenommen habt (find' ich cool).
Zur Stärke des empfangenen Signals:
Unter der Annahme, dass das zu detektierende Objekt kein Licht absorbiert und in alle Richtungen (180°) gleichmäßig streut (also in dieser Hinsich optimal ist), kommen von den 5mW auf dem Leuchtfleck auf einer 5m entfernten 5cm im Durchmesser messenden (runden) Linse nur ca.
((tan^-1 (5/500)/180)^2 * 5mW = ca. 55nW
an. Gibt es so empfindliche Detektoren oder wäre selbst unter Idealbedingungen eine um Größenordnungen höhere Sendeleistung nötig?
Überprüfe den letzen Punkt noch mal in Ruhe, die Frequenz wird sich bei einem stehenden Objekt nicht ändern.
Manfred
Aaaaalsooo, noch mal ganz ruhig werd ;-)
Stimmt, mein Fehler. Man hat dann einfach nur weniger Perioden im Sichtfeld.
Nochmal zum Punkt der reflektierten Leistung. Deinen Ansatz habe ich auch versucht.
Hab ich das richtig?
Ein Laser mit 5mW projeziert bei kleinen Entfernungen einen Lichtfleck von ca. 2-3cm Durchmesser. Also 5mW/PI*(Fleckdurchmesser*0,5)^2.
Das Objekt strahlt diffus ab also in alle Richtungen, also nahezu kugelförmig.
Die empfangene Leistung wäre ungefähr L/(4*pi*r^2), wobei L die Leuchtkraft des Flecks in Watt und r der Abstand Fleck<->Detektor ist.
in Zahlen:
bei 5mW Lichtleistung des Lasers, verteilt auf einen Fleck von 3cm
auf eine 5cm Linse im Abstand d wären das
d = 20 -> 1.4726e-7 mW
d = 15 -> 0.26180e-6 mW
d = 10 -> 0.58905e-6 mW
d = 5 -> 0.23562e-5 mW
d = 1 -> 0.58905e-4 mW
Haut das hin?
Man, das ist wenig ;-)
Gruß, Sonic
Nachtrag:
Hab ich grad gefunden, ist mir aber für "5 Minuten" ein bisschen zu hoch ;-(
http://www.bauv.unibw-muenchen.de/institute/inst10/wwwSites-I10-deutsch/Fernerkundung/Professurseiten/PDF-Suess/08LASE-2.PDF
Soweit so gut,
die Berechnungen (Schätzungen) für die empfangene Leistung liegen nicht so weit auseinander 2 nW - 55nW auf 5m. Betrachtet wurde dabei der Verlust durch die Ausbreitung in Richtungen, die nicht auf die Linsenfläche treffen.
(Unterschiede gab es vielleicht in der Richtcharakteristik eines Leuchtflecks, homogen über die Halbkugel oder cos-förmig in Richtung der Flächennormalen, aber das ist ein Faktor von etwa 2, also gering).
Die Reflektionsfaktoren für unterschiedliche Materialien liegen zumeist auch im Bereich von 50%-100% (siehe >5min link von Sonic) also auch gering.
Welche anderen Verluste gibt es? Relative Einschaltdauer des Lasers. 50%-100% (mehr Leistung geht nicht raus) Senderlinse, Kollimator, wird in die Angabe 5mW eingerechnet sein.
Die Dämfung durch Luft lassen wir ganz weg und messen erst mal nur bei schönem Wetter, die Dämpfung ist mehr im km Bereich interessant.
Strahldivergenz führt dann zum Thema räumliche Auflösung. Wird der gesamte Leuchtfleck auf dem Detektor abgebildet? Im wesentlichen ja, denn dies ist eine Forderung an die Ausgewogenheit der Systempräzision. (Erkärung muß folgen).
Damit können wir die Eingangsleistung des Systems abschätzen und können im Test bestimmen, welcher Detektor die nötige Empfindlichkeit haben wird. Daraus wird sich ergeben, wie groß die Dauer des Leuchtfleckempfangs sein muß, um einen geforderten Störabstand zu erreichen. Als Reserve haben wir dann noch die Verbesserung des Störabstandes durch Mehrfachmessung.
*Ausgewogene Systempräzision:
Es wurde von einem Leuchtfleck der Größe 3cm gesprochen.
Dazu grundsätzlich: Ich denke es ist eine Hilfe, sich in den Größenordnungen an Beispielen orientieren zu können. Also nehmen wir ihn erst einmal mit 3cm Größe an. Wenn eine begründete andere Meinung aufkommt, oder ein Verfahren diesen Wert verbessern kann, dann können wir ihn jederzeit korrigiern.
Dieser Leuchtfleck wird abgebildet mit einer Linse mit ca.10cm Brennweite und hat damit auf dem Schirm eine Größe von 3cm* 10cm/500cm = 0,6mm.
Dies ist damit auch die Breite des Sensors. Ein breiterer Sensor empfängt den Leuchtfleck für längere Zeit und verbreitert damit das Empfangssignal. Ein schmalerer Sensor verringert die Zeitdauer des Leuchtfleckdurchgangs kaum. Er empfängt aber nur geringere Leistung und liefert damit einen geringen Störabstend.
Der zeitliche Durchgang der räumlich verteilten Intensitätsfunktion des Leuchtflecks über den räumlich ausgedehnten Sensor entspricht der Faltung der beiden Raumfunktionen. Die resultiernde Funktion soll eine optimale Funktion sein, mit hoher Amplitude und mit kurzer zeitlicher Ausdehnung. Diese Bedingung wird am besten bei der Faltung von zwei Funktionen erreicht, die die gleiche räumliche Verteilung haben.
Kurz gesagt: mit 10cm Brennweite und 5m Abstand bei 3cm Leuchtfleckbreite soll der Sensor eine Breite von 0,6mm haben. Ein breiterer Sensor, der mehr Licht empfängt, sollte über eine Linse mit größerer Brennweite versorgt werden, um keine zeitliche Auflösung einzubüßen.
Manfred
Soweit so gut,
[..]
Kurz gesagt: mit 10cm Brennweite und 5m Abstand bei 3cm Leuchtfleckbreite soll der Sensor eine Breite von 0,6mm haben. Ein breiterer Sensor, der mehr Licht empfängt, sollte über eine Linse mit größerer Brennweite versorgt werden, um keine zeitliche Auflösung einzubüßen.
Manfred
Und genau darüber hab ich mir gestern Abend noch Gedanken gemacht.
Du hattest mal gemeint, meine Ir-Empfänger sollten für einen Test mit meinem roten Laser ausreichen.
Mein Laser (Pollin):
"Laser-Modul LP-705
Leistungsstarkes Lasermodul mit 3...4,5 V Betriebsspannung und einer Leistung < 5 mW. Wellenlänge 630-680 nm. Class IIIA Laser."
Meine Dioden sind SFH205, laut Datenblatt haben die bei 670nm längstens 0% spektrale Empfindlichkeit. Glaube nicht das da noch etwas ankommt.
Reichelt hat nur wenig Auswahl, Conrad hatte (ich glaube PIN-Fotodioden) für u.a. medizinische Anwendungen bzw. Belichtungsmesser und industrielle Geräte von Infenion. Aber für knapp unter 10€.
Dafür waren die im Nennspektrum bei ca. 800nm sehr empfindlich.
Vielleicht wäre es ratsam eine Schaltung mit mehreren F.Dioden/F.Transistoren aufzubauen um die Empfindlichkeit zu erhöhen.
Z.B. parabolförmig auf einer Linie, bzw. "Halbkugel".
Das Signal darf natürlich nicht verändert werden.
Alles hängt vom Detektor ab, ich glaube das steht fest.
Zur Linse hatte ich eine Idee:
Ich komm über eine Druckerei an sogenannte Fadenzähler. Ist eine große Lupe für Drucker. Ich hab eine da mit ca. 20cm, gibt es aber auch mit 10 und weniger. Aber eine Lupe mit 20cm Durchmesser sieht auf einem Robbie (dafür machen wir das ja) mit ca. 40cm Länge irgendwie doof aus ;-)
Vielleicht kann ich mir auch so ein Zielfernrohr für G_w_hre/Pis_o_en irgendwoher besorgen. Aber bevor jetzt der Schilly dieses Forum zumacht - für Scharfschützenpräzission reicht meine Kohle eh nicht. Ich hab da eher an sowas für die Paintballfreaks gedacht. Sollte einigermassen günstig zu bekommen sein. Ein halbes Fernglas wäre vielleicht auch ok.
Vielleicht sollten wir auch unsere Erwartungen bezüglich der Reichweite ein bisschen minimieren. 20m ist bei den winzigen Leistungen schon eine große Leistung. 5m würden mir am Anfang locker reichen.
Wie gesagt, mir geht es darum, genauer und mit besserer räumlicher Auflösung als US-Sensoren zu sein.
Gruß, Sonic
Den SFH 205 muß ich mir noch einmal ansehen, ich müßte auch irgendwo noch einen haben. Das wäre direkt mal einen ersten Test wert, was der zu einem Laserpointer sagt, und wie man das quantitativ bewerten kann. Vor allem auch, um die erreichbare Bandbreite des Empfängers zu messen damit wir von gleichen erreichbaren Modulationsfrequenzen sprechen. (Ich habe noch mal nachgesehen, mit Tageslichtfilter ist natürlich nicht so gut, ich meinte auch einen anderen Photodiodentyp).
Die Berechnung der Leuchtfleckgröße in der Abbildung hinter der Linse hatte den Zweck, die Größenordungen deutlich zu machen. 0,6mm kam heraus, das ist eher klein. Man kann es mit der Brennweite linear vergrößern 20cm->1,2mm... (Fadenzähler, das jemand sowas noch kennt) sind Mehrfachlinsen zur stärkeren Vergrößerung (Verringerung der Brennweite auf ca. 2cm) damit wird das optische System miniaturisiert, aber mit Sicherheit nicht Lichtstärker. Ich habe ein Bild von einem Typischen Fadenzähler links und einer Mehrfachlupe rechts. Man schiebt die einzelnen Lupen hintereinander und erhöht die Brechkraft (Reduziert die Brennweite. Damit gewinnt man kein Licht, man verringert die Baugröße des Systems und schafft sich das Problem, bei 2cm Brennweite eine Spaltbreite von 0,12mm einsetzen zumüssen, die ja zur Entfernungsauflösung sehr präzise sein soll.
Es gibt dann noch die Fernrohre, die den Leuchtfleck vergößern, das wäre vielleicht prakitsch, (bringt etwas Lichtverlust und ist schwieriger zu justieren). Man braucht für die Leuchtfleckerkennung kein Präzisions-Zielfernrohr. Man kann auf die Korrektur chromatischer und sphärischer Fehler völlig verzichten. Die ganze Präzision steckt in dem Zeitpunkt in dem der Rote Punkt über die Mitte läuft, dafür reicht ein Plastikgerät aus dem Kaugummiautomat (Übertreibung solche Automaten gibt es nicht).
Für die weitere Festlegung der Konfiguration brauchen wir noch eine Basisbreite, die die Entfernungsauflösung entscheidend bestimmen wird, und eine Drehgeschwindigkeit.
Das mit den mehreren Detektoren könnte wohl allenfalls mit einer Zylinderlinse gehen, die dann nicht einen Punkt, sondern eine Linie auf den Schirm abbildet. Das sollten wir auch erst mal weglassen, denn das macht die Optik einigermaßen kompliziert. (Ich spreche vom einem Schirm wenn ich die Abbildungsebene meine. Da muß dann nicht unbedingt ein Schirm sein. Vielleicht eine Schlitzblende um die Sollkonfiguration des Empfängers gut zu realisieren ohne das Fotoelement abzusägen und um das Steulicht gut abzuschirmen. )
Manfred
Tageslichtfilter ist natürlich nicht so gut, ich meinte auch einen anderen Photodiodentyp).
Genau
(Fadenzähler, das jemand sowas noch kennt) sind Mehrfachlinsen zur stärkeren Vergrößerung (Verringerung der Brennweite auf ca. 2cm) damit wird das optische System miniaturisiert, aber mit Sicherheit nicht Lichtstärker. Ich habe ein Bild von einem Typischen Fadenzähler links und einer Mehrfachlupe rechts. Man schiebt die einzelnen Lupen hintereinander und erhöht die Brechkraft (Reduziert die Brennweite. Damit gewinnt man kein Licht, man verringert die Baugröße des Systems und schafft sich das Problem, bei 2cm Brennweite eine Spaltbreite von 0,12mm einsetzen zumüssen, die ja zur Entfernungsauflösung sehr präzise sein soll.
Fadenzähler kennt man schon, wenn man in einer Druckerei gearbeitet hat. Die in deinem geposteten Bild sind für Landkarten/Pläne oder?
Ich mein so eine, keine Angst die gibts auch in kleiner ;-)
http://cgi.ebay.at/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&category=29115&item=3814393215&rd=1#ebayphotohosting
Nur eine Linse. Das mit dem Zielfernrohr war eher ein Tooltime Argument ;-)
Für die weitere Festlegung der Konfiguration brauchen wir noch eine Basisbreite, die die Entfernungsauflösung entscheidend bestimmen wird, und eine Drehgeschwindigkeit.
Basibreite <=> Genauigkeit der Abstandsmessung?
Gruß, Chris
Der spezielle Fadenzähler ist noch von meinem Vater der in der Tat im Bereich der Druckerei tätig war. Ich habe ihn öfter gefragt, welche Fäden man da zählt, aber das Gerät ist wohl vom Weben und wurde beim Drucken bevorzugt eingesetzt. Solche wie die im Link, entsprechend kleiner, mit Einzellinsen, kenne ich auch.
Es gibt wirklich auch billige Fernrohre die den Zweck erfüllen, aber wir sollten mit einer Linse (oder zur Not auch Mehrfachlinse) zu einem einfachen Versuchsaufbau kommen, damit wir:
Einmal den Kreis schließen und auf Erfahrungen aufbauen können. Ich habe keine Angst davor, mit einem Entfernungsmesser für 50cm die erste Runde zu drehen. Basteltischaufbau, Aufnahme aller Werte, Herausfinden der kritischen Stellen und mit Systemerfahrung in die nächst Runde. Das ist das Geheimnis des Erfolgs mit technischen Systemen.
(Viellicht liest es jemand der es besser weiß, aber vielleicht kommen wir im drauf, daß er das Maut System plant.)
Die Basisbreite und die Drehzahl des Spiegels brauchen wir noch. Die Basisbreite ist der Abstand Laser - Empfänger. Klar daß die Basisbreite die Genauigkeit bei der trigonometrischen Peilung bestimmt. Beim Sharp Sensor bis 80cm Entfernung habe ich gerade noch mal schnell 2cm nachgemessen. Relative Basisbreite 0,025
Das wären bei 5m: 12,5cm wie wäre es mit 25 cm? oder gleich 50cm?
Und die Drehzahl, wieviele Messungen pro Sekunde? 10?
Manfred
Der spezielle Fadenzähler ist noch von meinem Vater der in der Tat im Bereich der Druckerei tätig war. Ich habe ihn öfter gefragt, welche Fäden man da zählt, aber das Gerät ist wohl vom Weben und wurde beim Drucken bevorzugt eingesetzt. Solche wie die im Link, entsprechend kleiner, mit Einzellinsen, kenne ich auch.
Damit werden die Passmarken überprüft. Im unteren Teile des Fusses ist eine feine Skala, damit kann man den Versatz bestimmen und die Gummitücher im Druckwerk nachstellen, jedenfalls im Rollenoffsetbereich. Außerdem sieht man wenn eine Druckplatte einen Fehler hat. Ursprünglich kommen die wirklich aus den Webereien, hat man mir auch erzählt.
Es gibt wirklich auch billige Fernrohre die den Zweck erfüllen, aber wir sollten mit einer Linse (oder zur Not auch Mehrfachlinse) zu einem einfachen Versuchsaufbau kommen, damit wir:
Einmal den Kreis schließen und auf Erfahrungen aufbauen können. Ich habe keine Angst davor, mit einem Entfernungsmesser für 50cm die erste Runde zu drehen. Basteltischaufbau, Aufnahme aller Werte, Herausfinden der kritischen Stellen und mit Systemerfahrung in die nächst Runde. Das ist das Geheimnis des Erfolgs mit technischen Systemen.
(Viellicht liest es jemand der es besser weiß, aber vielleicht kommen wir im drauf, daß er das Maut System plant.)
Meine Rede ;-)
Kennst du diese Klammer-Systeme aus dem Chemielabor? Mit denen die Chemiker ihre Versuche aufbauen?
Damit werd ich's mal probieren, sind so ähnlich wie die Ständer aus dem Physikunterricht, aber standsicherer - schwererer Fuss.
Die Basisbreite und die Drehzahl des Spiegels brauchen wir noch. Die Basisbreite ist der Abstand Laser - Empfänger. Klar daß die Basisbreite die Genauigkeit bei der trigonometrischen Peilung bestimmt.
Achso, jetzt hab ich's kapiert ;-) Die Breite der Basis, was denn sonst, lol
[quote="Manf"]
Beim Sharp Sensor bis 80cm Entfernung habe ich gerade noch mal schnell 2cm nachgemessen. Relative Basisbreite 0,025
Das wären bei 5m: 12,5cm wie wäre es mit 25 cm? oder gleich 50cm?
Und die Drehzahl, wieviele Messungen pro Sekunde? 10?
[/qoute]
Kann man die Systeme vergleichen?
Der Sharp arbeitet ja mit einem PSD, also hauptsächlich analog.
Wir arbeiten mit Mechanik auf Zeitbasis. Mit meinem AVR-Board mit 4MHz sollten sich auch sehr kleine Zeiten relativ genau messen lassen.
Wenn's zu langsam ist kann ich's ja immer noch mit 8MHz takten bzw nen anderen Prozessor nehmen der mit 16MHz läuft.
Da der Sensor auf einen Roboter kommt, tendiere ich eher zu einer mittleren Basisbreite, 50cm halte ich für bezahlbare Roboter für zuviel. Das ganze sollte auf dem Roboter drehbar sein, dann hätte man z.B. mit 2 Servos schon ein schönes LADAR.
25cm halte ich für das Maximum, ich hab mit 10-20cm geplant.
Wenn das Ganze zu Groß wird braucht man auch stärkere, teurere Motoren.
Der Testaufbau sollte in der Basisbreite variabel sein, so im Bereich zwischen 10cm und 50cm.
Noch ne Frage, hast du ne Typenbezeichnung bzw. Hersteller/Datenblatt von einem PSD? Mich würde mal interessieren wie empfindlich die im Vergleich zu Photo-Transistor/Diode sind.
Gruß, Sonic
Die PSDs habe ich bis jetzt nur beiSharp gesehen. Ich habe dort auch ein paar Datenblätter von Phototransistoren und Photodioden gesehen.
Dunkelströme bis zur equivalentan Anregung von um 1nW/cm^2 bei 25°C sind dort bei Dioden angegeben.
Wenn es sonst kein Licht gäbe hätten wir bei 50nW den 50-fachen Dunkelstrom von beispielsweise 50nA/50nW bei Dioden und das Hundertfache bei Fototransistoren. Das es auch anderes Licht gibt, bleiben noch ein paar Fragen offen.
Eine solche Photodiode hat beispielweise 10pF bei 5V Sperrspannung. Bei einem Signal von 50nA ändert sich die Spannung damit erst einmal nur um "5mv pro us". Für HF Modulation brauchte man da etwas anderes.
Na gut , dann können wir ja mal die Impulsdauer für 10 Scans pro Sekunde berechnen und einen ersten Test vorbereiten, wie ein Empfänger auf einen solchen Impuls anspricht.
Manfred
http://sharp-world.com/products/device/lineup/opto/index.html
Na gut , dann können wir ja mal die Impulsdauer für 10 Scans pro Sekunde berechnen und einen ersten Test vorbereiten, wie ein Empfänger auf einen solchen Impuls anspricht.
Manfred
Bei einem Leuchtfleck von 3cm und einem Radius von 5m ergibt sich eine
Impulszeit von 95,5us, wenn ich mich nicht verrechnet habe.
Gruß, Sonic
Das ist sicher richtig und als erste Näherung gut genug.
Es kommt auch auf die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels an und damit auf die Anzahl der spiegelnden Flächen. Nimmt man den Sechseck-Spielgel aus dem Laserdrucker, dann hat jeder Spiegel einen Winkelunterschied zum Nachbarn von 60° er überstreicht bei Relfexion eines unbewegten Einfallsstrahls den doppelten Winkel, also 120° in 100ms. Das ist eine Winkelgeschwindigkeit von 1200°/s oder 20,9/s. Für einen Winkel von 3cm auf 5m, also 0,006 braucht man dafür 287us. Das ist 3 mal so viel. Du hast also mit zwei spiegelnden Fächen gerechnet.
Beim Ausprobieren von einem Fotoelement habe ich mit einem BPW34 angefangen und zunächst einmal den Licht Ausgang eines Sharp Sensors gemessen. Der Strahl ist moduliert und fokussiert, also brauchbar für einen ersten Test (wenn auch wieder im IR Bereich). Das Oszillogramm sieht ganz interessant aus s.unten.
Es werden alle 40 ms 32 Impulse mit einer Rate von 1/ms ausgegeben, die Impulsdauer beträgt so um 0,2ms. Das ist alles im gleichen Zeitbereich. Ich nahme an, daß hier auch über mehrere Messungen gemittelt wird.
Manfred
Das ist sicher richtig und als erste Näherung gut genug.
Ok
Beim Ausprobieren von einem Fotoelement habe ich mit einem BPW34 angefangen und zunächst einmal den Licht Ausgang eines Sharp Sensors gemessen. Der Strahl ist moduliert und fokussiert, also brauchbar für einen ersten Test (wenn auch wieder im IR Bereich). Das Oszillogramm sieht ganz interessant aus s.unten.
Es werden alle 40 ms 32 Impulse mit einer Rate von 1/ms ausgegeben, die Impulsdauer beträgt so um 0,2ms. Das ist alles im gleichen Zeitbereich. Ich nahme an, daß hier auch über mehrere Messungen gemittelt wird.
Manfred
Hm, lass mich mal deinen Messaufbau verstehen, so wie du ihn gepostet hast.
Also Sharpsensor als Lichtquelle, BPW34 als Sensor.
Hast du den Empfänger direkt gegen den Sharp gemessen, oder die Reflektion? Wenn ja mit welchem Abstand?
Das Oszillogramm sieht eher nach direkter Messung aus, oder?
32 Pulse mit je einer ms entspricht einer Modulation von 32KHz.
Die 32KHz dienen wahrscheinlich zum Filtern.
Gesendet werden also Pakete mit 32ms Länge im Abstand von 40ms.
Hab ich das so richtig?
Gruß, Sonic
Gemessen wurde direkt die Strahlung des Sharp Sensors auf 50cm Entfernung. Dafür war der Sensor noch gar nicht beschaltet, nur eine Diode am Tastkopf.
Impulse im 1ms Raster entsprechen 1kHz. (0,2ms Dauer und 0,8ms Abstand.
Irgendwie wird im Sharp Sensor sicher gefiltert. Alle 40ms wird ein neuer Wert am Analogausgang ausgegeben. (Es ergibt sich eine Treppenkurve bei sich änderndem Abstand.)
Den Sharp Sensor habe ich nur als einen ersten Lichtsender genommen, um die Diode zu testen bevor ich einen Laser mit Drehspielgel aufbaue.
Viellicht kann man ihn auch als einfache "Referenzquelle" für Intensitätsmessungen nehmen. Irgendwann müßte man ihn dazu messen.
Manfred
Gemessen wurde direkt die Strahlung des Sharp Sensors auf 50cm Entfernung. Dafür war der Sensor noch gar nicht beschaltet, nur eine Diode am Tastkopf.
Das lässt hoffen...
Impulse im 1ms Raster entsprechen 1kHz. (0,2ms Dauer und 0,8ms Abstand.
Ja klar, ich hab mit 32 Impulsen mit insgesamt 1ms Dauer gerechnet.
Irgendwie wird im Sharp Sensor sicher gefiltert. Alle 40ms wird ein neuer Wert am Analogausgang ausgegeben. (Es ergibt sich eine Treppenkurve bei sich änderndem Abstand.)
Den Sharp Sensor habe ich nur als einen ersten Lichtsender genommen, um die Diode zu testen bevor ich einen Laser mit Drehspielgel aufbaue.
Viellicht kann man ihn auch als einfache "Referenzquelle" für Intensitätsmessungen nehmen. Irgendwann müßte man ihn dazu messen.
Manfred
klingt alles sehr interessant ;-)
So langsam kommen wir (äh du) der Sache näher ;-)
Ich muss mir dringend eine auswahl an Sensoren besorgen, damit ich loslegen kann.
Aber das wichtigste, der Spiegel + Motor, fehlt mir noch.
Gruß, Sonic
Ich wollte noch das Bild von einer relativ kleinen Scannereinheit eines Laserdruckers weitergeben.
Im Bild ist zu sehen, welchen Weg der Laserstrahl vom Sender aus zum Spiegel nimmt. Er wird dort von einem kleinen Vierfachspiegel abgelenkt und trifft zuerst auf den festen Spielgel für den Detektor des Synchoniserinpulses und geht dann über die seltsam gebogene Linse raus auf die Trommel. Der Motor dreht mit einer sehr hohen Drehzahl, ich schätze mal mehr als 10.000Upm (nach Geräusch).
Meistens ist eine kleine Zylinderlinse im Strahlengang vor dem Drehspiegel, da die lange Linse wohl nicht eine ausreichend kurze Brennweite in Querrichtung schafft. Diese lange Linse ist von Version zu Version komplizierter geworden und sieht in dieser Version vielleicht aus wie ein Koffergriff. Im Gegensatz zu einem Griff hat sie aber die Aufgabe, den Strahl auf der Breite eines Din A4 Blattes auf 0,1mm zu fokussieren. Da merkt man erst, wie einfach die Optik in einem Fernglas oder Fotoapparat ist.
Eine solche Linse braucht man für die Entfernungsmessung nicht. Manchmal kommt man aber auf weiterführende Ideen, wenn man sich andere Realisierungen ansieht.
Manfred
He leute!
Ich hab da so ne bitte an euch...
Ich ha da so ein Maturathema...
Ich muss eine ansteuerung für einen laser entwerfen und den dann mit assembler C oder was anderen programmieren
könntet ihr mir da irgendwie weiterhelfen?
Bitte!!!
THX 30er
He leute!
Ich hab da so ne bitte an euch...
Ich ha da so ein Maturathema...
Ich muss eine ansteuerung für einen laser entwerfen und den dann mit assembler C oder was anderen programmieren
könntet ihr mir da irgendwie weiterhelfen?
Bitte!!!
THX 30er
Mit wieviel C soll der Laser denn angesteuert werden?
He leute!
Ich hab da so ne bitte an euch...
Ich ha da so ein Maturathema...
Ich muss eine ansteuerung für einen laser entwerfen und den dann mit assembler C oder was anderen programmieren
könntet ihr mir da irgendwie weiterhelfen?
Bitte!!!
THX 30er
? schreib mal genauer wo da dein Problem ist, was soll der Laser denn machen?
Gruß, Sonic
Ich möchte hier noch das Thema Abstandsmessung für größere Entfernungen weiterführen.
Die Sharp Sensoren senden ja IR Signale aus mit 880nm und mit einer Modulation bestehend aus 32 Impulsen mit 0,2 ms Dauer. Gerade solche Signale werden detektiert und mit dem PSD Chip in eine Entfernungsinformation umgesetzt.
Um in einem ersten Schritt den PSD Chip und die Empfangsfilterung zu nutzen, kann man ein IR Signal gleicher Modulation, mit mehr Leistung und stärker gebündelt von einem Laser aussenden, der etwas weiter vom Empfänger auf der Basislinie entfernt ist und einen flachen Winkel mit der Empfangscharakteristik bildet. Die Modulation ist autonom und wird im Sensor erzeugt, sie muß also von dort zur Synchronisation abgenommen werden.
Das gar nicht so schwierig wie es zunächst klingt. Laser aus Laserdruckern haben (nach eigener Messung) eine Wellenlänge von 780nm, die vom IR Filter des Sharp Sensors wohl auch gut durchgelassen wird. Die Modulation wollte ich zunächst optisch aufnehmen und zur Steuerung des Lasers verwenden, aber der GP2D12 ist sogar hinten offen und die Sendediode ist leicht gefunden (jetzt mit gelbem Kabel). Das Rechtecksignal von ca.1V wird an über einen Kondensator ein hochohmig vorgespanntes C-MOS Gatter geführt und liefert am Ausgang saubere 5V zur Ansteuerung des Power-MOSFETs für die Laserdruckerdiode (mit 5V 20Ohm bei duty cycle 20% ist der mittlere Strom unter 50mA). Die LED wird zunächst nur abgedeckt, um den GP2D12 in seiner Grundform noch zu erhalten.
Die Laserdiode ist neben dem Sensor mit Schrauben auf einem Kunststoffträger befestigt und kann im Winkel noch leicht justiert werden. Im Bild ist die Anordnung von vorne und von hinten dargestellt. Der Lasertreiber ist auf dem Steckbrett. Die gelben Kondensatoren halten nur den Träger in seiner Position (mechanische Stabilisierungskondensatoren).
Die Schaltung ist somit recht einfach und der erweiterte Sensor hat auch eine 2m entfernte Wand sowie Hindernisse auf dem Weg dorthin deutlich erkannt und durch unterschiedliche Spannungen am Ausgang unterschieden.
Durch die stärkere Bündelung des Strahls ergibt sich im Detail eine etwas andere Empfangscharakteristik, die beispielesweise auch schmalere Objekte eindeutig in der Entfernung zuordnen kann. Die Strahlcharakteristik ist wegen seiner IR Wellenlänge nicht gleich zu erkennen und muß noch ausgemessen und ggf optimiert werden.
In einem nächsten Schritt wird der Empfänger noch eine größere Linse erhalten, um mehr Strahlungsenergie von Lichtfleck auf dem Hindernis aufnehmen zu können.
Manfred
[..] Die gelben Kondensatoren halten nur den Träger in seiner Position (mechanische Stabilisierungskondensatoren).
Lol, das muss in die Fachbücher aufgenommen werden ;-)
Die Schaltung ist somit recht einfach und der erweiterte Sensor hat auch eine 2m entfernte Wand sowie Hindernisse auf dem Weg dorthin deutlich erkannt und durch unterschiedliche Spannungen am Ausgang unterschieden.
[..]
Manfred
2m ist ja schon ganz schön weit. Das ist schon ein schöner Erfolg.
Ich frag mich nur wie das mit einem selbstgebauten Empfänger aussieht.
Wenn ich die Klausuren hinter mir hab, fang ich auch mit dem Experimentieren an ,-)
Danke für die Bilder und den Bericht.
Gruß, Sonic
@MANF:
Hi,
kannst du mir evt. schon eine Empfängerdiode/Transistor empfehlen?
Bin bei meiner Suche noch nicht wirklich weitergekommen. Noch 3 Wochen und ich hab die Klausuren hinter mir....
Gruß, Sonic
@ Sonic zunächst einmal:
1. Abgrenzung Wellenlänge Material Auswahl: Silizium
http://www.lasercomponents.de/pics/detspek1.jpg
2. Optionen bei Silizium Photodioden
"-------------------------------------------------------------------
http://www.nano.physik.uni-muenchen.de/elektronik/nav/k8t0.html
Photodiode
Im Wesentlichen pn-Diode, die in Rückwärtsrichtung betrieben wird. Das elektrische Feld in der Verarmungszone dient dazu, photogenerierte Ladungsträger räumlich zu trennen.
Man möchte
hohe Geschwindigkeit => Dünne Verarmungsschicht
hohe Quanteneffizienz => Dicke Verarmungsschicht
schmalbandige spektrale Eigenschaften
Technische Ausführungen
pn-Diode
pin-Diode
Schottky-Diode
Heterojunction-Diode
Avanlanche-Diode (mit internem current gain)
---------------------------------------------------------"
Auswahl mit/ohne IR Filter und Demodulator.
z.B. preiswerte, leicht verfügbare Typen: ein paar Daten dazu brauchen wir noch
Diode für IR..........SFH 205......................
Universal Diode....BPW 43........................
Transitor...............BPW 40, SFH 309........
Empfänger.............TSOP........................ ...
MartinFreundt
12.07.2005, 17:43
Hi,
Bin auch auf der Suche nach einem billigen, einfachen, leistungsfähigen "Distancemesser" mit dem man die Umgebung sehen kann...
Ich habe mir eure sehr interessanten Beiträge durchgelesen... (und fast alles Verstanden, hoffe ich)
Vielleicht ist die nicht neu... aber was wöhre wenn
wenn man einen Laser (direkt oder per Spiegel) auf einen Schrittmotor packt und einen Sensor (abgeschirmt so das er nur gerade aus gucken kann) der für die Wellenlänge empfindlich ist auf einen anderen und die Strahlen sich kreutzen lässt. Wenn der sensor was sieht, dann ist im Kreutzungspunkt eine Fräche auf der Reflektion statt findet...
So könnte man das Umfeld abrastern und müsste ohne High tech auskommen...
Kennt jemand passende Senoren, die auf bestimmte wellenlängen beschränkt sind? (ansonsten kann man den Laser ja codieren (Takten)
was denkt ihr?
Martin
Wie weit soll sie denn gehen die Entfernungsmessung? Im kleinen Bereich gibt es so etwas ja als Sharp GP... bis 1,5m.
(High Tech ist übrigens fast alles hier, es kommt ein bisschen darauf an von wo aus. ) O:)
Recht empfindliche Sensoren sind die Empfänger für modulierte Signale (IR Fernsteuerung)
http://www.fateb.br/marcelo/download/sfh5110.pdf
Manfred
MartinFreundt
13.07.2005, 07:10
Hi,
Was währe, wenn man so ein "billig" IR sensor nimmt...
eine Pulsierende IR Quelle
und die Zeit bis zur Ankunft misst indem:
z.b. man einen Kondensator aufläd sobald die Led Emitiert, und stoppt solbald der sensor was sieht....
und dann die Spannung misst!?
Ich bin Maschinenbauer und habe daher nur ein wenig Anhung von praktischer Schaltungstechnik... E-Techniker juhu.... Funktioniert das?
Martin
Über ein paar Ideen zu Thema wurde auch hier schon mal diskutiert.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=10240
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=8136
Mit Schaltungstechnik wird die Realisierung wohl zu tun haben.
Speziell zu Deinem Vorschlag:
Wie soll das Pulsieren der Quelle bei der Laufzeitmessung ausgewertet werden?
Manfred
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