Как работает лазерный дальномер?

Всем здравствуйте! Я не знаю, как работает лазерный дальномер. Но считаю что в ссылке, указанной Кухонщиком в 20-м посте просто рекламная залепуха, или кто писАл рекламу не имеет понятия, о чем пишет. Постараюсь обосновать. Простое измерение разности фаз двух периодических (допустим синусоидальных) сигналов ничего не даст. Для измерения расстояния необходимо еще знать, сколько же целых волн (полуволн) еще уложено на этом отрезке, если длина волны излучаемого сигнала меньше измеряемого расстояния. Длина волны красного лазера около 0,5 мкм (точно не помню, но это и не принципиально, главное – порядок ТОТ, кто захочет поправить, может уточнить), то есть длина волны лазера многократно меньше измеряемых расстояний. Поэтому, если мы будем мерять разность фаз, (а существующие фазовые детекторы способны ее измерить в диапазоне +- 90 градусов), то мы померяем 0,5/4=0,125 мкм. А где милли, санти, метры, сотни метров? А как сосчитать, сколько раз фаза повернулась на 360 градусов? Сущесвующими процессорами не успеть – это посчитал уже Samorez. Мне кажется , что самым подходящим алгоритмом будет тот, который высказал Caver в 9 посте – то есть модуляция лазерного луча низкочастотным сигналом, и измерение разности фаз именно МОДУЛИРУЮЩЕГО сигнала, причем сначала частота модуляции минимальная когда на измеряемом расстоянии фаза модулирующего сигнала гарантирована не повернется на угол более 90 градусов. Например, если заявлена максимальная дальность 200 м, то частота д.б. порядка 200*4=800 м ,т.е около 400 кГц. Потом дискретное (может некратное), а может плавное увеличение модулирующей частоты вплоть до нескольких гигов для достижения точности порядка миллиметров. Современные синтезаторы от «аналог девайс» способны практически мгновенно изменять частоту генерации от 0 до сотен мГц с шагом в сотые доли герц, то есть возможности сих многоножек многократно превышают данные требования. Ник_Ник.

все мои посты-выдержки из нэта, ссылка в каждом посте. это я к тому, что можно найти любую информацию, было-бы желание.

Ник_Ник в общем-то вполне проникся Вашими разъяснениями.

Ник_Ник в общем-то вполне проникся Вашими разъяснениями. Спасибо.:)

Данный научно-технологический этюд на уровне общеобразовательной школы по-имховски выглядит так. Луч ничем не модулируется, а просто прерывается. Возврат луча останавливает измерительный процесс измерения фазы внутреннего генератора с длиной волны равной максимуму допустимого измерения расстояния с помощью АЦП приемлемой разрядности (к примеру 8 разрядного). Таким образом получают 256 градаций, вполне сопоставимыми с измеренными метрами на вполне приемлемых временах минимально возможного возврата отражения (если минимум измерения 5см, то по моим прикидкам это 6ГГц - вполне известные цифры, хотя это 0,3 наносекунды :)). Далее меряют изменение фазы генератора с более короткой длиной волны, равной погрешности измерения (например +-5мм) умноженной на дискретность АЦП (в данном случае 256). Получаем длину волны 1, 28 метра. Получаем окончательное преобразование значения фазы в миллиметры с учетом погрешности.

Таким образом от яркости отраженного сигнала ничего особо не зависит. Достаточно зафиксировать факт возврата отражения, что собсно и наблюдаем, когда перемещаем луч на поверхности, отражающие способности которых изменяются в разы, не видя при этом особого гуляния результата. Просто фиксируют мгновение по тому или иному фронту прерывания луча отражения, которые должны изменяться за интервалы времени соизмеримыми с погрешностью измерений (что по моим прикидкам 6ГГц). Это может быть как загорание, так и погасание. Хрен их там знает. Хотя это сути не меняет.

Пойдет? ;)

2samorez http://www.geopolygon.ru/catalog/tacheo/s6/techno1.php

samorez написал : Луч ничем не модулируется, а просто прерывается. Возврат луча останавливает измерительный процесс измерения фазы внутреннего генератора с длиной волны равной максимуму допустимого измерения расстояния с помощью АЦП приемлемой разрядности (к примеру 8 разрядного).

Вы все пытаетесь оцифровать сигнал с частотой под 10ГГц. Пока что это в серийных разработках недостижимо.

Викторыч привел ссылку, работают оба метода - и фазовый (с модулированием и измерением сдвига фаз) и импульсный (с измерением времени прохода импульса). Но в любом случае, начальную обработку сигнала производит аналоговая схема. В массовых моделях дальномеров используется фазовый метод, с ним проще достичь хорошей точности.

Викторыч, пасип и уважуха за точную подсказку.:)
Только все равно там не до конца раскрыт способ подсчета "уникального числа" целых полуволн. Все же статья ознакомительная, а даже не популяризирующая.

В фазовом одно не понятно: в любом случае фаза в оптическом излучении есть изменение интенсивности, которое сильно зависит от отражающей способности объекта и расстояния. Но это вопрос не к Вам, а к моему невежеству.:)
caver, почему же недостижимо? Импульсные устройства только этим и занимаются. Именно оцифровывают с градацией погрешности.

samorez написал : Только все равно там не до конца раскрыт способ подсчета "уникального числа" целых полуволн

Ну отчего же, говорилось уже об этом. Сначала берется достаточно низкая частота модуляции, чтобы в отрезок измерения попадало не более чем один период. Потом частота увеличивается ступенчато, в 2 раза за один прием - и так до максимума.

samorez написал : caver, почему же недостижимо? Импульсные устройства только этим и занимаются

Но не на таких частотах. Чтобы оцифровать сигнал 10ГГц, сохранив о нем какую-то информацию (вспомним теорему Котельникова), выборка значений должна проводиться с частотой 20ГГц. Я что-то не знаю таких быстродействующих АЦП, а вы?

caver написал : Чтобы оцифровать сигнал 10ГГц, сохранив о нем какую-то информацию (вспомним теорему Котельникова), выборка значений должна проводиться с частотой 20ГГц. Я что-то не знаю таких быстродействующих АЦП, а вы?

Вы забываете, что погрешность +-. Если я прикинул правильно 5мм в 6ГГц, то +-5мм будет 3ГГц. Или, учитывая Ваше замечание, остаются те же 6Ггц. Вполне приемлемо.

samorez написал : Если я прикинул правильно 5мм в 6ГГц, то +-5мм будет 3ГГц. Или, учитывая Ваше замечание, остаются те же 6Ггц. Вполне приемлемо.

Что прикинули? 5мм - такое расстояние проходит за период сигнал с частотой 60ГГц. 6 ГГц - с учетом разрядности АЦП? В любом случае, даже на 6ГГц если АЦП и есть, то стоят они нереальных денег. Вроде на 3ГГц только недавно появились, а лазерные дальномеры давно уже делают. Не говоря уже о том, что их точность действительно бывает +-1мм.

Но главное -это то что определить фазу (модуляции) в отраженном сигнале с достаточно глубокой амплитудной модуляцией на самом деле технически НАМНОГО ПРОЩЕ, чем точный момент его прихода. Дело в том, что, определяя фазу, на выходе фотоприемника мы можем поставить фильтр, эффективно отсекающий ненужные сигналы с другими частотами. Чего нельзя сделать в случае регистрации фронта сигнала, ибо в этом случае входная полоса пропускания должна быть максимально широкой, и приемник будет ловить все подряд.

Кроме того, для измерения этой самой фазы у нас есть практически неограниченное время, по сравнению с периодом модулирующего сигнала - соответственно, случайные погрешности устраняются усреднением. Аналоговый фазовый дискриминатор - устройство очень простое, прекрасно работает на весьма высоких частотах. На выходе выдает напряжение, пропорциональное разности фаз, которое затем оцифровывается и, вероятно, усредняется по некоторому промежутку времени.

caver написал : 5мм - такое расстояние проходит за период сигнал с частотой 60ГГц..

Упсс... Был не прав. Вспылил.:) Значит дискретность там равна минимально измеряемой дистанции, а погрешность реализуется большим числом измерений. Там и картинка есть про это. Так?

Аналоговый фазовый дискриминатор - устройство очень простое, прекрасно работает на весьма высоких частотах. На выходе выдает напряжение, пропорциональное разности фаз, которое затем оцифровывается и, вероятно, усредняется по некоторому промежутку времени

Абсолютно устраивает.:)