Какие алгоритмы измерения расстояния используются в лазерных рулетках Опции

[sergey sva]

Что то меня заинтересовала тема измерения расстояния лазером. Купил несколько рулеток немного их изучил поменял лазерные диоды на диоды из указок. Рулетка работает и с такими диодами.Частота зондирующего сигнала 10мгц. Схем в интернете не нашел, но судя по печатке схема стандартная смеситель и два фапч 200мгц. Частота 10мгц и у 40м рулетки и у 80м. Собственно вопрос в теме, какие алгоритмы используются в лазерных рулетках?

[r_dot]

... Собственно вопрос в теме, какие алгоритмы используются в лазерных рулетках?

Для этого есть поисковики.
Википедия

[Grizzzly]

Википедия

И Хабр.

[sergey sva]

Это прочитал давно, там не подробно описано. В общих чертах описано. Хотелось бы более детально, может кому приходилось разрабатывать такие устройства. К примеру как используя частоту 10мгц померить 40м с точностью 2мм? Импульсным методом не получиться точность будет 0.5-1м остается фазовый или еще какой то. Никаких сверх естественных характеристик в приемном и передающем тракте рулетки нет, работает даже с обычными диодами из указок. Только фотодиод с светофильтром и напряжением смещения 400в.
Фазовый макет дальномера собрал работает, но что бы увеличить расстояние сделал несколько частот которые переключаю проблема в следующем когда измеряю например расстояние 5м (30мгц) то на один отсчет получается 0.5мм. Когда переключаю на частоту 3мгц то на один отсчет получается 5мм. Сложность в получении разрешения 0.5мм на расстоянии больше 5м. Сейчас возникла такая мысль: если на смеситель подавать несколько частот (переключением) поочередно с смещением по фазе. Например одно измерение при частоте 30мгц следующее измерение 30мгц с смещением, следующее 7.5мгц эти сигналы будут цикличные но будут смещаться чем дальше расстояние но это только в мыслях.
Но рулетка измеряет доли миллиметра на расстоянии 40м без переключения частоты, как )

[sigmaN]

Я может быть не очень понимаю всю проблему, но по-моему, всё дело в разрешении и частоте таймера, которым вы измеряете сдвиг фазы приёмника и передатчика...
В остальном проблем вроде как нет. Чем быстрее таймер и чем выше его разрешение - тем точнее и больший диапазон расстояний вы покроете.
Правильно же я мыслю?

Могу себе представить внутри рулетки спец.кристалл с быстрым(сотни мгц) 128 и 256 битным таймером например.
Теоретически, дальше уже арифметические действия с таким длинными числами можно неспешно проводить хоть на 8ми битном процессоре....

[mcheb]

как используя частоту 10мгц померить 40м с точностью 2мм?

За 1 период 10МГц свет пройдёт 0,1*10^-6 * 3*10^11== 30000 мм.Требуемая точность 2*2мм/30000 ~10^-4. При частоте заполнения импульса 10 МГц это 1 кГц. Поэтому, ищете кварц 10ppm, PLL на 10МГц-1кГц, и измеряете фазу. Как 40 метров измерить, сами подумайте.

[sergey sva]

Я может быть не очень понимаю всю проблему, но по-моему, всё дело в разрешении и частоте таймера, которым вы измеряете сдвиг фазы приёмника и передатчика...
В остальном проблем вроде как нет. Чем быстрее таймер и чем выше его разрешение - тем точнее и больший диапазон расстояний вы покроете.
Правильно же я мыслю?

Сложно измерить фазу с точностью 0,5 градуса из за шума. Если повышать частоту таймера то будет измеряться шум. Сигнал много цепей проходит и каждый узел добавляет шума. Источник смещения фотодиода, усилитель , модулятор, смеситель, фотодиод , лазерный диод, фазовый шум генератора... На частоте 30 мгц без особых заморочек удается измерять с точностью 5мм. В том методе который выбрал с переключениями частот не придумал как выравнивать значения. Например измерил фазу на 30мгц получил значение 5м 0,5мм на отсчет, измерил на частоте 3мгц получил значение 5мм на отсчет. 30мгц позволяет измерять 5м а 3мгц 50м. Можно измерять с смещением фаз с любыми частотами до30мгц, это схема позволят сделать. Уже давно вожусь с этой задачей, что то в голову не приходят новые мысли(

За 1 период 10МГц свет пройдёт 0,1*10^-6 * 3*10^11== 30000 мм.Требуемая точность 2*2мм/30000 ~10^-4. При частоте заполнения импульса 10 МГц это 1 кГц. Поэтому, ищете кварц 10ppm, PLL на 10МГц-1кГц, и измеряете фазу. Как 40 метров измерить, сами подумайте.

Не совсем понял мысль, на лазер подаем 10мгц отраженный сигнал на смеситель на гетеродиновый вход смесителя 1кгц? получиться после смесителя 9999000.

[mcheb]

Не совсем понял мысль, на лазер подаем 10мгц отраженный сигнал на смеситель на гетеродиновый вход смесителя 1кгц? получиться после смесителя 9999000.

После смесителя будет 10МГц-(10МГц-1кГц)==1кГц. Вот этот килогерц и измеряете.

[sergey sva]

Нет в рулетке не такой способ. Она измеряет 40м и 80м а частота на лазере 10мгц и не переключается. По такому принципу сделал выше описал. что бы увеличить расстояние до 50м переключаю частоту но выровнять измерения сложно.

[domowoj]

После смесителя будет 10МГц-(10МГц-1кГц)==1кГц. Вот этот килогерц и измеряете.

Не измеряйте, а заполняйте.



Вообще-то при 10МГц модуляции лазера можно однозначно измерить 15 метров.

[sergey sva]

Мне нужно измерить 50м, частоту могу любую до 30мгц на лазер и вход смесителя завести. и после смесителя измерить счетчиком с разрешением 1/120мгц. Как измерить 50м?
По рулетке не совсем понятно на лазер 10мгц на смеситель 165мгц. частота не меняется не у 40м не у 80м. Обе измеряют с точностью 2мм.

[rloc]

Сложно измерить фазу с точностью 0,5 градуса из за шума.

В точных фазовых дальномерах (понятие относительное), используется АЦП, сигнал после которого квадратурно перемножается на излучаемую частоту и усредняется (накапливается, или иначе - сужается полоса), что и дает повышение точности. Сигнал можно накапливать сколь угодно долго, поэтому и точность, формально, можно получить сколь угодно большую, ограничиваемую на практике кратковременной стабильностью опорного генератора и "пролазом" излучаемой частоты. Сигнал на АЦП подается либо после смесителя, либо идет прямая оцифровка (мне больше нравится).

[sergey sva]

Вначале хотел использовать ацп, но после экспериментов решил отфильтровать усилить и на счетчик завести. Какое расстояние измеряете?

[НЕХ]

сомневаюсь о 10 МГц в рулетках...
может приборы не позволяют разглядеть ещё немного модуляции на 900 МГц ?
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...mp;#entry473591

Сообщение отредактировал НЕХ - Jun 16 2015, 06:36

[rloc]

Какое расстояние измеряете?

Сам не измерял, участвовал как консультант по техническим вопросам и алгоритмам обработки. Дальность - 1.5 км.

[sergey sva]

Нет там 900мгц, обычный лазерный диод работает. А какая частота в рулетке bosch если измеряли?
Какой алгоритм использовался для расстояния 1,5км?

[Aner]

1,5км с 1 милливаттом врядли, не хватит динам. диапазона мощности, не забываем ещё и про дневную засветку. И то с отражателем до нескольких сотен метров. Несущая не столь интересна, как широкополосный модулирующий сигнал, также генераторы в пол-ppm, во многих мобилах например 26 Mhz. Ну и высокоточные цифровые фазовые детекторы, после ацп.

[НЕХ]

400 MHz
http://roboforum.ru/forum4/topic10124.html

[sergey sva]

Попробую анализатором спектра посмотреть 10мгц. Не понятно как работает рулетка. ( Не зря видимо информация скрыта и все сделано на заказных микросхемах. И никто видимо не знает. Разобрал еще один прибор он измеряет 200м с точностью 0,5мм, там все элементы древние больше 50мгц работать не будут. в этом дальномере лазер модулируются 48мгц+1,5мгц. Схема такая же стандартная.

[НЕХ]

... Не понятно как работает рулетка. ( Не зря видимо информация скрыта и все сделано на заказных микросхемах. И никто видимо не знает.

по ссылке - описание работы и схемы, на русском языке...
и не только -
http://www.youtube.com/watch?v=Yz49Dr54nUc
http://www.avrfreaks.net/projects/diy-lase...nder?skey=bosch

Сообщение отредактировал НЕХ - Jun 16 2015, 08:30

[mcheb]

Нет там 900мгц, обычный лазерный диод работает. А какая частота в рулетке bosch если измеряли?
Какой алгоритм использовался для расстояния 1,5км?

В старых лейках 5МГц для точности 3мм, большую частоту никчему, большие фазовые шумы возникают.

[sergey sva]

Сейчас прочитаю, огромную работу человек провел. У меня проблем с измерением до 5м нет. Трудность когда измеряю например 50м (3мгц) точность при этом падает ее нужно уточнять по частоте 30мгц, только не придумал как это сделать.

[rloc]

Трудность когда измеряю например 50м (3мгц) точность при этом падает ее нужно уточнять по частоте 30мгц, только не придумал как это сделать.

Сложность измерения на высокой частоте - необходимо определить целое количество периодов, это количество даст измерение на низкой частоте, где однозначная дальность меньше одного периода частоты.
БОльшую популярность имеют методы с высокими и близко расположенными частотами, когда однозначная дальность определяется по разнице фаз нескольних частот (не обязательно двух).

[sergey sva]

Мысль такая сейчас крутится в голове.
на лазер подать сигнал sin(2pf1) а на смеситель сигнал sin(2pf2)*cos(2pf2+F)+cos(2pf2)*sin(2pf2+F) Производить измерение с разной F и переключать частоты первое измерение f1 = 30mhz , f2 30.01mhz второе измерение f1 = 3mhz f2 3.01mhz Или подобрать шаг частот f1 f2 что бы они были не кратные например 30мгц и 7,5 что бы с увеличением расстояния между значениями увеличивалась фаза. Никак не соображу как это сделать что бы точность не потерять.

[Dondob]

Сложность измерения на высокой частоте - необходимо определить целое количество периодов, это количество даст измерение на низкой частоте, где однозначная дальность меньше одного периода частоты.
БОльшую популярность имеют методы с высокими и близко расположенными частотами, когда однозначная дальность определяется по разнице фаз нескольних частот (не обязательно двух).

Думаю, что применяются нониусные методы измерения, поэтому основная частота одна, и достаточно низкая, чтобы избежать фазовых шумов
методы

Сообщение отредактировал Dondob - Jun 16 2015, 10:20

[rloc]

Мысль такая сейчас крутится в голове.

К чему изобретать велосипед? Литературы - вагон и маленькая тележка, по фазовым дальномерам, не обязательно лазерным. Не моя прямая специализация, под руками нет списка литературы, а коллеги надеюсь подскажут.

Думаю, что применяются нониусные методы измерения, поэтому основная частота одна, и достаточно низкая, чтобы избежать фазовых шумов

Какие еще фазовые шумы?

[sergey sva]

БОльшую популярность имеют методы с высокими и близко расположенными частотами, когда однозначная дальность определяется по разнице фаз нескольних частот (не обязательно двух).

Как измерить высокочастотными сигналами 50м или 100м ?

[rloc]

Как измерить высокочастотными сигналами 50м или 100м ?

HEX, несколькими постами ранее, приводил ссылки. В первой из них, на ютубе, чуть далее середины приведены формулы, полностью раскрывающие данный метод.

[sergey sva]

Это слишком высокочастотный способ. Просмотрел разные схемы, все работают на низкой частоте и имеют высокую точность. Это правильный путь, с высокими частотами много проблем.

[rloc]

Это слишком высокочастотный способ.

Никто не говорит, что надо работать на сотнях МГц. Только сама методика, принцип работы. С узким диапазоном меньше проблем, легче согласовать фотодиод. Есть закономерность - чем более чувствительный фотодиод, тем он менее высокочастотный. Связано это с тем, что низкочастотные фотодиоды больше по площади и соответственно обладают бОльшей емкостью. Т.е. основной ограничивающий фактор по частоте при одинаковой чувствительности - это емкость. Тогда и придумали лавинные фотодиоды - с одной стороны максимально уменьшают емкость за счет высокого обратного напряжения, а с другой - получают усиление за счет лавинного эффекта. Все бы хорошо, но высокое обратное напряжение не сокращает до нуля емкость, а лавинный эффект крайне непредсказуем, зависим от температуры и точности поддержания напряжения. По мне, лучше согласовать обычный фотодиод в узкой полосе, чем работать с лавинными.

[sergey sva]

Как рассчитать близкие частоты для измерения расстояния 50м или 100м если приходилось рассчитывать? например первая 30мгц как выбрать близкую по какому алгоритму рассчитывать?

[Dondob]

Какие еще фазовые шумы?

Наверное я неточно выразился, шумы из - за нестабильности частот, как опорной, так и (в большей степени) близкой к ней нониусной

[blackfin]

Как рассчитать близкие частоты?..
..как выбрать близкую?
..по какому алгоритму рассчитывать?

Как зарабатывать ничего не делая?
Как тусить до шести утра, а к восьми быть на работе бодрым и отдохнувшим?
Как похудеть не ограничивая себя в еде и не занимаясь спортом?

Об этом, и многом другом, читайте в моей новой книге: "НИКАК!"

[rloc]

Как рассчитать близкие частоты для измерения расстояния 50м или 100м если приходилось рассчитывать? например первая 30мгц как выбрать близкую по какому алгоритму рассчитывать?

Длина волны разностной частоты (f2-f1) должна быть больше удвоенного максимального расстояния. Для 100 м - не более +-1.5 МГц. Была у меня статейка интересная, ищу.

[sergey sva]

Как и где купить вашу книгу "никак" )).
Изучаю вопрос, что в этом такого, если вас раздражает не читайте.
Что бы выбрать самый лучший вариант нужно обсудить, проработать вопрос.

[mcheb]

Об этом, и многом другом, читайте в моей новой книге: "НИКАК!"

Не надо так грустно. Проблемы в 100 и 50 метрах нет. Есть проблема в 3мм

[blackfin]

Не надо так грустно. Проблемы в 100 и 50 метрах нет. Есть проблема в 3мм

Проблемы в 3 мм тоже нет. Есть проблема в том, что ТС хочет при помощи "палок и гвоздей" сделать дальномер с 3 мм точностью..

[mcheb]

Проблемы в 3 мм тоже нет.

А оптика?

Есть проблема в том, что ТС хочет при помощи "палок и гвоздей" сделать дальномер с 3 мм точностью..

Это понятно. Но поддержать надо.

[blackfin]

А оптика?

А что, "оптика"??

[sergey sva]

Спасибо за поддержку
Проблема выровнить посчитанное значение фазы 30мгц к 3мгц. Или другой способ измерения выбрать. Если бы эти цифры были из одного счетчика можно было бы одно умножить на 10 и прибавить другое. Но тут сами понимаете значение фазы будет немного дрожать, изменение фазы сигнала 3мгц на несколько отсчетов увеличит при таком расчете измеряемое расстояние на 10мм-50мм.

[blackfin]

Но тут сами понимаете значение фазы будет немного дрожать..

Неа, не понимаем.. Вы лучше формулу напишите, чтобы мы поняли..
И чтобы в формуле значились "фаза", ее "дрожание", 3/30 МГц, расстояние и скорость света..
Тогда мы поймем..

[domowoj]

А что, "оптика"??

Оптика, не знаю как для кого, а вот для меня лично - проблема.

[sergey sva]

Неа, не понимаем

Вот не надо формул,Формулы начинают писать когда уже все нет решения задачи.)) измеряемый период 0-83 мкс=0-360гр=0-5000мм или 0-50000мм. интервал интегрирования 1/120000000*360000=3мс. один отсчет 1/120000000. дрожание фазы у 0-83мкс = 4мкс. экспериментально.
Оптика пока на макетке, линза фотодиод прикреплены к фанерке. Сейчас бы добиться точности 5мм-10мм на расстоянии 50-100м.

[sergey sva]

Виноват сейчас более детально изучил сигнал на рулетке там набор частот до 160 мгц. В сигналах присутствует фазовая модуляция.

[sergey sva]

Пока два способа нашел которые работают в устройствах, в бытовых рулетках алгоритм такой как сказали в посте 20 с набором похожих частот. Только в рулетках которые разобрал частота до 165мгц. В промышленном дальномере метод двухчастотный частота не изменяется 48мгц и 1,5мгц. Какие еще есть алгоритмы?

[domowoj]

Пока два способа нашел которые работают в устройствах

Вам же давали ссылку
http://www.youtube.com/watch?v=PsnzorA0WSs

[sergey sva]

Это видео посмотрел. Алгоритм измерения у бытовых рулеток одинаковый, многочастотный с близкими частотами расчет дистанции на видео. В зависимости от производителя отличается частоты. Те рулетки которые попали ко мне на обследование )) в них алгоритм такой же как на видео, но частота до 165мгц. На видео частота выше 400мгц. Но в промышленномдальномере который тоже изучил, частота не меняется лазер модулируется sin(2p48mhz)+sin(2p1.5mhz). Схема тоже стандартная. Там очень хорошо реализована фильтрация, а фазу измеряют ацп max197. Тема интересная кто еще что знает расскажите?

[Herz]

частота не меняется лазер модулируется sin(2p48mhz)+sin(2p1.5mhz).

Миллигерц?

[sergey sva]

Нет Mhz. клавиша shift не всегда срабатывает крошки мешают.

[sergey sva]

Немного схемку подправил теперь работает на 45 мгц. Измеряю по двум частотам близким 45мгц и 30мгц. На графике экспериментальные измерения вначале объект не двигается, потом начинает движение в сторону от датчика на 6 метров потом обратно к датчику. Подскажите , как используя данные которые на графике получить примерно линейную функцию? atan2(phase1,phase2) от 0 до 360гр получается меньше 6 метров.

[sergey sva]

Не совсем понятно написал.
По X дистанция. Старался более менее равномерно двигать объект после начала движения( правда получилось от датчика немного медленней чем к датчику). Скорость регистрации на графике примерно 100мс. По Х получается дистанция, не время. А по Y разница фаз опорного сигнала и отраженного 0-180гр 0-65535.
Фаза1-фаза2 которые на графике, это модуль abc(фаза1-фаза2)

[rloc]

Подскажите , как используя данные которые на графике получить примерно линейную функцию?

С этим "безобразием" (по-другому не получается назвать) Вам придется разобраться самостоятельно.

[sergey sva]

Согласен задача не стандартная. Я пытаюсь решить уверен что все получиться. Если считаете что то неправильно делаю направьте как надо для этого спрашиваю советов. Совсем близкие частоты получить не получается. На графике уже подсчитанная разница фаз 45Мгц и 30Мгц измеряются параллельно. Сложность в том как увеличить измеряемое расстояние 45мгц 180(верхушка зеленого) дает 3.725 метра а 30Мгц 5м. Потом добавлю еще измерение на других частотах 15и 7.5Мгц чтобы увеличить измеряемое расстояние до 50м с 5мм точностью.

[rloc]

Задача самая стандартная, классическая. Нет ни больших дальностей, ни автоматической регулировки усиления, ни сверхвысоких разрешений (долей мм), ни учета ухода опорного генератора, ни привязки к GPS и т.д.

[sergey sva]

Спасибо за ответ. Почти ничего из перечисленного не нужно. Кроме ару оно есть. Я не колайдер делаю а обычный дальномер.

[mcheb]

Согласен задача не стандартная. Я пытаюсь решить уверен что все получиться. Если считаете что то неправильно делаю направьте как надо для этого спрашиваю советов. Совсем близкие частоты получить не получается. На графике уже подсчитанная разница фаз 45Мгц и 30Мгц измеряются параллельно. Сложность в том как увеличить измеряемое расстояние 45мгц 180(верхушка зеленого) дает 3.725 метра а 30Мгц 5м. Потом добавлю еще измерение на других частотах 15и 7.5Мгц чтобы увеличить измеряемое расстояние до 50м с 5мм точностью.

Без формул однако никак.
Расстояние
d0 = 50*2
волна 30 Мгц
p1 = 3.*10^8/(30.*10^6)
волна 45МГц
p2 = 3.*10^8/(45.*10^6)
фаза 1
f1 = Mod[d0, p1]
фаза 2
f2 = Mod[d0, p2]

d0 = n1*p1 + f1 = n2*p2 + f2 n1 и n2 целые.


res = n2 /. Solve[n1*p1 + f1 == n2*p2 + f2, n2][[1]]
rT = Table[res, {n1, 0, 12}]
При 30 и 45 МГц получается
{-1., 0.5, 2., 3.5, 5., 6.5, 8., 9.5, 11., 12.5, 14., 15.5, 17.}
Видно, что частоты 30 и 45 кратные.
Надо брать взаимно простые, например 11 и 17 МГц

Тогда n2= 5 при n1=3
{0.363636, 1.90909, 3.45455, 5., 6.54545, 8.09091, 9.63636, 11.1818, \
12.7273, 14.2727, 15.8182, 17.3636, 18.9091}
Для точности можно ещё 3 й частотой измерить и применить метод наименьших квадратов.

Как то так делают

для d0=39*2 получается
{0.909091, 2.45455, 4., 5.54545, 7.09091, 8.63636, 10.1818, 11.7273, \
13.2727, 14.8182, 16.3636, 17.9091, 19.4545}

n2= 4 при n1=2

[sergey sva]

Благодарю сейчас попробую, что бы получить выше точность частоты ведь лучше брать выше 45Мгц 39Мгц ?
Попробовал подсчитать получается f1 = 0 и f2 тоже. d0 = 100, p1 = 10, p2 = 6.6667. f1= mod(d0,p1) = 0; и f2 тоже = 0 .

[mcheb]

Набор простых чисел
{2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61,67, 71}
Их просто в PLL реализовать и потом считать проще.
Можно и {307, 311, 313, 317, 331, 337, 347, 349, 353, 359, 367, 373, 379, 383, \
389, 397, 401, 409, 419, 421, 431, 433, 439, 443, 449, 457} / 10
Но тогда возрастает требуемая точность измерений примерно раз в 10

Если фазы стремятся к 0, тогда и выбирается 3я частота, чтобы фаза была 0.5

Сообщение отредактировал mcheb - Jun 19 2015, 13:29

[rloc]

Мне кажется проблема в схемотехнике, конкретной реализации, структуре. sergey sva, что Вы брали за основу? Готовы схему показать? Точность меньше 1 мм получается на двух частотах.

[sergey sva]

Когда сделаю покажу, схему нужно в порядок приводить. Нет в схеме проблем нет, схему сам сделал, но перед этим изучил промышленные дальномеры и рулетки разных производителей, элементы везде заказные просто слизать не получиться. Собрал пока на макетке сравнил характеристики с коммерческим измерителем выше ссылка, что то лучше что то хуже. Я не использовал столько фильтров сколько в том приборе. поэтому точность выше 5мм не будет. в том приборе два мм. и оптика очень сложная, фильтры интерференционные перед фотодиодами фотодиоды у них pin с большой площадью.
С математикой у меня плохо про эту функцию даже не знал Solve ))
Я так понимаю она находит все варианты когда условие совпало/
таблицу с n1 и n2 заранее нужно заполнить n1 и n2 =[2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61,67, 71] простыми числами после функция найдет все варианты >> solve(n1*p1 + f1 == n2*p2 + f2) И при частотах 45 и 30 f1=f2=0 их можно убрать?

[mcheb]

>> solve(n1*p1 + f1 == n2*p2 + f2) ?

n2= (n1*p1 + f1 - f2)/p2
Затем простой перебор n1=0,1,2, и тд пока n2 не станет целым с заданной точностью. Шум есть всегда, поэтому применяют 3 частоты. так надёжней

[rloc]

Схемотехника большинства дальномеров оставляет желать лучшего. И там, где используются заказные микросхемы - худшие варианты исполнений. Громкость имен ни о чем не говорит, одинаково плохо делают и Leica, и Bosch, и ... Классика жанра, синтезатор + два смесителя + компаратор или АЦП, - схема простая, но недостатков столько, что замучаешься математикой исправлять (если вообще исправимо). Достаточно вместо смесителя поставить 2-х канальный широкополосный АЦП с оцифровкой на ПЧ, и сразу все проблемы решаются. Причем АЦП не обязательно должен много стоить и потреблять, достаточно 8-10 бит с частотой дискретизации 10-20 МГц (сколько контроллер позволяет).

[sergey sva]

Что то до меня не доходит f1 f2 это измеренные значения? По графику на картинке выше, у меня сейчас есть два значения фазы измеренные от 0 до 60000 = от 0 до 180 градусов. Зеленая линия это разница фаз между опорным и отраженным 45Мгц а красная линия разница между опорным и отраженным 30Мгц. Эти значения поступают в микроконтроллер с периодом 100гц.
Для примера(значения измеренные с устройства):
Беру точку расстояние фактическое 1метр значение F_dleta_45mhz = f1_45mhz_reference - f1_45Mhz_reflection = 36352; и F_dleta_30mhz = f1_30mhz_reference - f1_30Mhz_reflection = 24792; fatan = atan2(36352,24792)= 0.9723; контроллер получает эти данные 100 раз в секунду.
Небольшое расстояние без проблем можно подсчитать измерить две точки с разницей 1м и разделить K_MUL = 1000мм/ F_dleta_45mhz_2м-F_dleta_45mhz_1м потом просто умножать F_dleta_45mhz * K_MUL. А как ваш способ применить?

[mcheb]

от 0 до 180 градусов быть не может. Либо 0 - 360 либо -180 - +180. Сдвиг по фазе надо правильно мерять

Достаточно вместо смесителя поставить 2-х канальный широкополосный АЦП с оцифровкой на ПЧ, и сразу все проблемы решаются. .

Сигнал слабый,чего цифровать? поэтому и стоит гетеродин + НЧ усилитель

[rloc]

Сигнал слабый,чего цифровать? поэтому и стоит гетеродин + НЧ усилитель

Сигнал усиливается на высокой частоте до динамики АЦП.

[sergey sva]

Детектор фазы сделан xor. counter_enable = In1reference_IF ^ in2reflection_IF; получается счетчик вначале увеличивается до максимума потом уменьшается. Этот цикл 360 градусов. а если брать значение от 0 до максимума получается когда максимум == 180 градусов. То есть если мишень двигается от датчика то значение вначале растет потом уменьшается потом заново начинает расти и все повторяется до тех пор пока отраженный не будет очень слабым.

[mcheb]

Беру точку расстояние фактическое 1метр значение F_dleta_45mhz = f1_45mhz_reference - f1_45Mhz_reflection = 36352; и F_dleta_30mhz = f1_30mhz_reference - f1_30Mhz_reflection = 24792; fatan = atan2(36352,24792)= 0.9723;

На расстоянии 1 метр фаза и есть расстояние
Для 45 МГц фаза = 60000 *1/6.6666 =9000. а не 36352
Для 30 МГц фаза = 60000 *1/10 =6000. а не 24792
Допустим ошибка в 4 раза Тогда получается
{-0.007225, 1.49278, 2.99278, 4.49278, 5.99278, 7.49278, 8.99278, \
10.4928, 11.9928, 13.4928, 14.9928, 16.4928, 17.9928}
Первое значение 0 и расстояние 1.033 или 1.00978, точности не хватает. Частота очень большая, фазовые шумы велики.
30 и 45 МГц плохой набор частот. 11 и 13 и 17 лучше(для 50*2 метров).

Детектор фазы сделан xor. counter_enable = In1reference_IF ^ in2reflection_IF; получается счетчик вначале увеличивается до максимума потом уменьшается. Этот цикл 360 градусов. а если брать значение от 0 до максимума получается когда максимум == 180 градусов. То есть если мишень двигается от датчика то значение вначале растет потом уменьшается потом заново начинает расти и все повторяется до тех пор пока отраженный не будет очень слабым.

У Вас не фаза измеряется, а абсолютное значение. И двух частот явно мало. 3-4 частоты надо. n1,n2,+f1,-f1,+f2,-f2

Сигнал усиливается на высокой частоте до динамики АЦП.

ВЧ усилитель внесёт задержку несколько наносекунд. а это 30см на наносекунду.

[sergey sva]

Фаза измеряется с небольшим начальным смещением. Сразу расстояние привязать не получиться, хотелось бы получить линейную функцию а потом умножать на коэффициент.
Один сигнал опорный другой отраженый измеряется разница фаз между ними. Эта разница зависит от расстояния.

[mcheb]

Фаза измеряется с небольшим начальным смещением. Сразу расстояние привязать не получиться, хотелось бы получить линейную функцию а потом умножать на коэффициент.
Один сигнал опорный другой отраженый измеряется разница фаз между ними. Эта разница зависит от расстояния.

Снимите зависимость фаз от расстояния через 50см или 10 см метров до 3х. Тогда ясней будет. По одной точке сложно судить о точности

[rloc]

ВЧ усилитель внесёт задержку несколько наносекунд. а это 30см на наносекунду.

Пикосекунд, впрочем даже эта задержка - систематическая погрешность, легко вычитается и не плавает от температуры. Никто не мешает по опорному каналу поставить такой же усилитель и вычесть задержку.

[sherr]

Причем АЦП не обязательно должен много стоить и потреблять, достаточно 8-10 бит с частотой дискретизации 10-20 МГц (сколько контроллер позволяет).

То есть встроенные у STM32F303CC совсем немного недотягивают (5 MSPS - 4 независимых ADC(!!!) - LQFP48) ?

[sergey sva]

Снимите зависимость фаз от расстояния через 50см или 10 см метров до 3х. Тогда ясней будет. По одной точке сложно судить о точности

Снял с шагом 100мм но точность скорее всего миллиметров 10-15 двигал рукой по рулетке.

[rloc]

То есть встроенные у STM32F303CC совсем немного недотягивают (5 MSPS - 4 независимых ADC(!!!) - LQFP48) ?

Встроенные АЦП не обладают широкой полосой и хар-ки посредственные, от близкого соседства с цифрой идут помехи, деление земель мало что дает. Желательно, чтобы УВХ позволяло защелкивать сигнал превышающий тактовую частоту, без потерь в динамике.

[SNGNL]

Уже давно вожусь с этой задачей, что то в голову не приходят новые мысли

http://www.rfe.by/media/kafedry/kaf2/publi...DS-glava-03.pdf

[sergey sva]

Благодарю, интересная книга да еще и на русском языке.

[mcheb]

Снял с шагом 100мм но точность скорее всего миллиметров 10-15 двигал рукой по рулетке.

Получается, что на 360 градусов идёт 128684 импульсов. Интересно,откуда это число берётся? Отношение коэффициентов 30 и 45 МГц 1,47 , что совсем неплохо для такого макета(должно быть 1,5).

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sergey sva]

128684 не должно быть, около 65000. Наверно как то суммировалось два измерения. по картинке видно самое большое значение 61677 то есть в этот момент сдвиг фаз двух сигналов опорного относительно отраженного после смесителей 180гр. Исключающее или дает самый длинный импульс для включения счетчика. Counter_en= ref45mhz^reflection45mhz; Если мишень двигается в одну сторону с одной скоростью то будут пирамидки на графике вначале значение увеличивается от0 до 180гр(0-60000) потом уменьшается от 180 до 0 (60000-0) и все повторяется.
Между 45мгц и 30мгц есть разница которая будет тоже повторяться один раз через три цикла 45мгц думал как то это связать чтобы увеличить расстояние измеряемое. то есть мерить по 45 мгц там доли миллиметра измерить можно, а смещение выбирать в зависимости от разницы между 45 и 30. Но как это сделать, потом добавить еще частоту что бы увеличить до 50м измеряемое расстояние.

PS фильтров нет только усреднение 10раз, поэтому значения немного прыгают фильтрацию не добавил специально что бы не путаться.

[sergey sva]

На графиках вы подсчитали методом наименьших квадратов? Для такого метода нужно по всей дистанции измерения измерить точки к примеру с шагом 100мм что бы потом рассчитать коэффициенты для каждой точки?

[mcheb]

На графиках вы подсчитали методом наименьших квадратов? Для такого метода нужно по всей дистанции измерения измерить точки к примеру с шагом 100мм что бы потом рассчитать коэффициенты для каждой точки?

В общем да. В Excel есть такая функция

[sergey sva]

Искать потом правильное значение расстоянии как правильно мыслю ? цифры возможно будут повторяться.
Например поступили данные в микроконтроллер f1 и f2 последовательно умножаю на все коэффициенты которые есть d0 = n1*p1 + f1 === n2*p2 + f2 Когда условие совпадает значит расстояние подсчитано правильно, если два или больше совпадений будет?

[mcheb]

Искать потом правильное значение расстоянии как правильно мыслю ? цифры возможно будут повторяться.
Например поступили данные в микроконтроллер f1 и f2 последовательно умножаю на все коэффициенты которые есть d0 = n1*p1 + f1 === n2*p2 + f2 Когда условие совпадает значит расстояние подсчитано правильно, если два или больше совпадений будет?

d0 = n1*p1 + f1 = n2*p2 + f2
n1 и n2 целые.
То есть ищете n1 и n2 целые , так чтобы n1*p1 + f1 = n2*p2 + f2 . Всё. Есть погрешность измерения, и n1 и n2 почти целые
Разберитесь с f1 и f2 ,как они измеряются?

[sergey sva]

C f1 f2 все понятно в этом вопросов нет . Частота 45мгц расстояние 7,5м пополам (луч туда обратно идет) 3,75 еще раз пополам 1,875 м = 180 градусов. один дискрет = 180/61677 (1875/61677). Счетчик считает зависимости сохраняются на всей дистанции единственное есть смещение, но оно не меняется все время одинаковое. может будет отличаться в разных устройствах если много собирать но это можно при калибровке учесть.
А что вы думаете неправильно работает?

[mcheb]

А что вы думаете неправильно работает?

Я думаю,XOR в 0 и 180 градусах неправильно работает(шум,фазу болтает). Загоняйте его в 90 градусов. PLL нужен или что-то типа того

[sergey sva]

Вроде теперь все понял спасибо, долго до меня доходит )). Да можно одновременно измерять параллельно с смещением 90гр. а потом тем способом как вы предложили. как раз эти места где 0 и 180 выровняться.

[sergey sva]

Схему немного переделал, вернулся к первому варианту когда измерение фазы происходит от 0 до 360. Пробовал разные способы аппроксимация с квадратичной зависимостью и линейной, линия выравнивается, но не намного (они и так ровные). А потом вычисления Y по экспериментальным значениям получается не всегда корректно этими методами. Сделал новые измерения  __________.zip ( 10.66 килобайт ) Кол-во скачиваний: 33
. Может не заморачиваться?, добавил еще один сигнал(на графике F3) который изменяется на 5000 примерно за 3м. Его просто проверять в условии если он больше определенного значения то брать значение смещения и прибавлять его к f1 f2 от 45 и 30Мгц?

[mcheb]

Вы измеряете Тл+2*Тр+Тфд . Тл задержка в лазере, Тр то что нужно(расстояние), Тфд задержка в фотодиоде(+ОУ+компаратор+триггер и тд). Самое проблемное место Тфд, сигнал очень слабый и очень сильно меняется. И сам XOR Вы проверяли его линейность? Возьмите проверьте.Это просто.

[sergey sva]

Проверял все работает отлично, задержки не влияют, схема сделана так что все задержки друг друга компенсируют. И даже температура на схему измерения мало влияет 20-40гр. температура влияет на скорость распространения волн через атмосферу, но это на небольшом расстоянии мало повлияет на измерение. Если потребуется можно сделать корректировку в stm32f407 есть термосопротивление, конечно встроенное термосопротивление измеряет температуру кристалла, попробовать можно, потом... Проблем с схемами измерителями нет, немножко что то понимаю Результаты измерений неплохие, зависимость от расстояния почти линейная, при этом нет фильтрации сигнала как поступил в функцию так и ушел в пк. Основная задача сейчас сделать расчет расстояния в микроконтроллере stm32f407 на си. В нем по таймеру 10 раз в секунду выполняется функция в аргументах которой f1 f2 f3 в которых разница фаз , нужно рассчитать Y мм. Точки с шагом 100мм снятые экспериментально первая точка 500мм дальше 600мм 700мм... poi_f1_ poi_f2_ poi_f3_...

Код

uint32_t poi_f1_0deg[] = {6044,8287,10407,12369,15222,17353,19678,21529,23426,25241,27077,28810,31252,338
28,36392,38931,40906,42706,44302,46121,49712,51453,53525,55919,58317,60404,62388
,
64106,17576,2160,3856,5911,8024};
uint32_t poi_f1_45deg[]={21147,22974,25000,26779,28845,30870,33224,35423,37496,39647,41668,43455,45
763,48321,50319,52822,55240,57070,58671,60329,64223,12666,2209,5553,7530,9252,11
5
89,13653,15131,16773,18766,20900,23018};
uint32_t poi_f2_0deg[]={4690,6428,8024,9290,10704,11728,12948,14317,15784,16993,18491,19417,20858,
22331,24095,25768,27515,28386,29403,30672,34042,35199,36077,37031,38774,40257,42
0
84,43506,44638,45837,47074,49039,50345};
uint32_t poi_f2_45deg[]={18801,19787,20892,22206,23884,25155,26715,27582,28452,29748,31293,32728,34
426,35532,36787,38428,40459,42353,43553,44331,46903,48571,50461,51594,52506,5348
8
,54941,56702,58335,59625,60399,61340,62830
};
uint32_t poi_f3[]={4896,5454,5830,6089,6379,6635,6942,7228,7336,7481,7691,7904,7758,7577,7247
,7081,6903,6896,7164,6603,7303,7482,7757,8157,8479,8678,8998,9344,9626,9912,1016
2
,10623,11090
};
uint32_t ClculateDistance(uint32_t F45Mhz_ph0deg,uint32_t F45Mhz_ph45deg,uint32_t F30Mhz_ph0deg,uint32_t F30Mhz_ph45deg, F3Mhz)
{
uint32_t Y_mm = 0;

send_pc_excel(F45Mhz_ph0deg,F45Mhz_ph45deg, F30Mhz_ph0deg, F30Mhz_ph45deg, F3Mhz);// передача на компьютер для построения графика

return Y_mm;
}

Помогите сделать функцию которая будет рассчитывать расстояние, проверю результат напишу? Спасибо.

[mcheb]

Результаты измерений неплохие, зависимость от расстояния почти линейная.

Если я правильно понял, то фаза 3МГц должна показывать грубое расстояние 0-50 метров. Линейности нет как нет и однозначности. Проверьте работу фазового детектора. Для этого нужно 2 ШИМа , один со сдвигом.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sergey sva]

Да все верно по 3Мгц определять порядок, а по 45 и 30 определять расстояние в мм. 45 и 30 практически линейные, а на 3Мгц большой линейности не получиться получить. По ним можно определять только номер перехода 45 и 30 и давать смещение. Как то так думается. Если бы 3мгц имели линейную зависимость от мм можно было измерять по 3Мгц.

[mcheb]

Да все верно по 3Мгц определять порядок, а по 45 и 30 определять расстояние в мм. 45 и 30 практически линейные, а на 3Мгц большой линейности не получиться получить. По ним можно определять только номер перехода 45 и 30 и давать смещение. Как то так думается.

Фазе 7000 соответствуют 3 расстояния. Какое брать? Что-то не то в схеме или алгоритме вычисления фазы. 3МГц - грубая шкала, она должна быть линейной с точностью лучше чем четверть минимального периода(45 МГц)

[sergey sva]

Думал так когда меньше 10000 это расстояние от 0 до 5м, когда больше 15000 это от 5м до 10м. Что бы в моменты переходов не было ложных шумов. Измеряю по 2 сигнала 45мгц и 30мгц они с смещением. 30Мгц на диаграмме не дошел до перехода 360. Когда снимал диаграмму комп завис. Закон подлости все таки действует , хотел снять на 6м.
Пересниму на большее расстояние будет понятнее, сейчас сложно спрогнозировать где будут сигналы. Выложу в ближайшее время.
Может поменять частоты по которым будет удобнее рассчитывать, хорошая линейность от 45 до 15Мгц. Расстояние желательно 50м измерять.

[mcheb]

Может поменять частоты по которым будет удобнее рассчитывать, хорошая линейность от 45 до 15Мгц. Расстояние желательно 50м измерять.

Частоты 11,17 и можно 41 МГц. Можно 3 и 41 МГц или 2 и 41 МГц. Лучше 2 и 41 МГц. Грубая шкала 50м/75м == 120 градусов фаза . измерять легче. На 41МГц нужен ШИМ со сдвигом. Два ШИМа надо, один опорный,другой фазоизмерительный.

[sergey sva]

Хорошо попробую снять с тем что есть, потом снять с другими частотами, железо дает хороший результат в диапазоне 45-15Мгц. Здесь зависимость почти линейная. Ниже хуже 2Мгц совсем плохо. Попробую 41 11,17 может еще какую?
На диаграмме в экселе(45(без смещения ряд2, с смещением ряд1) потом 30(без смещения ряд4 с смещением ряд5)) Или какое то другое смещение?

[mcheb]

Или какое то другое смещение?

Есть 2 сигнала Ф(т) и Ф(т+ф). Ф(т) идёт на лазер Ф(т+ф) и сигнал с фотодиода идут на фазовый детектор. Ф(т+ф) такой, что фаза в районе 90 градусов,чтобы уйти от нелинейности фазового детектора. То есть ф надо подстраивать. Если частота ШИМа 160 МГц , а основная 10 МГц, то можно подстроить с точностью 1/16. Всё легче.

[sergey sva]

Подстройка есть сигнал будет линейный по диаграмме это видно, но в диапазоне 45-15 ниже хуже.

Есть 2 сигнала Ф(т) и Ф(т+ф). Ф(т) идёт на лазер Ф(т+ф) и сигнал с фотодиода идут на фазовый детектор. Ф(т+ф) такой, что фаза в районе 90 градусов

По такому методу измерения нужны не обычные лазерные диоды у меня простой из двд не дорогие. Но измериние можно точно сделать. После преобразователей получается меандр низкочастотный фаза которого меняется от расстояния. Сейчас проверил значение меняется даже от изменения расстояния на 1 мм.
Как лучше измерить фазы что бы было удобно рассчитать ?
Частоты выбираем 41 11,17 ?

[mcheb]

После преобразователей получается меандр низкочастотный фаза которого меняется от расстояния.

Откуда берётся НЧ меандр?

Как лучше измерить фазы что бы было удобно рассчитать ?

Измеряются 2 фазы на 11 и 17 МГц или на 3 и 45 МГц. И всё. Нужно откалибровать,то есть измерить начальное смещение и коэффициент наклона (импульсы на миллиметр)
R=2*L+r = n1*L1 +k1* f1 = n2*L2 +k2* f2
n2= (n1*L1 + f1 - f2)/L2
Затем простой перебор n1=0,1,2, и тд пока n2 не станет целым с заданной точностью.
R расстояние + константа
L расстояние
L1 длина волны 1
L2 длина волны 2

Сообщение отредактировал mcheb - Jun 24 2015, 06:54

[sergey sva]

Промежуточная частота, после смесителей.
11 и 17 Даст маленький наклон (мало будет меняться на коротком расстоянии) 45 даст больший наклон. 30 меньше чем 45 на диаграмме видно наклоны мм для 45 и 30 и 3. Если бы уйти от 3Мгц для определения десятков. а определять в диапазоне 45-15 можно было более линейно измерять.

[mcheb]

Промежуточная частота, после смесителей.
11 и 17 Даст маленький наклон (мало будет меняться на коротком расстоянии) 45 даст больший наклон. 30 меньше чем 45 на диаграмме видно наклоны мм для 45 и 30 и 3. Если бы уйти от 3Мгц для определения десятков. а определять в диапазоне 45-15 можно было более линейно измерять.

11 и 17 это грубая шкала. Но если точность 10^-4, точность 3мм получится. Затем можно уточнить 30 или 45 МГц.

[sergey sva]

Сделаю измерение на 11 17 30 45Мгц запишу так же в excel попробуем рассчитать ) ?

[sergey sva]

Оцените что получилось )) ссылка фотопокрупнее