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?

Для этого есть поисковики.
Википедия

И Хабр.

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 )

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....

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.

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(


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.

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.

Не измеряйте, а заполняйте.



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

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.

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).

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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

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.

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).

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.

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

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.


Какие еще фазовые шумы?

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.

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

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.

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

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

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.

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.

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..

А оптика?


Это понятно. Но поддержать надо.

А что, "оптика"??

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.

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..

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

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.

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

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?

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

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?

Миллигерц?

Нет Mhz. клавиша shift не всегда срабатывает крошки мешают.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла