Ich habe hier und wo anders schon oft gelesen ,das Zeitmessungen im Nanosekundenbereich nur mit sehr teuerer Elektronik zu lösen sind. Hab durch Zufall eine Schaltung gefunden, die es ermöglicht Zeitmessungen im pikosekundenbereich zu machen. Das Prinziep des Zeit-Spannungswandlers wird hier gut erklärt. http://www.ife.tugraz.at/events/Publikationen/gme99.htm Ich habe nun einen Differenzverstärker genommen. 1 Input: Ampiltude des Zeit spannungswandler. 2 :Input Ausgangssignal eines 16 bit DAC. Die Differenz habe ich dann einem 24 bit ADC zugeführt. Über einen AVR habe ich dann mittels binärer Näherung den Schwellwert für den DAC getestet,sodass Der Differenzverstärker ein Output zwichen 1 und 9 Volt liefert . Mit dem ADC hab ich dann diesen Pegel genau bestimmt. So hab ich einen 40 Bit (1.099.511.627.776 genauigkeit !!!) genauen Wert erhalten. Als Signaldifferenz hab ich die Laufzeit eines Infrarotstrahles genommen. Hab einfach die Infrarotdiode Paralell mit dem ersten Flipflop verbunden. An das zweite Flipflop habe ich einfach einen Fototransistor mit davorgeschaltetem Trigger geschaltet. So jetzt wurde es spannend. Habe Sendediode und Empfänger gegen eine Wand gerichtet und das Signal gestartet. Ich bekahm einen Wert. Habe das Signal nocheinmal laufen gelassen und ich bekahm einen Wert der minimal vom erstem Wert abwich. Habe dann ein Dünnes Blatt Papier an die Wand geheftet und siehe da, der Wert verändert sich signifikant. So ist eine Millimeter genaue Entfernungsmessung per Laser möglich. Jetzt kommt der absolute Knaller: Habe das Gerät gegen eine Glasscheibe gerichtet. Ich bekahm Werte die sich ständig veränderten. Dachte erst das alles doch nicht so funktionierte. Ich hab mir mal so aus Spass die DAC Ampiltuden-Werte über Kopfhörer angehört um zu prüfen ,ob das soetwas wie weisses Rauschen ist. Aber ich hörte jedes gesprochene Wort in meinem Zimmer laut und deutlich über die Kopfhörer !!! Das beste daran ist, das das auch über eine große Entfernung von ausserhalb eines Raumes funktioniert. Die Schallwellen müßen wohl irgendwie das Fenster bewegen und der Strahl mißt ja lediglich die Entfernung. also viel Spass beim Nachbauen.
Super, und ich habe heute den ganzen Abend ferngesehen ... Solange du nicht mit genaueren Daten herausrückst, kann ich schlecht zwischen Wirklichkeit und Wunschdenken unterscheiden.
@Klaus: Es wurde ja alles gesagt. Was für Daten willst de denn noch haben ? In dem Link wurde ganz klar erklärt wie diese Messung funktioniert. Und das das ein Hoax ist glaube ich nicht ,da die Grundidee von nem Professor an ner UNI in Österich stammt. Schaltplan des Zeit Spannungswandlers ist auf der Linkseite doch abgebildet. Na wer Lesen kann ist hier bestimmt im vorteil. @Frank: Also laut der Bschreibung aus dem Link sind nur 10 Pikosekunden drinn. Mit 10 Pikosekunden kann man etwa auf 1/5 eines Millimeters messen. Aber ich glaube nicht ,das eine Fensterscheibe einen Ausschlag von 1/5 Millimeter oder mehr hat. Auf der anderen Seite habe ich gelesen ,das es bei Privatdetektiven/Geheimdiesten tatsächlich solche Geräte gibt die mittels Vibrationen an Fensterscheiben das im Raum gesprochene Wort abhören kann. Funktioniert aber hier nach dem Triangulationsprinziep. Könnte mir hier aber vorstellen das das Zeit -Spannungsverfahren zwar nur 10 Pikosekunden genau ist ,sich die Genauigkeit aber auf die Eichmöglichkeit bezieht. Da man bei Schallwellen ein schnell wechselndes Signal hat, werden die Wellenverläufe auch weit unter den 10 Pikosekunden wiedergegeben . Diese verschieben sich dann villeicht Aufgrund von z.B. Temperaturschwankunken der Bauteile im Minutenbereich ,aber bei einer austastung im ausibereich fallen solche Schwankungen nicht ins gewicht.
meinte Austastung im Audiobereich nicht ausibereich ... grr meine Tastatur klemmt mal wieder :-(
Aber warum trat das "Mikrofon-Phänomen" nicht schon beim Blatt Papier auf?
"So hab ich einen 40 Bit (1.099.511.627.776 genauigkeit !!!) genauen Wert erhalten." Ui, da biegen sich ja die Balken. Dann aber schnell zum Patentamt gerannt, einen 40Bit !!! genauen ADC hat bisher noch keiner zum Laufen gebracht. Und selbst einen 24Bitter der Audiofrequenzen kann, mußt Du mir erstmal zeigen. Üblicher Weise arbeiten die nach dem Dual-Slope Verfahren und geben nur etwa 2..5 Meßwerte je Sekunde. Ich krepele auf Arbeit mit popeligen 20 Bit rum, und schon da sind Thermospannungen, Widerstandsrauschen, Temperaturgang, Störspannungen massive Probleme. Mehrfache Abschirmung, 4-Layer, mehrfache Stabilisierung, Filterung, mehrfache galvanische Trennung, ein heiden Aufwand ist da nötig. Peter
Was bringt mehrfache galvanische Trennung?
"Was bringt mehrfache galvanische Trennung?" Verhinderung von Erdschleifen. Selbst Batteriebetrieb ist bei so hohen Genauigkeiten nichts ungewöhnliches, da Trenntrafos jeglicher Art eine Koppelkapazität besitzen, über die Störspannungen einkoppeln können. Peter
Deshalb schrieb ich "Wunschdenken". 8V/2^40 = 7,3pV Auflösung Da muss man nicht studiert für haben, um so etwas unrealistisch zu finden.
Ich hab auch so ein tolles teil zuhause rumstehen. Es arbeitet mit 10,7Mhz. Die Auflösung ist geschätzte 12Bit. von den 10MHz werden aber nur knapp ein Hunderstel verwendet. Damit habe ich ein Messgerät mit einer Auflösung von 100ns 100 4096 = 0,250ps Dieses Gerät wurde wahrscheinlich in China gebaut und heißt Radio. MfG Werner
Du kennst den Unterschied zwischen Zeit und Spannung? Oder habe ich die Ironie überlesen?
@Mike: war natürlich ironisch gemeint Ich wollte nur andeuten, daß die Schaltung des Profs. auch nur die bekannten Prinzipien eines Radios verwendet. Seine Schaltung ist also nicht unbedingt neu. Spannung vs. Zeit: Der Prof. aus Österreich mißt nicht umsonst die Zeit (bzw. Frequenz). Genauigkeit vs. Auflösung: "Die Präzision wird mit 10ps bei 10us Laufzeit und Mittelwertbildung angegeben" Aus der Beschreibung geht leider nicht hervor, ob er mit Präzision die Auflösung oder die Genauigkeit gemeint hat. Ich bin der Meinung er redet über die Auflösung.
Das mit der 40 Bit Wandlung habt Ihr falsch verstanden. Es werden nicht 40 Bit direkt konvertiert, sondern ein großer Teil (16) Bit davon werden zuerst mit einem Differenzverstärker eingegrenzt. Man muß lediglich eine zweite Spannung für den Opamp finden ,sodas das Signal der ersten Spannung einen Output im Ausgangswetebereich produziert. Nagut man hat bei der 24 Bit Wandlung natürlich ein Rauschen drinnen ,sodass etwa nur 18 Bit drinnnen sind. Man kann aber durch Mittelwertbildung das Rauschen reduzieren. Es werden 10 Proben mit einem Abstand von 0.02 ms genommen. Das mal 10 ergibt eine Auflösunge von 0.2 ms. Also eine reale Abtastrate von etwa 5 khz. Mit dieser indirekten Wandlung ist so eine Feine Messung möglich ,da das erzeugen von Spannungen (DAC) wesendlich genauer machbar ist als das Digitalwandeln (ADC). Oder was meint ihr warum es möglich ist sich für 1000 Euro ein Rastertunnenmikroskop zu bauen? Eben weil man Spannungen fast unendlich unterteilen kann.
Nur das du dir bedingt durch Bauteiltoleranzen bzw. externe Einflüsse bei der Skalierung deiner Spannung soviel Störungen einfängst, dass du zwar theoretisch mit großer Auflösung praktisch jedoch vergleichsweise geringer Genauigkeit misst. Die Aussage ADC vs. DAC deckt sich nicht mit meinen Beobachtungen im IC-Bereich.
komm doch mal mit ein paar details rüber. wie hast du die schlatung mit srom versorgt? was ist das für ein "trigger" bei der empfangsdiode? wie hast du die schaltung aufgebaut, abschirmung, etc? abbonier
prinzipiell kann man auch einen pulslängenmodulator als adc nehmen, mit großen impulslängen, die von einem so hochfrequenten zähler ausgemessen werden, dass da über 24 bits bei herauskommen. bringt aber wie gesagt nichts, meine persönliche grenze war bei einem LTC 2400 zwischen 18 und 20 bits. linear gibt auf seinen internetseiten auch eine einschätzung der praktischen genauigkeit, bzw tips zur vermeidung von fehlern (systematische und stochastische fehlerquellen). geht es hier vielleicht um die (bestätigten) versuche von NIMTZ in köln, mit seinen supraluminalen mikrowellenphotonen die auf kurzer strecke tunneln mussten ? die aber trotzdem nicht mehr informationen übertragen können als c-schnelle photonen/wellen im vakuum. trotz mozarts 40. symphonie in telefonqualität... ich glaube darauf will hier jemand hindeuten. und an die verschwörungsanhänger: wenn es funktionieren würde mit der überlichtschnellen informationsübertragung, hätten wir schon die ersten anwendungen. aber vielleicht gehts doch nur um ein dampfradio.
??? hier hat doch nie jemand was von überlichtschneller informationsübertragung gesagt.... was soll das dicky?
Angehängte Dateien:
-
rausch.gif
8,2 KB
Ihr habt es immer noch nicht verstanden. 1) Mittelwertbildung eleminiert das Rauschen. 2) Natürlich ist es unmöglich Spannungen im Bereich von über ca. 18 bit exakt zu messen. Man hat bei jedem neuem Messversuch andere Werte überhalb der 18 Bit grenze. Wenn man z.b. 20 Werte misst und die Summe durch 20 Teilt dann erhält man den eben erwähnten Mittelwert. Und dieser Mittelwert nähert sich einem exaktem Signal an. Wenn man z.B. 100 Werte nimmt und daraus den Mittelwert bildet ,dann rauscht auch bei 40 bit nichts mehr. Da aber ein Audiosignal kein zufälliges Signal wie das des Rauschens , geht hier idealerweise der Mittelwert nicht gegen einen bestimmten limeswert ,sondern Die aktuelle Ampiltude wird einfach zu dem Limeswert des Rauschens hinzuaddiert. Als Anhang habe ich ein Bild geschickt wo das Prinziep sehr gut zu erkennen ist.
@tubbu: weil es da um sehr kurze zeitdifferenzen geht und in österreich viel auf dem gebiet geforscht wird...
Bekommst du nicht irgendwo Offsetfehler rein, die man durch die Mittelwertbildung nicht ausgleichen kann? Es muss doch einen Grund geben, warum die andere Elektronik so teuer ist.
ach so: für das abhören von gesprächen über vibrationen an einfach verglasten fensterscheieben (wenn es ausserhalb des zimmers sehr ruhig ist) genügen ganz einfache messtechniken die die amplitude der reflexion verstärken. ist praktisch in einem der topp büchlein (minispione V s.61) von wahl beschrieben. dort werden scheibenauslenkungen von 10 µm angegeben.
zur rausch/störsignal unterdrückung: vorsicht bei festen abtastraten wenn ein störsignal phasenstarr zur abtastrate ist ! eine praktische sache ist der gleitende mittelwert oder modalwert, bei dem man ein messwerte - array einsetzt. bei jeder messung werden alle werte nach unten geshiftet, der älteste wert fliegt raus und oben wird der neue messwert eingefügt. dann wird der mittel- oder modalwert berechnet. es kommt zu einer einschränkung der bandbreite (wie ein tiefpass am eingang). vorsicht mit dem dirty trick 1000 messungen zu machen und durch 100 zu teilen ! bei einem 8 bit wandler habe ich nun schön große zahlen. beim genauen hinsehen werden dann aber nach einer weile regelrechte "stufen" in den messwertübergängen wieder erkennbar, die uns wieder auf den boden der 8 bit zurückbringen. beim übertreiben (1 million messungen durch 1000 teilen) wird das schneller sichtbar.
Na also , ich glaube ihr habt das Prinziep verstanden. Jetzt gibts dafür einen extra großen Keks für alle die es kapiert haben g Noch etwas zu den Offestfehlern. Offsetfehler spielen bei der Raumabhörung keine Rolle, da der Offset niemals im Audiofrequenzbereich driftet.
kanst du mal bitte hier im Forum deinen Schaltplan posten.
Ich habe das ganze auf einer Lochrasterplatiene aufgebaut. Den Schaltplan hab ich per Hand skiziert. Wie krieg ich das Ding in den Rechner ohne Scanner?
Zur Mittelwertbildung: Variante 1: Normal abtasten und dann einen MA-Filter (meinetwegen Länge 100) nehmen. Wie willst du das auf nem normalen MC implementieren? Wird eine ordentliche Rechenlast. Gleichzeitig baust du dir nen tollen Tiefpaß damit, der dein eigentliches Signal zerstört. Variante 2: Z.B. 100fach Abtasten (bei max. 5kHz sind das dann schon 500kHz Abtastrate) und dann aus je 100 Werten den Mittelwert bilden. Auch hier bin ich auf die Implementierung gespannt. Immerhin wäre dein Signal hinterher sauber, da hier zumindest der angepeilte Frequenzbereich sauber bleibt. Zum Thema Schaltplan: Gib doch einfach die Werte/Bezeichnungen der verwendeten Bauteile durch, den Rest kann man sich ja dann zusammenreimen.
"Na also , ich glaube ihr habt das Prinziep verstanden." Ja aber natürlich ! Ich könnte mir sogar vorstellen, daß schon der alte Edison sowas ausprobiert hatte, nur nannte man das damals ein Spiegelgalvanometer. Die Glasscheibe ist der Spiegel und die Auslenkung bewirkt eine Strahlverschiebung, die sich durch eine Spannungsänderung am Fototransistor (bei Edison noch eine Fotozelle) erfassen läßt. Diese Spannungsänderung kann man nun prima mit einem Komparator in eine Zeit umwandeln, die dann wieder in eine Spannung und die dann wieder mit nem ADC nach digital, aber das ist schon ziemlich durch die Brust ins Auge. Mit Picosekunden und 40 Bit hat das Ganze aber auch nicht das geringste zu tun. Und die Arbeitspunkteinstellung per 16Bit-DAC ginge auch mit nen ganz simplen Tiefpaß oder ner Sample&Hold-Stufe. Wirklich verblüffend, wie man einfachsten und altbekannten Prinzipien den Touch einer Wahnsinns-Neuheit verpassen kann. Wenn man es schon etwas komplizierter machen will, wie wärs mit dem Doppler-Effekt. Die Schallschwingungen der Glasscheibe bewirken ja eine Frequenzverschiebung des Lichtstrahls, die könnte man dann auswerten. Das hätte sogar den Vorteil, daß es extrem Fremdlicht unabhängig wäre. Peter
Ich warte immer noch gespannt auf einen Schaltplan. Wie sieht es aus, Frank? Kriegen wir einen zu sehen?
Ich erinnere mich, da gibt es einige Parallelen, aber wollen wir mal nicht voreilig sein... Ich bin aber echt gespannt, ob da noch was kommt.
Wir wollen hier ja kein Kesseltreiben veranstallten sonder etwas lernen. Auch unabhängig von der ADC/DAC Auflösungs vs. Genauigkeit Debatte ist die von Frank u. TU Graz benutzte dt->V Schaltung für mache Anwendungen durchaus interesant. Daher wäre etwas mehr Info zu den verwendeten Bauteilen (FFs Schalttransistoren) wünschenswert, es muss ja nicht ein feriger Schaltplan sein. Im Anhang ebenfalls ein dt->V Umsetzer zur Leitungslängenmessung.
Netter Artikel. Mich würde vor allen Dingen interessieren, wie man die Genauigkeit realisiert. Das Prinzip ist einfach, aber in der Praxis bekommt man bei solchen flatterigen Sachen Probleme mit der Genauigkeit. Nicht umsonst wollen die österreichischen Forscher das Ding auf einem ASIC realisieren. Ich hab mal von einem IC gehört, das für Timing mit ner Auflösung von einigen ZIG ps geeignet war, ich weiß leider die Bezeichnung nicht mehr. Grüße
Jede noch so einfache Schaltung (solange Eingang und Ausgang linear im Verhältnis stehen) kann man recht genau bekommen, indem man sie einfach kalibriert. Genauso wird das auch mit der ELV Schaltung gemacht: Für jeden zu messenden Kabeltyp muss man eine Refernzlänge anschließen. Das ganze geht auch mit einem Rechteckoszillator und einem Oszilloskop: Damit konnte ich die Länge eines Netzwerkkabels auf etwa +/-5cm bei rund 25m Länge bestimmen. Allerdings nur, nachdem ich erstmal die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Kabel gemessen hatte (es waren ca. 1/3*c).
Ja schon klar, aber wenn die beiden Umschaltzeitpunkte t1 und t2 nahe beieinander liegen (relative zu Schaltdauer der FFs) dürfte das dabei entstehende Stromgewitter den Umschaltpunkt von FF2 doch rasch verschieben. Dann wirds nichtliniear und ich weiss nicht ob man es dann noch genau kalibrieren kann? Ebenso bin ich noch nicht so überzeugt dass Frank bei seinem Blattdickenexperiment wirklich den Laufzeitunterschied gemessen hat, denn bei den angegeben 0.1ns Genauigkeit entspricht dies l = c*dt/2 = 3*10**8 * 10**-10 / 2 = 1.5cm und selbst bei 10ps durch Mittelwertbildung sind dies immer noch erst 1.5mm. Frank gab jedoch einen signifikant Auschlag an. Ich vermute eher dass eine veränderte Helligkeit den Schaltpunkt des Phototransistors verschoben hat und so eine Laufzeitdifferenz vorteuschte.
@dave: Du meinst doch nicht etwa das mit der Funkübertragung über 15Km und der Videosteuerung, wo es immer ein einziges gleiches Luftbild gab, oder?
Von dem haben wir auch keine Bilder mehr gesehen. Haste hier nen Schaltplan gesehn..... naja, einfach abwarten. dave
Als doch ein April schertz dann aber reichlich spät!!!!!! Im erst: eigentlich müsste es möglich sein die vibration einer glasscheibe mit einem Laiser zu messen und auf einem lautsprecher auszugeben. hat keiner einen schaltplan hierzu??
Guckste im Buch "Minispione und Schaltungstechnik" von Günter Wahl. ISBN 3-88180-338-6 Verlag für Technik und Handwerk. Gruß
Hallo, ich hoffe meine Frage passt hier gut rein und ihr könnt mir helfen. Ich bin gerade selber dabei ein Längenmessgerät zu bauen, für die Messung von Fernmeldekabeln. Ich möchte versuchen ein kleines kompaktes Gerät zu bauen was mir die Laufzeit zwischen hin- und rücklaufenden Impuls auszugeben. Dazu habe ich einen kleinen Impulsgenerator gebaut der mir ein Rechteckimpuls erzeugt den ich in seiner Amplitude und Impulsbreite einstellen kann. Nun möchte ich anhand der Reflexion am Kabelende die Laufzeit messen. Reflexionen die auf Grund von Diskontinuitäten auf dem Kabel entstehen vernachlässige ich zuerst und versuche später dafür eine Lösung zu finden. Kann mir jemand sagen welchen uC ich dafür am besten nutzen kann. Die Impulsbreite liegt zwischen 30ns und 3us.
Hallo Frank, könntest du den Link für den Schaltplan nochmals online stellen. MfG Christian
Und deshalb gräbst du einen fast ZEHN Jahre alten Thread aus!?
Nils Friess schrieb: > Und deshalb gräbst du einen fast ZEHN Jahre alten Thread aus!? Ich dachte auch zuerst: Warum konnte er nicht noch drei Monate warten? ;-) Aber: ChrisSo1986 schrieb: > Die Impulsbreite liegt zwischen 30ns und 3us. Mit einem STM32F4xx kann man mit ca. 6 ns Auflösung messen. Vielleicht reicht es. Hier ein Beispiel: Beitrag "Frequenz- und Pulsweitenmessung mit STM32F407"
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