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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IR-Winkelmessung


Autor: Otis (Gast)
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Hallo, ich hab da eine Frage:

angenommen ich habe an einem beliebigen Punkt, eine IR-LED die Signale 
ausstrahlt!

ich habe weiters im selben Raum 2 IR-Sensoren, die das Signal empfangen!

Wenn man die beiden Sensoren gedanklich verbindet, so entsteht eine 
Gerade zwischen ihnen!

Kann man mithilfe der beiden Sensoren den Winkel der Geraden auf die 
aussendende IR-LED berechnen??

Was wären Ansätze für die Schaltung?Gibt es eine bessere alternative als 
IR??? und Wiso??0 m

Mein Ansatz ist der das ja bei einem Winkel ungleich 90° die Laifzeit zu 
den Sensoren unterschiedlich ist, der ausgewertet werden kann!

Zu den Dimensionen:

Raumgröße: 20 bis 30 m*m
Abstand der Sensoren: ca 1m
Anstand Sensoren und Sender: ca. 1m bis 5m

danker für die Hilfe

Autor: Otis (Gast)
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Wollte schreiben: Laufzeit anstatt Laifzeit ;-)

Autor: MaWin (Gast)
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> Kann man mithilfe der beiden Sensoren den Winkel der Geraden auf die
> aussendende IR-LED berechnen??

Nein.

Geometrie Grundschule.

Du weisst weder Winkel noch Entfernungen.

Autor: Otis (Gast)
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Hab mal ne kleine Skizze gemach im Paint.. ich hoffe es hilft meine 
Ideewiederzugeben:

S1 und S2 sind die Sensoren
Die Länge ls ist der Abstand zwischen den Sensoren und ist bekannt (z.B 
1m)
lir1 und lir2 sind gleich lang und können selbstverständlich nicht 
gemessen werden.
ls1 könnte aber aus der Zeitdifferenz der beiden Sensoren gemessen 
werden: ls1 = vlichtgeschw * tzeitdifferenz

darauslässt sich errechnen:
sin(winkel1)=ls1/ls  --> winkel1= arcsin(ls1/ls)
alpha = 180-(180-90-winkel1) = 180-(90-winkel1) = 90 + winkel1

Das wäre die Berechnung...

Mein problem ist die Messung der Zeitdifferenz, da Lichtgeschwindigkeit 
doch sehr schnell ist und die Zeitkonstanten sehr gering werden....
Wie könnte man das realisieren??

Ps.: wenn ich mich verrechnet habe sagt mir das bitte....

Autor: MaWin (Gast)
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> ls1 könnte aber aus der Zeitdifferenz der beiden Sensoren gemessen
> werden: ls1 = vlichtgeschw * tzeitdifferenz

Vergiss es. Pikosekunden.

> Mein problem ist die Messung der Zeitdifferenz, da Lichtgeschwindigkeit
> doch sehr schnell ist

Eben.

Ein ACAM GP2 TDR hat 2 Kanäle und schafft gerade mal 50ps.

Autor: Michael M. (Gast)
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wenn schon eine zeitbeziehung, dann geht man über die phasen. du musst 
deine quelle also modulieren und kannst bei den empfängern den 
phasenunterschied messen.
voraussetzung: genaue syncronisation beider empfänger.

oder du baust 2 empfänger in bekanntem abstand und gehst den umweg über 
die empfangsstärke.
die wiimote arbeitet recht ähnlich, kannst dir ja mal raussuchen, wie 
das läuft.

Autor: Otis (Gast)
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ok hab mir schin gedacht das das ein problem wird!

Phasenverschiebung hört sich gut an, wird wahrscheinlich auch etwas 
genauer sein als die Messung der Empfangsstärke.

Aber wie kann man die Phasenverschiebung messen und dann auf den Weg ls1 
zurückschließen?

Danke, das ganze wäre nämlich sehr wichtig!

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Otis schrieb:
> Kann man mithilfe der beiden Sensoren den Winkel der Geraden auf die
> aussendende IR-LED berechn

Hi, Otis,

Antwort von Radio Eriwan: "Grundsätzlich ja. Der Aufwand hängt von der 
genauen Aufgabe und Situation ab."

1. Im Infrarot-Bereich funktionieren dieselben Erfolgsrezepte der 
Funkortung und Navigation wie im VHF- und Mikrowellenbereich.

Zur Winkelbestimmung eignen sich
a) Amplitudenverhältnisse - wenn die Antennendiagramme dazu sauber sind 
und bekannt. Und wenn die Einrichtung regelmäßig kalibriert wird.
b) Phasenverhältnisse.

2. Wenn Du an Berechnen denkst, dann denke zuerst an Differenzmessungen. 
Durch Drehung von Emitter oder Sensor und Vergleich aufeinanderfolgender 
Messungen. Zweikanalige Messungen stellen den Winkel sofort fest.

Bereits im Weltkrieg II und in der Flugsicherung sind diese 
Amplitudenverfahren bewährt:

1. Leuchtturm: Montiere die IR-LED in einen rotierenden Parabolspiegel. 
Moduliere sie mit einem Signal, das die Nordrichtung markiert. 
Winkelgenauigkeit etwa die Halbwertsbreite, aber achte auf Reflektionen.
Für höhere Genauigkeit lasse einen Baulaser rotieren und moduliere den.

2. "Knickebein", auch bei ILS verwendet - Der Leitsrahlsender sendet 
über ein schielendes Antennenpaar Punkte und Striche. In der Mitte des 
Leitstrahls hört der Pilot einen Dauerton.

Willst Du Phasen messen, dann brauchst Du
a) entweder einen Laser als Sender und vergleichst die Phase des Lichts,
b) oder modulierst ihn mit einem hochfrequenten Signal und misst dessen 
Phase.

Analyse, Konzeptuswahl, alles Ingenieurarbeit.
Googele unter "navigationsverfahren" und Du findest eine Menge.


Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Otis (Gast)
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Aja noch was: das ganze beschränkt sich nur auf den 2 Dimensionalen 
Raum, höhe der Sensoren und der Quelle sind annähernd gleich und ändern 
sich kaum!

Autor: Otis (Gast)
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Danke das war eine sehr interesante Antwort. Ich werd versuchen mich ein 
wenig damit vertraut zu machen.

Zur Genauigkeit der Anwendung: so ca 2-3° wären ausreichend, genauer 
muss es nicht sein!

Autor: Otis (Gast)
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Zur Messung der Phasenverschiebung:

Natürlich würde ich das IR-Signal modulieren! Die beiden Sensoren 
empfangen das Signal mit einer gewissen Phasenverschiebung wegen der 
Wegdifferenz.

Aber wie kann ich die Messung nun anhand der nachfolgenden Elektronik 
realisieren, bzw nach was für einem Prinzip funktioniert das??

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Es erfordert ziemlich viel Elektronikerfahrung, die Phasenverschiebung
zwischen den beiden Empfangssignalen mit hinreichender Genauigkeit zu
bestimmen.

Hast du schon einmal darüber nachgedacht, ob es nicht leichter und viel
genauer wäre, die LED mit einer Kamera zu orten? Es geht dir ja nur um
den Winkel und nicht den Abstand, wenn ich dich richtig verstanden habe.

Autor: Otis (Gast)
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Naja elektronikerfahrung habe ich schon einige, habe Elektronik HTL 
gemacht, mir schwirrt schon im Hinterkopf herum das man dazu 
wahrscheinlich über das Frequenzspektrum geht, das mithilfe einer FFT 
errechnet wird.
Dann müsste das doch gehen oder? Dazu ein DSP der die Rechenarbeit 
macht!

Problem: alles was so mit abtastung zu tun hat und Spektren hab ich eher 
verschlafen schäm

Wie funktioniert das mit der Kamera? Kosten?
Ja es soll nur der Winkel gemessen werdenund keine Distanz!

Autor: MaWin (Gast)
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Warum baust du nicht so was:


Photodiode
-----------------                       Sender
Photodiode


Also 2 Empfänger (Photodioden möglichst grosser Fläche wie BPW34, LDRs 
wären eher blöd bei moduliertem IR-Licht) von denen der eine mehr Licht 
abbekommt wenn er nach rechts guckt, der andere wenn er lach links 
guckt, oder

       |
PSD                                     Sender
       |

eine schmale Schlitzblende vor einem PSD (positional Sensor, 
http://www.pollin.de/shop/dt/NTk1OTc4OTk-/Baueleme...


Wenn du die Lichtquelle nun vor den Empfänger verschiebst, bekommt der 
eine mehr Licht ab als der andere.

Mit so was bestimmt man z.B. wo die Sonne steht um nachzuführen.
Du braucst keinen 1m langen Stab.

Wenn es bei Tageslicht funktionieren soll, musste man das Licht 
modulieren.

Autor: Otis (Gast)
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ok die zweite Methode gefällt mir schon, werden aber auch 2 benötigt 
oder??
sonst kann ja die Richtung nicht ausgewertet werden...

Welcher Genauigkeitsbereich ist möglich??

Analoge Messverstärker und dann µC nachschalten???

thx für den Link

Autor: hp-freund (Gast)
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Schau mal bei der Weltraum-Forschung:

http://www.ralfzimmermann.de/phase3d/sun_sensor.html

Früher gab es auch mal eine komplette Beschreibung vom "Kornknecht".
Kann ich aber nicht mehr finden :(

aber das:

http://www.imd.uni-rostock.de/veroeff/psd-salomon-06.pdf

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