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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Reichweite von Infrarotlicht/Laser berechnen


Autor: Ralf (Gast)
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Hi,
mal ne etwas seltsame Frage:
Wie berechne ich mir die Reichweite des Lichtes das von einer Diode aus
ausgesendet wird.
Z.B.: von ner IR-Diode oder eines IR-Laser´s.
Habe im Netz folgende Deffinition gefunden - allerdings keine Formel:

Wellenlänge und Reichweite

Im Internet werden vielerlei Aussagen zur Reichweite oder Helligkeit
von Laserpointern gemacht, was letzten Endes dasselbe ist. Physikalisch
betrachtet, wird kein Laserstrahl (oder normales Licht) jemals
unsichtbar; mit den richtigen Messgeräten kann er über Millionen von
Lichtjahren nachgewiesen werden.
Für die Praxis hängt die Reichweite ab von:
Der Wellenlänge, gemessen in nm (Nanometern oder ein Milliardstel eines
Meters). Die Wellenlänge des Lichts entspricht der Farbe: Rot 650nm über
Grün 540nm nach Blau 470nm. Das Empfindlichkeitsmaximum des menschlichen
Auges liegt bei ca. 540nm und ist ca. 20fach höher als bei 650nm, daraus
resultiert eine wesentlich höhere Reichweite des grünen Lasers. Der
Ausgangsleistung, gemessen in mW (milliwatt oder tausendstel Watt). Je
größer die Ausgangsleistung, desto höher die Reichweite. Dem
Reflektionsgrad des Materials, das der Laserstrahl trifft. Je heller
und reflektiver das Material ist, um so größer die Reichweite. Die
Menge des Lichts im Raum, oder, wenn im Freien, die Intensität des
Sonnenlichts. Je weniger Umgebungslicht, desto größer die Reichweite


Kann ich diese Deffinition auch für normale IR-Dioden anwenden?

Autor: Chris (Gast)
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Nach dieser Definition ist die Reichweite einer IR-Diode genau 0 (Null)
Meter. ;)
Das Auge erkennt das IR-Licht auch in dieser Entfernung nicht.

Aber im Ernst: Die Reichweite einer IR-Diode hängt natürlich auch von
vielen Faktoren ab. Unter anderem spielt (wie beim Laser) die Leistung
eine große Rolle.
Dann ist natürlich auch der Empfänger sehr wichtig. Wenn der Empfänger
sehr empfindlich ist und das modulierte IR-Licht auch aus dem größten
Umgebungs-Rauschen noch erkennen kann, ist die Reichweite sehr hoch.
Ein unempfindlicher Empfänger sorgt im Gegenzug für eine kleine
Reichweite, auch logisch.

Von der Wellenlänge hängt die Reichweite aber nur sehr bedingt ab,
zumindest im Licht-Bereich. Solange der Empfänger sein
Empfindlichkeitsmaximum bei der gesendeten Wellenlänge hat, sollte sie
keine große Rolle spielen (AFAIK).

Autor: Quatenmechaniker (Gast)
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"Physikalisch betrachtet, wird kein Laserstrahl (oder normales Licht)
jemals unsichtbar; mit den richtigen Messgeräten kann er über Millionen
von Lichtjahren nachgewiesen werden."

Sobald die Energiemenge unter ein Quantum fällt ist das Licht nicht
mehr da.

Autor: Thomas O. (Gast)
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abonniert

Autor: Ralf (Gast)
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hmmm ....

also mal angenommen, ich nehm eine einzige "sehr starke" IR-LED.
Davor geb ich eine extra angefertigte Optik (Sammellinse) dazu noch
einen sehr sensiblem Empfänger .....
würde sich dann die 100 Meter Marke erreichen??

Ich könnte natürlich auch nen IR-Laser verwenden, nur stellt sich dann
die Frage (auf die ich noch keine Antwort finden konnte) ist dieser
genau so schädlich wie ein "normaler" Laser, oder ist das einfach
gebündeltes IR Licht?

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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zum Thema "Scheinbare Helligkeit bezogen auf das menschliche Auge" ein
kleines Bildchen:

http://repairfaq.ece.drexel.edu/sam/spctrm3.jpg

Die zugehörige Diskussion findet man unter:
Sam's Laser FAQ - Items of Interest: Color Versus Wavelength
http://repairfaq.ece.drexel.edu/sam/laserioi.htm#ioicav2

Dort findet man auch wirklich alles was man zum Thema Laser sagen
kann...

Bei IR-Dioden (im Vergleich zu IR-Laser) dürfte wohl der grosse
Abstrahlwinkel (20-60Grad) der begrenzende Faktor für die Reichweite
sein.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

ich verwende bei der Empfangsdiode immer ein Röhrchen, damit Licht das
seitlich eingestrahlt wird z.b. Tageslicht ignoriert wird. Man muss
halt die Sendediode genau gegenüber positionieren und sehr genau auf
die Empfangsdiode ausrichten. Ich könnte mir vorstellen das man so ein
Röhrchen auch zum bündeln des Lichtes der Sendediode nehmen könnte.

Ist es generell so das Schwarz Licht jeder Wellenlänge gut absorbiert?
Geht halt darum aus welcher Farbe die Innenwand des Röhrchens sein
sollte damit hier wirklich eine Sammlung stattfinden und das Licht
nicht ausgelöscht wird. Evtl. Könnte man ja das Röhrchen mit einer
Silberfarbe oder so durchsprühen.

Habe bisher nur ca. 7m mit Infrarotlicht überbrückt.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

hatte das Bild vergessen.

Autor: Chris (Gast)
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> Ich könnte natürlich auch nen IR-Laser verwenden, nur stellt sich
dann
> die Frage (auf die ich noch keine Antwort finden konnte) ist dieser
> genau so schädlich wie ein "normaler" Laser, oder ist das einfach
> gebündeltes IR Licht?

Ein Laser ist etwas grundsätzlich anderes als eine "gewöhnliche"
Lichtquelle. Laserlicht hat z.B. ein sehr kleines Spektrum (quasi
monochromatisch), außerdem ist es kohärent (nicht auf unbegrenzte
Strecken, ist hier aber egal), d.h. die Wellen laufen phasengleich.

Zudem ist Laserlicht meistens gebündelt (muss es aber nicht). Ein
gebündelter Laser-Strahl ist ziemlich gefährlich, auch (oder sogar
besonders) wenn er im IR-Bereich ist.

Der Grund ist simpel: Ein gebündelter Laserstrahl ist (der Einfachheit
halber) paralleles Licht. Wenn die Linse im Auge vollständig entspannt
ist (sie also auf "weite Entfernung" eingestellt ist), liegt der
Brennpunkt auf der Netzhaut. Das bedeutet, dass ein eintreffender
Laserstrahl auf einen winzigen Punkt auf der Netzhaut fokussiert wird.
Die gesamte Energiemenge des Lasers wird folglich auf diesen winzigen
Punkt konzentriert. Im Endeffekt reichen daher bereits wenige Milliwatt
Laser-Leistung, um bleibende Schäden an der Retina zu verursachen.

Ein IR-Laser ist sogar noch gefährlicher: Wenn ein normaler Laserstrahl
ins Auge trifft, greift relativ schnell unser Blinzelreflex, außerdem
wenden wir uns spontan ab; bei vielen Lasern ist dieser Reflex zwar
nicht schnell genug um alle Schäden zu verhindern, aber es gibt ihn
immerhin.
Beim IR-Laser greift dieser Reflex nicht, weil das Auge nicht in der
Lage ist dieses Licht wahrzunehmen. Ein IR-Laser kann daher schwerste
Netzhautverbrennungen verursachen, die man erst bemerkt, wenn es schon
viel zu spät ist.


Ich würde die Finger von IR-Lasern lassen, außer man weiß wirklich
genau, was man tut.

Autor: Ralf (Gast)
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aha ..... also das war mal ausführlich ......
nagut also ir-laser scheidet schonmal aus bei meinem vorhaben.

nagut nur um alles zusammenzufassen:
laser ist "endlich" licht dagegen nicht. zumindest lässt es sich auch
über weite strecken mit entsprechendem empfänger und optik nachweisen
....
also das müsste theoretisch dann bedeuten, wenn ich ne einzige IR-LED
nehme, (eine starke) und eine extra angefertigte optik davor stze, dann
kann ich dieses licht sogar noch auf 100 metern mit einem sehr guten
empfänger empfangen ...... (kommt natürlich auf witterung drauf an)

korrigiert mich bitte wenn ich mich irre

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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bei einem Öffnungswinkel von 20Grad kommt bei einer IR-LED Chipfläche
von 1qmm in einem Abstand von 7m und einer Empfangsfläche von 1qmm nur
noch... na das lernten wir doch in der Schule... ca 1E-6 der
Ausgangsleistung an. Eine (IR durchlässige) Senderkollimatorlinse um
die Strahldivergenz zu verkleinern ist daher das wichtigste Hilfsmittel
um die Reichweite zu erhöhen.

Autor: Ralf (Gast)
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wie sieht´s eigentlich mit dem schutz bei laser aus? gibt´s geeignete
gläser, welche die augen vor dem laser schützen?
also gläser, welche die wellenlänge nicht durchlassen..... ??

Autor: Malte (Gast)
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Wenn wir schon bei den Gefahren von Lasern sind, wie sieht das bei
IR-LEDs aus? Schließlich gibt es eine Mege super heller LEDs (mit
sichtbarem Licht) bei denen, wie bei Lasern, davor gewarnt wird
hineinzusehen. Viele IR-LED können mit genau so viel Strom betriebene
werden wie diese super hellen LEDs, aber Warnhinweise für IR LEDs habe
ich noch nirgens gesehen.

Autor: Günther (Gast)
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Gehört zwar nicht zum Thema, aber warum muß das Licht über 100m
übertragen werden?

Autor: Ralf (Gast)
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weil es mich interessiert wie die ganzen lasertag systeme funktionieren
.....die schaffen sogar an die 150 Meter.
aber die schreiben alle das die nur normale ir dioden wie in der
fernsehfernbedienung verwenden.

Bin am Überlegen ob ich sowas nichtmal nachbaue ....

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

weiss jetzt nicht was ein TAG-System sein soll, aber es könnte doch
sein das die diese IR-LEDs evtl. mit 10A für extrem kurze Zeit
tackten.
Habe hier ein paar LD274 hier laut Datenblatt kann man die 10µSek lang
mit 3A(1,6V) versorgen danach braucht sie 10µSek Abkühlpause. Könnte
mir vorstellen wenn man die Einschaltzeit verkürzt und die Abkühlpausen
verlängert dann kann man die bestimmt mit einer viel höheren Leistung
fahren. Bei Nebel/Regen/Schnee/Hitzeflimmern denke ich mal wird die
Reichweite extrem eingeschränkt sein.

Autor: Ralf (Gast)
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Lasertag Systeme, sind ähnlich wie Paintball, allerdings eben mit IR
Licht .....

Also das mit dem kurzen Belasten wäre ne Lösung, aber wie schaffen dies
dann das die "Schusszeiten" schon an die originalen waffen rankommen?
(es gibts gun´s welche ne folge von fast 30 schuss pro sekunde
hergeben)

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

ist doch mit diesen Daten die ich jetzt gemacht habe möglich.
10µSek an + 10µSek aus = 20µSek
1 Sek. / 0,00002 = 50 kHz also kein Problem, ne hohe Schussdichte zu
erreichen. Wenn jetzt keine sonstigen Daten übertragen werden sondern
nur der IR-Impuls selber.

Es gibt aber auch bedeudent stärkere IR-LEDs als die besagte LD274,
außerdem könnte man auch mehrere LEDs parallel nehmen oder sogar welche
mit geringere Abstrahlwinkel, damit man auch genauer Zielen muss oder
man macht ne Blende davor so das der Strahl etwas gebündelt wird, die
Blende sollte aber schon etwas länger sein als wie auf dem Bild.

Autor: Ralf (Gast)
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Hm .... muss ich mal ausprobieren ....

kannst du mal probieren ob´s auch mit daten geht?!
weil bei den tazzern, werden afaik schon daten übetragen weil am ende
der spiele kann aus den waffen ne auswertung gemacht werden wer wie oft
von wem getroffen wurde usw.
auserdem wenn man sagen wir mal 4 mal getroffen wurde schaltet sich die
waffe komplett ab.
die haben lauter so spielereien .... aber sonst wärs tatsächlich ne
möglichkeit.
das die ne super optik haben ist eh klar ....

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

bin erst noch dabei Daten Seriell zu übertragen mit der höheren
Geschwindigkeit als mit UART. Demnächst werde ich das mit Infrarot in
Angriff nehmen. Man muss eigentllich die IR-LED nur mit einer höheren
Spannung betreiben und halt die Zeiten beachten die ich zuerst gepostet
habe.

Ich verstehe noch nicht ganz wozu die Trägerfrequenz da ist. Vermute
mal das dadurch das IR besser vom Umgebungslicht unterschieden werden
kann aber warum ist das so? Spricht eine Empfangsdiode schneller auf
IR-Licht an als auf das restliche Spektrum? Oder gibt es da spezielle
Filter die man vor die Emfangsdiode setzt da man sich dann diese
Modulator/Demodelator sparen könnte. Vielleicht kann mir das ja mal
jemand kurz erklären.

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