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.
"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?"
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
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
@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.
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.
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.
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
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.
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??
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.
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"
