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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Laser-Entfernungsmessung


Autor: Johannes (Gast)
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AVR-Anfänger:
Hallo zusammen.
Folgende Frage(n): Möchte mit Hilfe von AVR's einen 
Laserentfernungsmesser bauen. Google verschiedene Techniken dazu:
-Interferometer (Phasenverschiebung des Lichts -> Halbdurchlässiger 
Spiegel-> Aufgabe der Elektronik: zählen von "Lichtringen") <- das ist 
scheinbar zu aufwendig.
-Zeitmessung: da die Sache mit der Lichtgeschwindigkeit etwas zu schnell 
ist für ein paar MHz des AVR machen die Labors das mit hilfe eines 
Oszillators. Dabei wird ein Laserstrahl losgeschickt und wenn er wieder 
auf den Empfänger trifft wird im Oszi ein Signal ausgegegeben. 
Zeitgleich mit dem Losschicken des Laserstrahls wird auf dem Oszi ein 
weiteres Signal losgeschickt. Aus der Verschiebung von der Signale 
errechnet sich die Distanz.
Ich weiß inzwischen, das ein Oszi mit einem Kondensator den 
Elektronenstrahl wandern läßt.
Das Prinzip ist also, daß ich ein kontinuierlich steigendes 
Ladungsniveau mit der Laufzeit des Lasers vergleiche.
Hat jemand Infos / Ideen wie man aus diesen Informationen solch einen 
Distanzmesser bauen kann, oder hat jemand einen Link zu jemanden der das 
schon probiert hat?

Danke Johannes

Autor: Christian (Gast)
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Hallo,

das ist alls recht aufwendig - es gäbe auch noch die Möglichkeit über 
die Einfallswinkelmessung (PSD). Warum möchtest du sowas bauen????
Wenn es keinen wirklich trifftigen Grud hat würd ich sowas kaufen!!!
Was hast du damit vor???

mfg

christian

Autor: Johannes (Gast)
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Hallo Chrtian,
ja das wird aufwendig und wird als Gesamtprojekt mehrere Jahre in 
Anspruch nehmen. Warum ich soetwas bauen möchte? Es geht um Roboter am 
Bau. Allgemein dreht es sich zunächst darum einen Roboter Bauklötze 
stapeln zu lassen (oder Maurersteine). Dazu muß der Roberter über den 
Zustand der Mauer vor Ihm Bescheid wissen. Er soll also dabei aber nicht 
jeden einzelnen Stein an eine bestimmte definierte Stelle X legen, 
sondern selbständig feststellen können "hier fehlt ein Stein"-> Dabei 
könnte der Roboter über eine Induktionsschleife fahren und paralell der 
Induktionsschleife diese Mauer Bauen-> Fertig ist das Häuschen. Die 
AVR-Welt brauche ich um die Umwelt des Roboters zu erfassen, die 
eigendlichen Entscheidungen über die einzelbewegungen sollen im Rechner 
durchgeführt werden. Im PC habe ich schon vor Jahren ein solches 
Programm zusammengeschrieben, jetzt fehlt 'nur' noch die Umsetzung in 
eine Maschine. Im Bau gäbe es unendliche Anwendungsbereiche hierfür.

Winkelmessverfahren: Hier geht es um sog. Incrementierung dies setzt 
voraus, daß der rücklaufende Strahl nicht diffus ist. Vermesser lösen 
dies mit Prismen oder/und Spiegeln. Ich will die Mauersteine aber nicht 
mit einem Spiegel versehen. Oder bin ich falsch?. Ps. Steinbruchwände 
werden mit einem Laserstrahl abgescannt um den Abbau zu planen.
Kaufe ich solch ein System bin ich a. pleite und b. werde ich 
Schwierigkeiten bei der Einbindung in ein PC-Programm haben.

Aber ich glaube das führt hier zu weit, oder.....?

Hier stelle ich also die Frage, wie kann ich möglichst präzise die 
Kapatzität eines Kondensators messen. Wie kompensiere ich dabei die 
Temperatur, oder allgemein wie baue ich einen Laser-Entfernungsmesser.

Danke an alle Leser für Ihre Geduld

Johannes

Autor: Christian (Gast)
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Aha, hört sich ja tierisch spannend und komplex an!!!
Vermutlich bist du bei deiner Recherche bereits über baumer electric 
gestoßen - die stellen beispielsweise solche Sensoren her.
ICH hab' mal in einem Laserbastel buch eine Entfernungsmessschaltung 
gesehen, die über Operationsverstärker gearbeitet hat - das genaue 
funktionsprinzip fällt mir nicht mehr ein es war auf jeden Fall einfach 
realisiert (vermtulich genauso ungenau). Folgendes Messprinzip wird noch 
zum messen kurzer Impulse angewandt:
Impuls senden, über Widerstand C aufladen, Impuls empfangen, 
Aufladevorgang stoppen und die Spannung an C messen (ich denke auf sowas 
in der Art spielt deine letzte Frage an?!?)

Viel Erfolg

Christian

Autor: Johannes (Gast)
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Ja genau in die Richtung wird es wohl zunächst gehen

Johannes

Autor: Norman (Gast)
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Hallo,

ich habe Eure Fragen und Antworten gelesen. Da ich auch gerade
an einer Lasergeschwindigkeitsmessvorrichtung mir den Kopf zer-
breche. Bei meiner Recharge habe ich zur Lasermodulation folgendes
gefunden. (siehe Anhang)
1. Messprinzipien:
1.1 Triangulation  -> kurze Entfernung, hohe Auflösung (1µm),
                      Auswertung über Winkel durch CCD-Zeile.
1.2 Interferenz /Phasenverschiebung -> Relativmessung im
                      Nanometer-Bereich. Abh.von Wellenlänge des
                      Lasers.
1.3 Laufzeitmessung ->Aussenden von Lichtpulsen und Messen
                      derZeit bis Empfangssignal kommt. geringe
                      Auflösung (cm), da 1ns = 1GHz =
                      3cm Weg =
                      1.5cm Entfernung
                      hoher kostspieliger Aufwand, da
                      Höchstfrequenztechnik (Zähler für 10GHz)
                      notwendig ist.
1.4 Laufzeitmessung ->Laser bekommt 1..20MHz Modulation je nach
                      Entfernung, es wird die Modulationsfrequenz
                      anstelle der Lichtfrequenz ausgewertet
                      (Phasenlage)
1.5 Dopplereffekt->   Geschwindigkeitsmessung, Laserlicht wird in
                      der Frequenz geändert (hoher Aufwand)
1.6 Dopplereffekt->   Laser wird moduliert, es wird die
                      Modulationsfrequenz ausgewertet


Daher sollte zunächst überlegt werden, welches Messprinzip am
geeignetsten ist. So wie ich aus den Beiträgen entnehme, würde
ich Dich zur Triangulation raten.

2. Modulation des Lasers
Prinzipiell kann man den Strom der Laserdiode zur Modulation be-
nutzen. Dies geht bis ca. 300kHz, wenn man den Laser pulst. Eine
Sinusmodulation bringt elektrisch hier garnichts, da die Laserdiode ab 
einer Schwellspannung quasi durchbricht und dann
erst Laserlicht emittiert. Somit würde maximal die Laserleistung
reduziert. Und das geht mit ner PWM einfacher.
Um einen Laser mit einem Sinus zu modulieren, bedient man sich
optoelektrischer Wandler. Zum Beispiel ein Quarzkristall, welches
sich im Lichtpfad befindet, wird durch Strom angeregt. Es erfolgt
eine Gitterdrehung um ca. 5Grad abh. vom Strom. Somit wird die
Amplitude des Lasers moduliert. Nimmt man anstelle des Quarze
Lithiumniobat LiNbO3, so erfolgt eine Kontraktion des Kristalls.
Daher wird die Laufzeit des Lichtes im Kristall geändert. FM - oder 
Phasenmodulation. Man kann auch ein optisches Kristall auf
einen Piezowürfel kleben und den Piezo ansteuern.

Autor: Christian (Gast)
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Hallo Norman,
vielen Dank, dass du deine Internet Recherche auch anderen zur Verfügung 
stellst!!!
Ich bastle an einem optischen Teil, dass den Dopplereffekt zeigen soll - 
bist du bei deiner Recherche zufällig auf eine Seite oder Firma 
gestoßen, die so einen Dopplereffekt sensor verkauft oder darüber was 
schreibt???
Was für ein Ziel verfolgst du????
Wenn du das Problem mit der Modulation der LD noch nicht gelöst hast 
könnte folgender Link interessant sein:
http://www.ichaus.de/datasheets_german.asp?ID=6
Die haben tolle Treiber Bausteine für LD's und verschicken sogar samples 
an kleinunternehmer - ´gut appnotes und alles in deutsch.

Empfangsseitig grübel ich noch, aber da du ja Triangulation anstrebst 
kann ich dir leider sowieso nicht weiterhelfen.

mfg

Christian

Autor: Johannes (Gast)
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Bin auf einen chip gestoßen den du googeln kannst (Adresse habe ich 
jetzt nicht parat) suche unter:

TDC -> time-digital-converter, scheinbar ist dieses ding die stand of 
art, wenn du eine lieferquelle findest wäre ich dir dankbar

Autor: Norman (Gast)
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Hallo Christian, Johannes,
nee, ich habe folgendes vor:
Zuerst baue ich den Laserdioden - "modulator" ähnlich wie in der 
"Jahresarbeit Physik" (Anhang letze Mail) beschrieben auf.
Die IC's von IC-Haus sind zwar gut, aber ich brauche eine Pulslänge von 
1..10 ns.
Die Schaltung muß aus einer Frequenz von 100kHz kurze Nadelimpulse von 
1..10ns Länge erzeugen.
In der "Jahresarbeit Physik" wurde dies durch 74ALS02 Gatter erzeugt. 
(Anschwingprobleme!!!)
Ich denke, man sollte hier die Monitordiode im Laser auswerten.
Ach ja, der Empfangszweig....
Es gibt sogenannte Avalanche-Dioden, welche bei geringster 
Photonenanzahl eine Elektronenlawine lostreten, welche in Form einer
Stromänderung meßbar wir. Sind aber sehr teuer. (100 Euro)
Hauptanwendung: Astronomie, Femtosekundenlaser (Synchronisierung)
Als gute Alternative gibt es von www.centronic.com aus UK 
Photo-Pin-Dioden. Ich habe die AEPX65 favorisiert. Kostet ca. 15Euro bei 
RS oder
Farnell.


Und nun zur Messung selbst:
Wie bereits erwähnt, sind rund 1.5cm Entfernung (hin und zurück) 1ns 
Laufzeit. Um einigermaßen was reales zu messen, muß man einen
Impulszähler (Frequenzzähler) bauen, der über ein Tor 2..10 GHz erhält. 
Hierzu eignen sich teure Zähler-IC's von HP Agilent HMMC3102 oä.(ca. 60 
Euro, Mindestabnahme 10Stck. bei EBV)

Ab etwa 3..4 GHz kann man mit ECL-Teilern MC100Exx von On Semi 
www.onsemi.com weitermachen. (10-20Euro/Stck. bei RS,Farnell)
Das ist alles sehr teuer.
Ach übrigens der TDC ist ein spezifischer Zählerbaustein aus der 
MC100-Serie. Wenn dieser unter 100 Euro Einzelstückpreis verfügbar wäre, 
ist es eine gute Alternative zu diskreten Schaltungsvarianten. Man 
könnte mit diesem IC dann von 2GHz abwärts Zählen bei 12Bit Auflösung. 
In diesem Fall wäre eine theoretische Auflösung von 7.5 mm möglich.

Ergebnis des geschilderten Ablaufes wäre, daß mit einer Taktrate von 
100kHz alle 10 Mikrosekunden  ein Abstandswert verfügbar wäre.
Bezogen auf meine Applikation viel zu schnell. Anbetracht der hohen 
Kosten für eine Zählerlösung (ala TDC) hatte ich folgende Idee:

Man startet per Generator den 1. Laserpuls. Erfolgt im Zeitraster des 
100kHz- Signals (bis zum theoretischen 2. Laserpuls) keine Reflexion, 
dann wird der Vorgang wiederholt. Erfolgte eine Reflexion, wird in Folge 
sogleich erneut ein Laserpuls ausgesendet. Dies wird 5 (10) mal 
wiederholt. Gezählt werden die Anzahl der Einzelmessungen 
(Statemaschine) und die Gesamtdauer.
Es ergibt sich eine Zeitkette aus:
a: Laserpuls erzeugen/senden
b: Laufzeit hin
c: Totalreflexion
d: Laufzeit zurück ( = Laufzeit hin)
e: Empfang in Laserdiode
f: Laufzeit in Logik der Statemaschine zum Neustart des Lasers

Die Zeiten für Vorgang a,e,f sind konstant.

Das Ergebnis der Zeitmessung ergibt die (Summe der Einzelzeiten) mal 
n-Vorgänge (n = 5,10).
Somit kann die Zeit für n-Messungen im Mikro- bis 
Millisekunden-zeitbereich gezählt werden. Für die Realisierung wären ein 
paar schnelle Flip-Flop in ECL-Technik notwendig. Die Zeitmessung könnte 
dann mit 100-500MHz-Takt erfolgen. Dazu würde ein PLD (Lattice, 
Xillinx)genügen.

Die Frage ist nur, ob die Genauigkeit ausreichen wird???

Über Gedanken und Hinweise freue ich mich jederzeit.
mfg

Norman

Autor: Christian (Gast)
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Bin gegeistert- du hast dich ziemlich intensiv mit dem Thema 
auseindandergesetzt, oder machst du das beruflich oder so????
Zu der AEPX65 Diode konnte ich leider kein Datenblatt über google oder 
farnell finden - ich weiß jetzt nur, dass sie einen recht geringen 
Dunkelstrom hat und sehr schnell ist.
Vielleicht poste ich jetzt Blödisnn, aber du hast gemeint über 
"Gedanken" freust du dich jederzeit:
"e" scheint mir nicht konstant - je stärker das reflektierte Signal ist 
desto früher und extremer steigt die Spannung, die der Diodenstrom 
"erzeugt" (du benötigst ja vermutlich einen Komperator - die Dauer bis 
die Schwellenspannung erreicht ist hängt doch auch von der Intensiät des 
Signals ab???) - das hat mir mal einer erzählt der sich selber mit sowas 
beschäftigt hat (keine Garantie...)
2. Bei so hohen Frequenzen muss der widerstand an dem die Spannung des 
Diodenstroms abfallen soll ziemlich klein sein (kapazität der Diode) - 
du benötigst vermutlich eine recht aufwendige Empfängerschaltung - hast 
du da schon was konkretes???
3. Können die Zählerbausteine auch mit unterschiedlichen 
Eingangsspannungen was anfangen (oder ist dein reflektierendes Objekt 
immer gleich??)

Freu mich auf Antworten!!

mfg

Christian

Autor: Johannes (Gast)
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Guten Abend Norman + Christian und alle Anderen !

Wenn ich Dich Norman richtig verstehe verlängert verlängerst du die 
Entfernung durch häufigeres Messen um anschließend die Meß-Ungenauigkeit 
herauszudividieren. Dabei erinnere ich mich gepulste 
Laserentfernungsmesser von Hilti. Dort konnte man die Laserpulse aber 
wahrnehmen ich glaube nicht, daß das kHz waren sondern ehr wenige 10 
oder 100 Herz. Mag sein daß das nicht einem einzelnen Meßvorgang 
entsprach sodern nur Meß-Wiederhohlungen waren.

Was haltet Ihr von der alten Schiebleere(lehre) (Nonius):
Bietet sich vieleicht eine Möglichkeit zwei Zeitskalen paralell zu 
führen und beim kleinsten gemeinsamen Vielfachen die Zeitskalen zu 
vergleichen ?

Autor: mng (Gast)
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Hat schon mal jemand bei www.eodevices.com nachgesehn? Vielleicht ist da 
ja was brauchbares bei.

mng

Autor: Norman (Gast)
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Hallo "mng", Johannes,Christian,

der "mng" hat uns einen tollen Link <www.eodevices.com> gepostet.
Auf der Seite sind brauchbare Zähler, mit denen man die Zeit
zwischen Senden und Empfangen des Lichtpulses messen kann.
Is aber nicht billig und Porto / Versand von Außerhalb ...

Bezüglich der Empfangsdiode ...
Sorry ;-) mein Link war falsch... hier nochmal der Richtige:

Daten hier bei centronic
http://www.centronic.co.uk/electro/uhighsp.htm


Firma             Bestellnr.
Farnell.de        548777  (gewerblich)
RS-Components.de  846-749 (priv. und gewerblich)  16 Euro + UPS


mfg

Norman

Autor: Norman (Gast)
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Hallo,

hier das Datenblatt der Diode von Farnell ..

de Norman

Autor: richard Wagner (Gast)
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Moin moin,

Ich habe Deine Frage zum Entfernungsmessen gelesen. Vor einiger Zeit
wurde im Fehnsehen eine 3D Kamera vorgestellt.Dabei wird auf dem CCD 
Sensor mittels umschaltbrer (?) Spiegel das Objekt erfaßt und daraus ein 
3D Bild errechnet. Mit diesen Daten sollte sich das Objeckt Mauer, 
Mauerstein und dessen Lage berechnen lassen.

Wenns stimmt was dort berichtet wurde, sollen schon dieses Jahr einfache 
Modelle für etwas über 100 Teuro auf dem Markt kommen. Wo ich das 
gesehen habe? Quaks, Gallileo, WSR Computer....?

Wenn man zwei Kameras wie unsere Augen, versetzt anortnet und die
Bilder aud "Deckung" bringt, sollte sich ähnliches realisieren lassen.

Gruß Richard

Ps. Google doch mal nach 3D Kameras

Autor: richard Wagner (Gast)
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Moin moin,
Nachtrag:

Den ccd Chip habe ich gefunden, einen Hersteller der Kamewra allerdings 
nicht. Google mal unter "3d TOF" oder "active pixel sensor".

Gruß Richard

Autor: Wolfgang Rompel (Gast)
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Hi,
warum wollt Ihr das Problem nicht mit Ultraschall lösen ?

mfg wolli_r

Autor: Oli (Gast)
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Hallo

Ich hab überhaupt keine Ahnung von Technik, aber ich möchte damit 
anfangen und deshalb wollte ich mal fragen, ob man so ein 
"Abstandsproblem" nicht auch mit einem Distanzsensor von Conrad lösen 
könnte?
Ich meine was spricht dagegen? Ist es kompliziert die Daten, die so ein 
Sensor liefert mit einem AVR auszuwerten?

Wär nett, wenn jemand mal beim Link vorbeischauen könnte und mir sagen 
könnte, ob das funktionieren würde.
Gruss

http://www.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flNlc...

sorry, dass der link so lang ist...

Autor: richard Wagner (Gast)
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Moin moin Oli,

Klar geht das, geht nicht gibbet nicht. Aber es gibt halt so seine 
Porbs.
"Genauigkeit" und Reproduzierbarkeit. Ultraschall breitet sich halt in 
einem Medium (Luft) aus und ist damit vom Medium abhängig. Je nach 
Themperatur, Höhe (Druck) und Zusammensetzug ergeben sich andere 
Laufzeiten, ergibt sich eine andere Impulsgeschwindigkeit.:-(

Wers also etwas genauer haben möchte, nimmt als refferez die 
Lichtgeschwindigkeit welche laut Einstein relativ konstand sein sollte.
Nur die ist recht flott und auf kurze Strecken kaum Auswertbar.Deshalb 
wickeln die Macher vom Maeelosen Kreiseln auch einige zig km "auf die 
Rolle" um zu auswertbaren Laufzeiten zu kommen.

Die Wellenlängenänderung, Rot/Blau Verschiebung, ist da einfacher, man 
kann einen Leaser ja auch relativ "langsam" modellieren. Wichtigstes 
Kriterium für Licht ist das es (fast) nicht Mediumabhängig ist, in Luft 
wie Wasser quasie gleich schnell.

Es kommt also darauf an was DU messen willst. Wenn Du mit Ultraschall 
vor der Arbeitsmessung eine Refferenzmessung machst, kann der fehler des 
Mediums rausgerechnet werden. Wird alle xyz Minuten eine 
Refferenzmessung gemacht kann das (im Bereich der Frequenz) sehr genau 
sein.

Aber, ohne wirkliche grundlegende Kentnisse in Eletronik und etwas 
Naturwissenschaft in allerleichtester Form....:-((( Teuer Teuer..außer 
Dir genügt ein Umkreis von 10m, dann kaufe einfach einen 
Navigationsempfänger = GPS. :-) Meinen Rasen würde ich da heute aber 
noch nicht mit mähen lassen. Obwoooohl Tricks gibt es da auch. :-)

Richard

Autor: Rolo Tomasi (Gast)
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Blödsinn, die Lichtgeschwindigkeit ist ebenfalls vom Medium abhängig 
(wenn auch aus anderen Gründen als beim Schall), genauer gesagt vom 
Brechungsindex des Mediums. Siehe auch

http://www.what-is-the-speed-of-light.com/refracti...

Autor: Oli (Gast)
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Hmmm, ah der Link funktioniert gar nicht...
ich hab nämlich nicht ganz verstanden weshalb Du (Richard) plötzlich auf 
einen Ultraschallsensor gekommen bist. Der Link hätte auf einen 
Distanzsensor auf optischer Basis zeigen sollen.
"Der Sensor erfasst Objekte in einem Entfernungsbereich von 4 bis 30 
cm.": ist aber für andere Anwedungen gedacht...

Aber eigentlich ist es egal, jedenfalls danke für die Infos.
Gruss

Autor: Bernardo Schwartz (Gast)
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Die von Christian genannte Laserentfernungsmessung steht in folgenden 
zwei Büchern:

1) RPB Taschenbuch
   Laserdioden sinnvoll einsetzen

2) Elektor
   Das Laserpraxisbuch

Beide Schaltungen sind fast gleich, nur die Bauteilbezeichnung 
unterscheidet sich
und in dem RPB-Buch wurde die Verbindung vom Poti R13 zum Mittenabgriff 
vergessen, sowie der Wert für R10 mit 3,3 Ohm, statt 3,3 kOhm angegeben.

Bei mir funktioniert die Schaltung nicht.
Der Schwingkreis will nicht schwingen....
falls jemand die Schaltung erfolgreich nachgebaut hat,
erbitte ich eine Kurze Info.

Gruß
Bernardo

Autor: Tim (Gast)
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Was könnte man für ein Modul/Schaltung nehmen um den von dem Objekt 
"reflektieren" Laser zu digitalisieren so das man einen Frequenzzähler 
dran hängen könnte?

Reicht da schon ne Fotodiode und wie würde die  Schaltung zum 
digitalisieren aussehen?

Autor: Tim (Gast)
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Also man könnte dann ja einen Laser mit einem Quarz in viele kleine 
Impulse aufteilen, aber so das erst der nächste laser Impuls 
losgeschickt wird wenn der alte angekommen ist und damit zwischen 
ankommen und neu absenden ein kurze lücke durch einen Quarz ist.
Mit dem "Mudul" (oben beschrieben was das machen soll) wird der laser 
digitalisiert und einen Kondensator für die dauer des impulses geladen. 
Irgendwann hat der dann einen bestimmten Stand erreicht und schaltet 
einen operationsverstärker. Der AVR bzw. PIC gg mist dann die Zeit des 
Ladvorgangs und errechnet daraus die Entfernung.
Wenn&#8217;s gehen würde wär&#8217;s ungenau aber billig.

Entfernung des zu messenden Objektes ~ laser H impulselänge und damit 
ist der Kondensator schneller geladen

Das beste daran ist ja der Quarz muss nicht so groß (also nicht so 10 
Ghz oder so) sein

Und so berechnet man die Ladezeit eines Kondensators (glaub ich mal) :
Spannung_im_kondensator = (((Ladespannung - 
im_kondenssator_vorhandenespannung)/R)*zuladeneZeit)/Kondenssator_Kapazi 
tät
also uc_neu = ((u0-uc)/R*t)/C
also wenn ihr einen leeren kondensator habt dann ist uc = 0

Gruß

Tim

Autor: Stefan Heindel (Gast)
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Hallo, mal eine Frage. Ich würde mich auch für die 
Laser-Entfernungsmessung interessieren. Hier wurden zwei Schaltungen 
angesprochen, die Im Elektor sowie RPB Taschenbuch abgedruckt sind. Ich 
überlege mir auch dieses Buch wegen gerade dieser Schaltungen zu kaufen. 
Bevor ich dies jedoch tue, würde ich mich gerne bei den Besitzern dieser 
Bücher erkundigen, welche Eigenschaften diese Schaltung hat. Vor allem 
der Preis für die Bauteile, die Reichweite und die Messwiederholrate 
wäre für mich interessant.

Nach ner Kopie von den betreffenden Buchseiten frag ich erst gar nicht, 
um nicht den Zorn der Götter auf mich zu ziehen gg

Danke, Leutz!

Gruss Stefan

Autor: Alex (Gast)
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Hallihallo!

Also ich habe diesen Thread ehrlich gesagt nur so ueberflogen. Als ich 
nach 'schaltung zur entfernungsmessung' gegoogle'd hab war er dabei ;)

So hab' ich hier einige Male 'TDC' gelesen..

Da ich mich auch für diese praktischen und sehr schnellen Wandler 
interessiere moechte ich Euch folgendes nicht vorenthalten:

Das TDC-Kochbuch 16.1.1998, Wissenswertes zum erfolgreichen
Einsatz dieser Bauelemente, http://www.acam.de/documents/Kochbuch_d.PDF 
(auch als Anhang an diesem Post)

Viel Erfolg beim Versuchen, Lösen und Patente anmelden ;P

Gruesse, Alex.

Autor: Norman (Gast)
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Hallo,
das mit der Quantisierung und anschließender C-Aufladung habe
ich als zu ungenau verworfen. Ich habe bereits einen TDC bei
ACAM gekauft. Der einfachste TDC-GP1 kostet 23Euro + MWST. und der 
bessere mit mehreren Meßkanälen TDC-F1 130Euro+ MWST.

Für unser eins reicht der TDC-GP1 vollkommen aus.
Das Prinzip des TDC ist die Laufzeitbestimmung mehrerer
Flip-Flop's in einer Reihe. Der TDC hat je Kanal 65534 FF's.
Diese werden kalibiert. Daher mit jedem Quarz-Takt-Periode
werden eine Anzahl FF's gesetzt (So wie Dominosteine fallen).
Die Anzahl wird als Kalibierwert gespeichert. Er ist ein Maß
für die Signallaufzeit, die von der Spannung und Temperatur abhängig 
ist.
Anschließend kann x-mal die Signallaufzeit auf der optischen
Strecke vermessen werden. Intern wird diese mit dem Kalibier-wert 
verrechnet. Ein nachgeschalteter MC muß dann den Meßwert
kalibrieren, da in der gesamten Schaltung mehrere Verzögerungen 
enthalten sind, welche sich als Offset bemerkbar machen.

Viel Spaß beim Basteln!
Norman

Autor: peter2 (peter zimmer) (Gast)
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Hallo,
ich habe mir auch mal gedanken darüber gemacht. Könnte man vieleicht 
auch ein Laser schräg lossenden und dann die Entfernung zwischen dem 
Gsendeten und eingegangenen Laserstrahl mit einer Kamera messen. Also 
nach dem Prinzip Einfallswinckel glecih Ausfallswinkel. Weil je weiter 
man weg geht desto größer ist der Abstand. dies wäre vor allendinge für 
kurze strecken interesant.
bei bedarf kann ich auch ein Bild machen.
Peter

Autor: Michael (Gast)
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Hi,
Ich weiß ja nicht wie genau ihr euren Entferungsmesser haben müsst, aber 
wenn man einfach den Laser auf das zu messende Objekt ausrichtet und 
über der Laserdiode eine kleine Camera anbringt, kann man leicht mit dem 
Satz des Pytagoras die Entferung messen. (je nach entfernung verschiebt 
sich der Punkt Vertikal auf dem Bild) Es geht auch ohne Laser, man muß 
dann nur eine Farb oder Form erkennung programmieren.
Sicher nicht die genauste Lösung, aber zum Bausteine aufheben, reicht es 
allemal ;o)

Autor: Sven (Gast)
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HAllo Leute

Ich bin erstaunt über die Kreativität.
Hier haben sich ja ne Menge Ideen angesammelt!
Da ich mich im RAhmen meiner Diplomarbeit mit dem Thema LAser und 
Distanzmessung beschäftige kan ich ja mal meiner Erfahrungen dazu 
loswerden:

einige tolle Seiten mit vielen Links dazu:

http://www.repairfaq.org/sam/lasersam.htm
www.eparoma.net -->Stichwort Laser

sollte der Text unvoolständig sein bitte den Anhang lesen


Grundsätzliches:

  Auch wenn Laserdioden mitlerweise erfreulich preiswert
  geworden sind, haben sie einige Eigenarten, die ihre
  Verwendung für Messaufgaben einschränkt.

  1. Ausgeprägter Astigmatimus( der Strahl ist alles
     andere als rund)
  2. Strahldivergenz ( starke Aufweitung des Strahls)
  3  Abweichung von der optimal mittleren Achse in X
     und Y Richtung
  3. Koherenzlänge nur wenige 10cm
  4. sehr empfindlich gegen Temperatur, Überstrom
     (Spikes auf der Versorgunhsleitung usw.)
  5. usw. usw

All dies macht eine Korrektur mit externen Optiken und
Elektronik erforderlich. Nebenbei die IC´s von IC-Haus
eignen sich hervorragend für eigene Experimente.
Um das Problem mit der Strahlqualität zu umgehen
wird oft das folgende Verfahren angwendet:

Man koppelt das Licht in ein ein langes(im Verhältnis zur
Wellenlänge ;-) ) Stück Single-Mode Glasfaser ein.
Am anderen Ende ist das licht dann koheränt und in guter
Strahlqualität. Die Verluste halten sich in Grenzen.
Typische Single-Mode-Leitungen kommen auf weniger als 0,2 dB/km. Gibt es 
übrigens fast alles bei Conrad (sehr teuer)
oder Reichelt

Für den  Empfang von gepulstem oder kontinurlichen Laserlicht
eignen sich PIN-Fotodioden oder besser Fototransistoren sehr gut.


Zu den Messverfahren

1.   Alle Messverfahren die eine Laufzeitmessung des Lichtes
  nutzen ( Impuls ect.) können nur auf (sehr) grosse Entfernungen
  benutzt werden. Um Nahfeld-Messungen vornehmen zu können
  ist das Licht viel, viel, viel zu schnell.
  Das Licht legt pro Sekunde 300000000 m/s zurück.
  Selbst eine Empfängerschaltung die bei dieser Frequenz
  arbeitet( rund 3 ns) hätte eine Messunsicherheit von
  mindestens 1m.
  Auch die Aflösung, also die kleinste detektierbare Entfernung,
  liegt auf dem gleichen Niveau.
  Das ABTASTTHEOREM gibt vor das mindestens(!!!) 2 Datenpunkte
  vorhanden sein müssen (besser mehr) um eine Rekonstruktion zu
   ermöglichen. Wenn das auch hier nich ganz passt, zeigt sie jedoch
  was da eigentlich  gebaut werden müsste. Schaltungen ( OSszilator
  ect.) in diesem Frequenzbereich sind leider was für TOP-Profis.
  Auch die Aufladung eines Kondesators und dann Messung der Spannung
  ist nur theoretisch von Bedeutung. Die RC-Konstante von 3,3 NS und
  Vorgabe eines KOndensators 3,3 nF ( der übrigens hoch genau sein
  müsste( Temp ect) ergibt einen Widerstand von 1 OHM ( auch hoch genau)
  Um diesen Wert dann auch noch genau abzutasten, sind wir bei
  Frequenzen von einigen zig GHz

2.   Für alle die an Dopplereffeckt denken. Der Dopplereffekt
  gilt für sich bewegende Gegenstände! DAs Messobjekt oder das
  Messgerät selber muss sich bewegen.

3.       Für Interferometrie-FANS ! Hier gilt, es lassen sich 
grundsätzlich
  nur Entfernungsdifferenzen messen. Relativmessung!
  Eine Positionsmessung ist aber leider absolut. Es sei den ich
  will wissen :
  " Um wieviel Wällenlängen habe ich mich seit Punkt x bewegt.
  Für eine X-Y Bestimmung ( also in der Ebene) benötigt sogar
  schon mal 2 LAser. Der Vorteil: "relativ einfacher" Aufbau-->
  Michelson Interferrometer+Hell-Dunkel-Detector.
  Man kann sowas aus ´nem alten CD-ROM bauen. MIt viel Ausdauer und
  Geduld jedenfalls.

4.  Optische Triangulation. Das Prinzip beruht auf Winkelmessung auf
  einem lichtempfindlichen Sensor. DAs Grosse Problem:
  das reflektierte Licht, kann so stark gedämpft werden(Material
  abhängig), das wenn überhaubt etwas zurückkommt, kein eindeutiges
  Indensitätsmaximum mehr festgestellt ewerden kann. Deshalb wird
  dieses Messverfahren häfig nur bei gut reflektierenden Materialen
  eingesetzt.


5.   Reflektion des Laserstrahls und Messung der Absorption. Der 
reflektierte
  Strahl gelangt nur in den seltensten Fällen mit nennenswerter Energie 
in
  den Empfänger. Der Empfänger müsste also eine Empfindlichkeit haben,
  die über mehrere Dekaden linear ist.


so jetzt tun mir meine Finger weh vom vielen Schreiben.

ICH HOFFE AUSSERDEM NIEMANDEM SEINEN ENTHUSIASMUS GENOMMEN HABE!
ICH WOLLTE NUR MAL AUF EIN PAAR SACHEN AUFMERKSAM MACHEN.

Mfg Sven

Autor: Sven (Gast)
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Sorry für die vielen Rechtschreibfehler im Text...

Autor: Mattze (Gast)
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hallo ihr pappnasen!
enfernungsmessung ist das leichteste von der welt man.
das lässt sich schon für 20-30 euro realisien.
kommt drauf an für wieviel knete ihr 2 laserpointer bekommt.
schreibt mir ne mail, dann erklär ichs euch!
cu

Autor: Fritz7 (Gast)
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@mattze
lol, das interessiert vieleicht auch andere Leute... kannst du das hier 
ins Forum posten?

Autor: Fritz7 (Gast)
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schieb

Autor: Fritz7 (Gast)
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interessiert sich niemand für diese Lösung??!!!

Fritz7

Autor: Christian (Gast)
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ich schon, aber mattze wills lieber für sich behalten.....

Autor: Fritz7 (Gast)
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ich glaube das funktioniert  irgendwie mit Trigonometrie, die beiden 
laserpointer sind an festen und bekanten punkten fixiert, dann müssen 
beide so aufeinander ausgerichtet sein das sich die punkte decken. dann 
sollten sich die strecken anhand der winkel ausrechnen lassen...

Anders kann ich mirs nicht vorstellen.

LoL, matze rückt doch raus mit deinem Geheimniss!!

Fritz7

Autor: Andi_K (Gast)
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Gute Raumfahrer machen das anders:

Wenn ich das Modulierte Sendesignal mit dem
Modulierten Empfangssignal falte (einfache Mathematik), fliegt alles bis 
auf die Phasenverschiebung (idealerweise) raus. Da mich nur die 
Phasenverschiebung interressiert,
nennt man das Verfahren "Autokorrelation". Dazu ist nicht
viel mehr nötig, als ein 4-Quadrant Multiplizierer, ein
ausgleichs-Phasenschieber, ein  Integrator und das Zeug
zum Modulieren. Aufgebaut habe ich zwar so etwas schon,
aber nur für HF-Signale. Das Verfahren lässt sich zwar
auch bei diesen kurzen Laufzeitphasenverschiebungen anwenden
(wie sprechen ja von ca. 1..10ns), ich weiss aber nicht,
ob das die beschriebene "Baumarktausführung" noch auflösen kann. 
Eventuell kann das ja mal jemand testen, mir fehlt
die Zeit dazu. Ergebnisse bitte gleich posten. :-)

MfG

Autor: Uli B (Gast)
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Gut möglich, dass das Schwachsinn ist, was jetzt kommt,

aber:Könnte man nicht eine "negative" Eigenschaft von Laserdioden,
die Sven erwähnt hat, nutzen,und zwar die Strahldivergenz:Wenn sich der
Strahl in einem bekannten Winkel gleichmässig und Kegelförmig
ausbreitet, wird der Strahlen-Querschnitt mit zunehmender Entfernung
zur LD immer grösser.Wenn man jetzt per CCD-Fläche o.ä.den Durchmesser
des reflektierten Strahls bestimmt,könnte man die Entfernung zum
reflektierenden Objekt ausrechnen,falls man den Winkel der Ausbreitung
genau kennt,oder?

MfG uli

Autor: Frankl (Gast)
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Voraus gesetzt der Strahl reflektiert so zurück. Aber Laborspiegel hast
Du nicht immer auf der zu messenden Seite. Wassertropfen u.s.w.

Autor: Vendor2k (Gast)
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Hi,

warum seit Ihr von der Triangulation weggekommen? Ne 128pix Zeile und
eine Optik reichen doch schon aus.
Zeile auslesen und Schwerpunkt des Sinus errechnen.

Je nach Anordnung der CCD Zeile kann man mit dem Abstand variieren.

mfg
Vendor2k

Autor: Stefan (Gast)
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Triangulationsmessung hat bei mir wunderbar funktioniert. Mit recht
einfachen Mitteln habe ich eine Genauigkeit von 0,5mm hingekriegt.

Die zu messende Fläche war übrigens schwarz, Messabstand so ca. 30cm.

Gruß, Stefan

Autor: Stefan (Gast)
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@Stefan:

Kannst du mal ein Bild von deinem aufbau posten?

Autor: Klaus Falkenberg (Gast)
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Hi,

Also das mit dem Ultraschall solltest Du auch nicht vergessen. Ja, die
Temperatur macht ein Problem;  aber das ist nicht so schlimm. Die
professionellen Sensoren sind entsprechend kompensiert. ( Kosten so um
250€. )

Und die Messfehler sind sicher klein gegen die Probleme die Du Dir mit
dem ganzen HF-Kram einhandelst. ( So eine ns ist doch verdammt kurz )

Wenn Du längere Entfernungen brauchst, solltest Du nochmal über
Stereo-Kamera-Lösungen nachdenken.
Da gibt es ein grösseres Projekt von ( hmm, war das ibm ? Intel? ) zu
diesem Thema. Haufenweise Sources, Theorie usw. Alles da. Du brauchst
nur zwei Kameras. ( eine simple webcam kann schon sehr viel .. )


Ich poste morgen mal den link zu dem Stereo-Projekt. Ist auf jeden Fall
interessant.

Viele Grüße

Klaus

Autor: Jörn (Gast)
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Wo bekommt man so eine 128pix Zeile??

MFG Jörn

Autor: Jochen (Gast)
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Moin richard Wagner
zur deiner aussage zur Lichtgeschwindigkeit: Sie hängt genau so vom
Medium ab in dem es sich bewegt.
Bspl.: Im Glasfaser bewegt sich licht nur noch mit 2/3c = 200.000 km/s.
Einstein sagt nur das Licht nie schneller als 300.000 km/s bewegt.
Damit meint er: Das Licht, das von einem bewegten objekt gleich zur
bewegungsrichtung abgeststrahlt wird, nicht zusätzlich die
Geshwindigkeit des objekts aufnimmt.

Autor: Dennis (Gast)
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Hey.

Weiß jemand mit welcher Methode die Entfernung bei Autos mit
Abstandsautomatik gemessen wird. Mercedes und Co. Ist wohl sicherlich
nen Laser drin. Das Ding ist, glaub ich auf 0,5 Meter genau, also
relativ grob. Das aber auf Hundert Meter oder so. Kostet bei Merces
4000 €, als Aufrüstsatz. Basteln wär günstiger. Muß auch nicht genau
sein. Jemand Ahnung?

Gruß Dennis.

Autor: Frank Linde (Gast)
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Autor: Michael (Gast)
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Warum glauben hier so viele Leute ständig das Rad neu erfinden
zu müssen? Es gibt professionelle Lösungen zur
Laser-Entfernungsmessung.
Da habe sich viele Leute lange Zeit mit der Entwicklung beschäftigt
und können für ihr Verfahren eine MESSGENAUIGKEIT angeben.

@Johannes

Bist du sicher das du so ein Projekt in ein paar Jahren fertig
kriegst wenn du nicht mal bei der Entfernungsmessung auf fertige
Komponennten zurückgreifst ? Bei der Fülle von Detailproblemen
die zu lösen sind, brauchst du so Jahrzehnte.

Gruß Michael

Autor: Johannes (Gast)
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@Michael
a) Die Leute die sich jahrelang Gedanken gemacht haben wissen Ihr
Wissen zu schützen und wissen um die Kosten Ihres Wissens...

@ alle anderen
b) Angeblich soll es bald einen Kamerasensor geben, der neben
RGB-Farbinformation ebenfalls die Distanzinformation eines Bildpunktes
enthält. "Weiß" jemand was davon?


grüße j.

Autor: Anton Trojosky (Gast)
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Hallo,

hab ich noch nichts von gehoert, aber die einzige Moeglichkeit
moeglichkeit die ich kenne waehre wenn es zwei kameras sind und aus der
verschiebung beider bilder und der abstand der zwei kameras der Abstand
jedes Punktes berechnet wird.

Gruss
Anton

Autor: Bene (Gast)
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Ich weiß dieser Threat ist schon älter, aber ich bin gerade auf der
suche nach einer günstigen Laser-Distanzmessung die recht genau ist und
uns sich per PIC / AVR auslesen lassen kann um ein Objekt abzutasten...

Was ist aus der 2 LaserPointer Lösung gekommen wird die hier noch
gepostet?

MfG Bene

Autor: don hendi (Gast)
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Hi,

warum zum Teufel muss man die Distanz zu Bausteinen berührungslos
erfassen ? :-)

Man nehme eine Zahnstange, definiere etwas als äußeres Ende, klebe dort
einen Taster mit möglichst geringem Betätigungsweg/Kraft auf, haltert
die Zahnstange so daß sie über einen Modellbauservo oder Schrittmotor
vorgeschoben werden kann, versehe sie noch mit einem "minimal
ausgefahren" Endschalter und schaut wie weit man sie vorschieben kann
bis der Taster tastet.

Das wird weder einen Robbi umwerfen, der robust genug ist Bausteine zu
plazieren noch Gebäude einreissen :-)

Viel Erfolg,

Hendrik.

Autor: 3 Newton (Gast)
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Leute Leute, da will einer einen Roboter bauen der ernsthafte Häuschen
baut. Ja sichscher. Alles klar. Und dann nach einem Entfernungsmesser
fragen. Wie kann es denn bitte sein dass überhaupt ein Stein fehlt?
Wenn der Robi schon den Rest gebaut hat? Das ist doch dann totaler
Lötzinn. Viel besser ist imho hier einen Roboter zu bauen der die
Vorgabe hat Steine von A nach B zu setzen und der anhand von Schienen
und Lichtstrahlen präzise geSTEUERT wird, und nur eine Feinreglung zur
genauen Positionierung erfolgt. Und da will ich noch gar nicht davor
reden dass der noch mörteln muss... Alleine so ein Projekt
durchzuziehen ist weniger als 1% wahrscheinlich und eine Vergeudung an
Lebenszeit. Wenn es aber unbedingt sein muss würde ich mir mal einen
käuflichen Laserdistanzmesser kaufen und schauen wie es da drinnen vor
sich geht. Und 200 Euro sind bei so einem Projekt doch eher Erdnüsse.
Die Idee mit dem Aufladen eines Kondensators gefällt mir, aber ich gehe
doch richtig in der Annahme, dass bei nur einem Meter Genauigkeit
bereits eine Ladesteilheit im Bereich von einem unverrauschten Bit pro
ns erfolgen sollte? Recht steil für Heimbau...
Ich finde die Idee mit einem PC mit Machine Vision Algorithmus und zwei
Kameras für einen Robi doch eher geeignet. Wenns die Nasa bei der
Marsoberfläche so macht, warum wir nicht hier?

3N

Autor: stone (Gast)
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Ideen und Initiativen anderer Leute kleinzureden oder für idiotisch zu
erklären ist eine Sache und erbärmlich genug, aber dies dann noch mit
oberflächlichen, laienhaften besserwisserischen Geschwätz zu
'untermauern' ist mehr als nur peinlich, anstatt den Gedanken
weiterzuspinnen und zu hinterfragen, warum die eine oder andere Idee
aufgekommen ist oder nicht, oder welchen Teilaspekt des Problems durch
die Idee gelöst werden könnte und welche nicht oder weiter verursacht.

Man lese die in diesen Thread vorhandenen Informationen nochmals durch
und frage den Johannes nach der Aufgabenstellung im Detail, dann wird
hoffentlich klar: warum Distanzmessung per Laser und Laufzeit angefragt
wurde und nicht per Karmeras!

Autor: Unwissender (Gast)
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Hi,
soetwas gibt es bereits relativ kostengünstig, klein und kompakt.
Ich für meinen Teil muß sagen : Absolut faszinierend. Funktioniert
super !
Schaue mal unter www.Laserlift.de...
VG der Unwissende

Autor: Drei Newton (3_newton)
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Danke dass Du meinen Beitrag nach 3 Monaten kommentierst ohne selbst was
beizusteuern. Das sind die besten, die die sich drüber aufregen dass
andere nicht effektiv seien. Well done! Ich würde mal sagen Du solltest
über den Selbstbau eines Handys nachdenken. Hehe.

3N

Autor: Gast ein Anderer (Gast)
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Ich denke auch, das für deine Anwendung die Triangulationsmessung wohl
am einfachsten zum Ziel führt. Ich habe aber auch keine Erfahrung in
diesem Bereich. Ich wollte nur zur Ergänzung den Link zu einem
bezahlbarem TDC Chip angeben. MSC ist Distributor (unter anderem Atmel)
könnte also schwer werden als Privatperson dort was zu bekommen.
http://www.msc-ge.com/frame/d/produkte/ele_kom/tdc...
Gruß

Autor: SEPPLHANS (Gast)
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Die ganzen Sachen gibt es fertig :

DME 3000 von sick Preis ca. 1750&#8364;
Ausgang : Profibus  RS232  RS485 / CANBUS ???

Peperl und Fuchs hat auch welche für ca. 500&#8364;

Autor: walifogel (Gast)
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In einem Board das sich hauptsächlich mit irgendwelchen Registern und
Quarzen für nur einen Prozessortyp beschäftigt, ist es Irrwitzig, eine
Frage nach einem LaserEntfernungsMesser zu stellen.

Du solltest erst einmal Spezifizieren welche Art von Messmethode du
bevorzugen willst. Wie hoch die Auflösung sein soll und was der
geringste zu messende Abstand sein soll.

Da sich alles in der nähe der Lichtgeschwindigkeit, Nanosekunden und
dem Optischen Bereich bewegt, solltest du dir, der mithilfe, von Hf-
Ingenieur und Physikern versichern.
Außerdem benötigst du noch eine solide Finanzierung, um die
Entwicklungskosten und Messgeräte bezahlen zu können.

Es ist kein Zufall das Lasermessgeräte nicht in jedem Baumarkt für
9,99€ zu haben sind.

Mit der richtigen Laborausrüstung ist das aber, mittlerweile, machbar
und in Serie produziert, auch zu Kleinen Preisen, anbietbar!

wf

Autor: Juch (Gast)
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Tia bin zufählig auf diesen tehma gestosse und jetzt nen ganzen
vormittag gebraucht um es durchzulessen

hab aber ne frage die hier nicht ganz beantwortet worden ist

ich wiel nen distanzmesser bauen der bis nach 200-300 metter noch nen
signal enfangt

ist ne Lehrarbeit und so muss ich es selber bauen

was muss ich für laser-dioden oder transistoren nemen um so eine
distanz zu überbrückem und wie seht ungefähr der schaltungsaufbau
aus???

ist so was überhaupt realiesierbar????

Autor: Oberlehrer (Gast)
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Als 1. deutsche Rechtschreibung lernen.

Autor: Johnny (Gast)
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Jemand hat noch nach einer 3D Kamera gefragt.
Hier wäre eine 3D Kamera, welche Entfernungen messen kann:
http://www.csem.ch/detailed/p_531_3d_cam.htm
Gibts allerdings noch nicht als fertiges Produkt zu kaufen...

Autor: Tommekk (Gast)
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hallo,
ich habe mich vor einiger zeit auch mit der optischen distanzmessung
auseinandergesetzt und bin zu dem schluss gekommen, dass die messung
der phasendifferenz zwischen ausgesendeten und empfangenen licht(laser)
die beste möglichkeit ist
jetzt werden viele warscheinlich sagen, "das bringt ja nix da die
wellenlänge des lasers viel zu kurz ist um damit was anzufangen"
ja einerseits stimmt das auch, aber man muss ja nicht direkt mit der
wellenlänge des lasers arbeiten:
man moduliert den laser mit der frequenz deren wellenlänge der maximal
zu messenden distanz entspricht, also z.B. für eine messdistanz von
0-10m nimmt man 30MHz
das empfangene signal demoduliert man wieder und vergleicht die phase
mit dem sendenden signal
aus der phasendifferenz lässt sich so die distanz bestimmen:
  0° = 0m
 90° = 2,5m
180° = 5m
usw.

der vorteil liegt in der (relativen) einfachheit: es werden keine
schnellen zähler gebraucht sondern eigendlich nur 2 hochauflösende
ADC's (10 oder 11bit)

hierbei handelt es sich legendlich um gedanken; falls ich irgendwo
unrecht habe bitte ich um aufklärung

Tommekk

Autor: alpha (Gast)
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Ne, das geht prima mit einem modulierten Signal. Hab ich selbst mal mit
LEDs gemacht. Damals haben wir einfach die Frequenz geändert bis das
Oszi im XY Betrieb nur noch eine Linie angezeigt hat.

Autor: Pessimist (Gast)
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OK, letzter Beitrag ist schon über 6 Jahre her, aber vermutlich wird 
noch heute dieser Thread vereinzelt gelesen, in der Hoffnung, Antworten 
zu finden.

Als erstes möchte ich erst einmal ein wenig wieder die Physik in 
Erinnerung bringen. Licht legt in der Luft näherungsweise 300000km/s 
zurück, das sind 3 Millionen Meter oder 3 Milliarden Milimeter je 
Sekunde. In einer Nanosekunde legt das Licht also 3 Meter zurück! Wer 
also mit einer Nanosekunde (entspricht 1GHz im Frequenzbereich) 
Auflösung die Zeit misst, hat eine Auflösung von 1.5 Meter (=3m Hin- + 
Rückweg). Unbrauchbar für einen Roboter im Nahbereich. Käuflich 
erwerbbare Laserentfernungsmesser kommen auf Auflösungen von besser als 
1.5mm, das entspricht einer zeitlichen Auflösung von einer Picosekunde 
oder einer Frequenz für den Zeitzähler von 1THz = 1000GHz! Derartige 
Frequenzen/Zeiten sind im Hobbybereich schlicht nicht beherrschbar! Sie 
wären aber auch für kommerzielle Geräte zu teuer, also arbeiten auch 
diese nicht mit einer direkten Laufzeitmessung. Die Idee, das Licht nur 
als Träger zu verwenden und zu modulieren ist gut, aber um die 
Phasenlage zwischen Sender und Empfänger zu bestimmen müssen zumindest 
die Detektoren (Photodiode) und die Vergleichslogik immer noch extrem 
schnell sein und im Bereich 1ps schalten können, auch wenn die 
nachfolgenden Teile das nicht mehr können müssen.
Es ist wie beim Überlagerungsempfänger (Superhead), Nach dem Mischer 
muss nur noch die niedrige Zwischenfrequenz verarbeitet werden, aber die 
Mischerbauteile selbst müssen die ursprüngliche Hochfrequenz verarbeiten 
können - und die wäre in unserem Beispiel 1000Ghz wenn wir auf 1.5mm 
genau auflösen wollen. Es dürfte klar werden, das das für einen Bastler 
- wenn er nicht gerade ein Genie ist - derzeit schlicht unmöglich ist.
Ich gehe davon aus, das in kommerziellen Geräten genau jene Teile, die 
so schnell sein müssen, teure Spezialbausteine sind, die nur Dank 
Serienfertigung überhaupt in den bezahlbaren Bereich gekommen sind. Denn 
außer diesem Spezialteil rechtfertigt sonst rein gar nichts den Preis 
dieser Geräte, alles andere ist billige Massentechnik.
Und das, was da die Industrie an Präzision fertigt, kann ein Bastler mit 
vertretbarem Aufwand schlicht nicht nachbauen.
Wer unbedingt üben will kann ja mal versuchen, ein funktionierendes LNB 
(verarbeitet rund 12GHz) für die heimische SAT-Anlage nachzubauen. Ist 
an sich ein ganz primitives Teil, und deshalb mittlerweile auch recht 
billig zu bekommen. Wer das mal eben einfach kann, der mag sich dann mal 
an 1000GHz-Technik trauen - viel Spass...

Für alle anderen: Kauft das als fertiges Industrieprodukt, sonst erlebt 
ihr die Fertigstellung des Projekts nicht mehr.

Autor: min (Gast)
Datum:

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Die meisten käuflichen Entfernungsmesser arbeiten mit Ultraschall-
der Laser dient nur zur Ausrichtung, Collfaktor oder der 
Verbrauchertäuschung.

Autor: min (Gast)
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>Collfaktor
coolnessfaktor

ansonsten ist Modulation das Stichwort.

Autor: Bastler (Gast)
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@min

Nee nee,
wenglor verkauft einen mit 3m Reichweite und Auflösung 1mm.
Eine andere Version hat eine Auflösung von 30µm !!!

Da wird definitiv mit Laser gemessen!

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Pessimist schrieb:
> In einer Nanosekunde legt das Licht also 3 Meter zurück! Wer
> also mit einer Nanosekunde (entspricht 1GHz im Frequenzbereich)
> Auflösung die Zeit misst, hat eine Auflösung von 1.5 Meter (=3m Hin- +
> Rückweg).
Leider um eine Zehnerpotenz daneben. Licht mit 3*10^8 m/s legt in 10^-9 
s nur 30cm zurück.
In dem Zusammenhang gibt es das sogenannte "Lichtfuß". Das ist die Zeit, 
die Licht benötigt, um 1 Fuß (12 Inches = 30,48cm) zurückzulegen. Das 
ist dann genau eine Nanosekunde.

Autor: Pessimist (Gast)
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Bernhard Spitzer schrieb:
> Pessimist schrieb:
>> In einer Nanosekunde legt das Licht also 3 Meter zurück! Wer
>> also mit einer Nanosekunde (entspricht 1GHz im Frequenzbereich)
>> Auflösung die Zeit misst, hat eine Auflösung von 1.5 Meter (=3m Hin- +
>> Rückweg).
> Leider um eine Zehnerpotenz daneben. Licht mit 3*10^8 m/s legt in 10^-9
> s nur 30cm zurück.
> In dem Zusammenhang gibt es das sogenannte "Lichtfuß". Das ist die Zeit,
> die Licht benötigt, um 1 Fuß (12 Inches = 30,48cm) zurückzulegen. Das
> ist dann genau eine Nanosekunde.

Ups! :-O
Stimmt! Dann werden nicht 1THz sondern "nur" 100GHz gebraucht...
Aber auch das dürfte viel zu viel selbst für einen ambitionierten 
Bastler sein...


min schrieb:
> Die meisten käuflichen Entfernungsmesser arbeiten mit Ultraschall-
> der Laser dient nur zur Ausrichtung, Collfaktor oder der
> Verbrauchertäuschung.

Es gibt mittlerweile recht viele echte Laserentfernungsmesser mit 
Auflösungen von 1mm und Fehler von +/-2mm bei Messbereichen von min 5cm 
bis je nach Preis max 25m bis 250m.
Nach wie vor werden auch noch viele Ultraschallgeräte angeboten und 
einige davon versuchen tatsächlich mittels Laserpointer und 
irreführenden Namen potentielle Kunden zu ködern. Aber mit solchen 
"Schätzeisen" geben wir uns hier nicht ab.


Modulation ist sicherlich das richtige Stichwort. Es wird aller 
Voraussicht nach entweder bei mehreren fixen Pulsfrequenzen die Phase 
gemessen oder aber ähnlich den Radarabstandsmessern mit gewobbelter 
Pulsfrequenz und Messung der Differenzfrequenz die dann proportional zum 
Abstand ist. In beiden Fällen müssen aber die Sende-, die Empfangs- und 
die Überlagerungsstufe immer noch mit tatsächlich 10ps oder weniger 
auflösen können, d.h. die Anforderungen an die Präzision dieser 
Baugruppen sind hoch und die geometrischen Verhältnisse winzig, das kann 
man nicht mehr funktionierend diskret aufbauen, also nix für den 
Hobby-Bastler. Aber offenbar keine große Herausforderung mehr für die 
Industrie, sofern man genug dafür kassieren kann.

Autor: trion (Gast)
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Triangulation ist auch mit Hobbymitteln machbar, auch bei optischer 
Messung.
Zudem hat es das breiteste Messspektrum.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Die Zeitmessung ist eigentlich kein Problem dabei.
 Das Ganze nennt sich Time To Digital Converter.

http://de.wikipedia.org/wiki/Time-to-Digital-Converter

http://www.acam.de/index.php?id=1&L=1

Autor: Pessimist (Gast)
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Ja, die Industrie beherrscht das mittlerweile ganz gut und soweit diese 
einem eine Funktion in einem kompletten Modul anbietet, funktioniert das 
auch.
Aber wenn ein Bastler mehrere Komponenten für über 100GHz miteinander 
verbinden soll, so wird ihm das in aller Regel nicht funktionierend 
gelingen.

Triangulation ist im Nahbereich ganz gut, bei mehreren Metern aber nur 
dann noch genau, wenn die Basis hinreichend breit ist, was dann 
praktisch etwas unhandlich wird. Daher wird man normalerweise im 
vorliegenden Fall  eher eine direkte oder indirekte Laufzeitmessung 
verwenden, wie halt bei den handelüblichen Laserentfernungsmessern heute 
üblich.

Selbstbau ist da aber zu wenig erfolgversprechend, der Preis fertiger 
und funktionierender Lösungen rechtfertigt heute keinen Selbstbauversuch 
mehr.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
Datum:

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Pessimist schrieb:
> Aber wenn ein Bastler mehrere Komponenten für über 100GHz miteinander
> verbinden soll, so wird ihm das in aller Regel nicht funktionierend
> gelingen.

Auch die Industrie baut da keinen Zähler mit 100GHz Taktfrequenz ein.
Um so kurze Zeiten zu messen werden Time To Digital Converter 
eingesetzt.
Das geht in dem Chip über Laufzeitketten. Also entweder über 
Gatterverzögerungen oder die Laufzeit eines Signales über eine LC 
Laufzeitkette. Im Prinzip alles Analoge Lösungen. Man kann auch mit 
simplen RC Gliedern oder Stromquelle+Kondensator Aufladezeiten Zeiten im 
ns Bereich gut messen. Da bei wird beim Startimpuls angefangen den 
Kondensator zu laden und beim Stopimpuls wird aufgehört. Die Spannung am 
C kann man dann mit einem ADC messen in aller Ruhe. Dabei ist allerdings 
nicht der kleinste Messbereich im ns Bereich sondern man hat eine 
Totzeit von z.B 100ns. Dann ist der gesammte Messbereich dann von 100 .. 
200ns z.B.  Innerhalb dieses Bereiches hat man dann Auflösungen kleiner 
1ns. So braucht man auch dort keine extrem schnellen Bauteile. Nach dem 
Prinzip arbeiteten Frequenzzähler seit den 80er.

Autor: Pessimist (Gast)
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Letztlich benötigt man sehr schnelle Bauteile zur Erzeugung und 
Erfassung von Start- und Stoppimpuls. Für eine Auflösung von 1mm müssen 
diese mit einer Präzision von besser als 7ps verarbeitet werden. Man 
kann dabei mit Laufzeiten zwischen den Bauteilen deutlich darüber 
arbeiten, solange deren Konstanz besser als 7ps ist, aber die 
Flankensteilheit muss jeweils eine Reaktion erlauben, bei der 
Zeitunterschiede von 7ps reproduzierbar erkannt werden können. Das ist 
die Herausforderung.
Die Industrie gewährleistet das im allgemeinen, indem die hochfrequenten 
Schaltungsteile mit entsprechender Präzision auf einen gemeinsamen 
Träger kommen und dort gekapselt werden (quasi alles auf einen Chip).
Da für die elektrischen Signale im Leiter ähnliche Verhältnisse gelte, 
wie für Licht, kommt es bei 7ps sehr genau auf die geometrischen 
Verhältnisse an. Für einen Hobbybastler ist das kaum zu schaffen, er 
müsste nicht nur über umfangreiche Kenntnisse der HF-Technik verfügen 
sondern auch über überdurchschnittliche feinmechanische Qualitäten und 
entsprechendes Werkzeug. Und dennoch lohnt es sich kaum noch (wer baut 
schon seine Uhr noch selbst?), man greift besser zu sicher 
funktionierenden und mittlerweile bezahlbaren Fertigmodulen. Spart viel 
Zeit und noch mehr Frust und Misserfolge.

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