Ich stelle gerade Überlegungen zu einem Aufbau an. Ich denke, dass es in
der Theorie durchaus klappen sollte. Die Praxis ist natürlich, wie
immer, eine andere Geschichte. Daher wende ich mich an euch.
Im Prinzip handelt es sich um eine Metalstange, welche "oben" ein
entsprechendes Profil aufweist, sodass sich darin eine Kugel bewegen
kann (siehe Bild). Dabei dachte ich an eine Metallkugel, sodass diese
Licht "gut" reflektieren kann. Die Kugel kann sich im Prinzip nur
entlang dieser Stange bewegen.
Am linken und rechten Ende befindet sich dann jeweils eine Anordnung aus
einem Laser und einer "Empfangseinheit". Damit, so stelle ich mir das
jedenfalls vor, messe ich den Abstand zur Kugel, sowie über den
Dopplereffekt die Geschwindigkeit.
Die "Stange" ist in der Mitte an einem Schrittmotor befestigt, und kann
somit in der Neigung beeinflusst werden.
Nun würde ich das Ganze gerne mittels eines Mikrocontrollers steuern
bzw. regeln, um nach einem Ausschlag die Kugel wieder in die Mitte
bewegen zu können.
Leider fehlt mir hier die Praxiserfahrung. Dazu soll das Projekt ja in
erster Linie dienen. Inwiefern ist der Aufbau realistisch? Mit den
Stichwörtern "Mikrocontroller" und "Dopplereffekt" konnte ich leider
nicht allzuviel finden. Überhaupt scheint der "Dopplereffekt" hier im
Forum nicht allzuoft verwendet worden zu sein.
Auch konnte ich keine Lichtschranken finden, welche so aufgebaut sind,
wie ich mir das vorstelle. Der "Reflektor" ist in meinem Fall ja die
Metall-Kugel.
Über eure Meinungen/Erfahrungen/Kritik würde ich mich natürlich äußert
freuen!
Dopplereffekt schrieb:> Am linken und rechten Ende befindet sich dann jeweils eine Anordnung aus> einem Laser und einer "Empfangseinheit". Damit, so stelle ich mir das> jedenfalls vor, messe ich den Abstand zur Kugel, sowie über den> Dopplereffekt die Geschwindigkeit.
Dann überleg dir erstmal dein "Empfangseinheit" und rechne aus, was für
Geschwindigkeiten du damit vernünftig messen kannst. Nur soviel vorweg:
Eine Gewehrkugel aus einem Hochgeschwindigkeitsgewehr ist dagegen ein
stehendes Objekt.
Optiker schrieb:> Dann überleg dir erstmal dein "Empfangseinheit" und rechne aus, was für> Geschwindigkeiten du damit vernünftig messen kannst. Nur soviel vorweg:> Eine Gewehrkugel aus einem Hochgeschwindigkeitsgewehr ist dagegen ein> stehendes Objekt.
Hier jetzt ein konstruktiver Hinweis:
Den Dopplereffekt zur Geschwindigkeitsmessung zu verwenden, ist schon
ein richtiger Weg. Allerdings nicht mit Licht, sondern mittels
Hochfrequenz. Stichwort Radarbewegungssensor.
FlorenzW schrieb:> Besitzt du so einen Laser-Doppler Sensor?
Nein. Und eine etwas längere Google-Recherche hat auch nichts zu Tage
gebracht. Mitunter deswegen habe ich die Frage gestellt ;).
bgt schrieb:> Den Dopplereffekt zur Geschwindigkeitsmessung zu verwenden, ist schon> ein richtiger Weg. Allerdings nicht mit Licht, sondern mittels> Hochfrequenz. Stichwort Radarbewegungssensor.
Ok, scheinbar ist Licht wirklich nicht dafür geeignet Geschwindigkeiten
in dem Bereich zu messen.
Gibt es denn hier schon fertige Sensoren oder ähnliches? Das selber zu
"bauen" ist zwar sicherlich eine Herausforderung, aber, ob das dann
nachher vernünftig funktioniert, weiß ich nicht.
Ich habe so eine Aufbau auf eine einfachere Weise gemacht : Der Position
von den Kugel werd vermessen mit 2 NiCro Draht. Das ganse hat wie eine
Poti functioniert, mit den ADC wird dan die Pos. gans genau vermessen
(Kugel macht Kurschluss zwischen 2 Drahte).
Die Wippe werd gesteuert ueber eine gans normale Modellbauservo.
Stichwort hier ist naturlich "PID" Regelung !!
Eine Anwendung aus dem Jahre 1985 :
Es war ein Entfernungsmesser einer Kamera.
Dort wurde eine IR-LED mit 4MHz moduliert. Gesendet, empfangen und
beides gemischt.
Also im Prinzip wie die Auswertung des Doppler-Effektes. Nur wurde eben
die Phasenverschiebung und nicht die Frequenz betrachtet.
Kann man auch mit Laser machen.
Die Elektronik war sehr einfach. Keine ICs. Messbereich wahrscheinlich
so 20m.
Wenn Du also ein Laser (oder eine schnelle IR-Diode) mit 30MHz
modulierst und das Signal dann empfängst, wärst Du schon 5x besser.
Wellenlänge wäre 10m. 1° Phasenverschiebung also 3cm.
Erst mal: Es geht! Unsere Berufslauscher richten dir 'nen Laser auf dein
Toilettenfenster und können dir anschließend die Tonhöhe deiner letzten
"Entlüftung" mitteilen. Die werten die Auslenkung deiner Fensterscheibe
aus und können somit alles hören was die Scheibe "hört".
Ein kleines Problem aber ist auch dabei: Es geht um Auslenkungen im pm
Bereich und natürlich auch um die zugehörige Modulation.
Wie schon erwähnt: Der gute, alte Herr Doppler hat sich schon damit
beschäftigt.
Unsere Freunde im Osten haben das Gleiche mit "normalen" Mikrowellen
hingekriegt. Auch auf Scheiben und Wände gerichtet.
Alles in allem: Der Aufwand ist immens. Licht, wie auch el. Wellen, sind
ja bekanntlich recht flott.
Für dein Problem gibt es aber, vor allem, wenn du 'ne Metallkugel nutzen
willst, eine recht einfache Lösung: Lass deine Kugel auf, in der
Rollbahn eingelassenen Widerstandsdraht rollen. Links eine (Leiter)bahn
und Rechts eine. Die Kugel stellt eine elektrische Brücke dar und du
kannst die Position in Ohm messen.
Übrigends: Die Idee ist nicht von mir. Zum spielen mit Reglern aber gut
geeignet.
'nen amateur
Dopplereffekt schrieb:> Am linken und rechten Ende befindet sich dann jeweils eine Anordnung aus> einem Laser und einer "Empfangseinheit". Damit, so stelle ich mir das> jedenfalls vor, messe ich den Abstand zur Kugel, sowie über den> Dopplereffekt die Geschwindigkeit.
Da du die Kugel nur durch die Neigung beeinflussen kannst, ist die
Dynamik ziemlich niedrig. Die maximale Beschleunigung der Kugel ist
deutlich < 1g und da die Neigung nur relativ langsam geändert werden
kann, ist die Änderung der Beschleunigung (also der Ruck) auch sehr
klein.
Deshalb ist es für so eine Regelung völlig ausreichen, wenn die Position
der Kugel alle paar ms gemessen wird und die Geschwindigkeit durch
Ableiten der Position berechnet wird. Eine direkte
Geschwindigkeitsmessung mit Doppler-Effekt brauchst du dazu definitiv
nicht.
Es gibt Laser-Entfernungsmesser, die eine Auflösung von < 1 mm haben und
relativ schnell sind; ist aber nicht ganz billig und auch nicht gerade
klein. Deshalb würde ich nach einer anderen Methode suchen. Die Idee mit
dem Draht-Potentiometer finde ich ganz gut.
Johannes E. schrieb:> Die Idee mit> dem Draht-Potentiometer finde ich ganz gut.
Gefällt mir auch ganz gut, wobei ich mich gerade frage wie man einen
längeren Draht "gleichmäßig" auf einer entsprechenden Stange montiert.
Außerdem stellt sich mir die Frage, wie genau das Ganze in etwa ist, vor
allem mit den gängingen 10-bit ADCs der AVRs.
Sebastian S. schrieb:> Unsere Berufslauscher richten dir 'nen Laser auf dein> Toilettenfenster und können dir anschließend die Tonhöhe deiner letzten> "Entlüftung" mitteilen.
Dazu benutzen sie aber nicht den Dopplereffekt auf das Laserlicht. Das
Licht dient nur als Trägerwelle für eine viel niedrigere
Modulationsfrequenz, ähnlich wie bei den Laserentfernungsmessern.
Leute das hat aber allex nix mit Dopplereffekt zu tun.
Mal die Analogie zum Schall:
Krankenwagen fährt auf dich zu = höherer Ton gehört (scheinbar
Wellenlänge kleiner = Frequenz hoch)
Krankenwagen fährt von dir weg = tieferer Ton gehört (schienbar
Wellenlänger größer = Frequenz runter)
Rotes Licht vom Laser:
Krankenwagen mit Laser fährt auf dich zu = Rot wird bläulicher
(scheinbar kleinere Wellenlänge)
Krankenwagen mit Laser fährt von dir weg = Rot wird roter (infraroter,
scheinbar größere Wellenlänge)
Das willst du ernsthaft messen?
Xavier Lander schrieb:> Das willst du ernsthaft messen?
Zumindest ursprünglich. Interessant ist es durchaus, aber scheinbar auch
nicht ganz trivial ;). Wird dann wohl doch eher eine Art des variablen
Drahtwiderstands.
Der Widerstandsdraht ist Schrott. ist viel zu stark abhaengig vom
Kontakt. Speziell wenn die Schiene aus Alu ist. Besser waere kontaktlos,
zB kapazitiv oder induktiv.
Der TO will also gesendetes Licht mit dem reflektierten Licht mischen
und dann ein Mischprodukt mit einer Frequenz von DC ... NF-Bereich
erzeugen.
Dieses Mischprodukt könnte man dann hören.
Das ist sensationell.
Für derartige Anwendungen habe ich mich immer auf alte LNB's (vom
Schrottplatz) aus der Satellitentechnik beschränkt.
Da steckt ein leistungsfähiger, rauscharmer Konverter und ein 10
GHz-Oszillator drin.
Mit etwas Erfahrung kann der Mischoszillator auch als 3-10mW starker
10GHz-Sender verwendet werden.
Aus dem Mischer kommt dann DC ... NF von ein paar Hertz, je nach
Geschwindigkeit des reflektierenden Objektes.
Ich bin gespannt auf die Forschungsergebnisse des TO, durch
Lichtmischung Niederfrequenz zu erzeugen.
Wie wäre es mit einem Servo in der Drehachse?
Der ist Messfühler und Stellglied in einem - der perfekte Regler.
Es gibt übrigens seit Kurzem von Hitec sog. Robot-Servos (ca. 50,-), die
können klassisch per PWM, aber auch direkt seriell angesteuert werden
UND die geben ein Signal zur tatschlichen Lage zurück - man kann also
darüber auch gleich protokollieren.
Thomas R. schrieb:> Der TO will also gesendetes Licht mit dem reflektierten Licht mischen> und dann ein Mischprodukt mit einer Frequenz von DC ... NF-Bereich> erzeugen.> Dieses Mischprodukt könnte man dann hören.> Das ist sensationell.
Das geht sehr wohl und nennt sich Interferometrie. Man nutzt dabei
tatsächlich auch den Dopplereffekt und mischt das empfangene Signal auf
optischer Basis wieder mit dem LASER. Das Interferenzprodukt ist dann
viel tieffrequenter und kann per Elektronik ausgewertet werden.
http://en.wikipedia.org/wiki/LIDARhttp://en.wikipedia.org/wiki/Self-mixing_interferometry
Gruß Hagen
Sebastian S. schrieb:> Ein kleines Problem aber ist auch dabei: Es geht um Auslenkungen im pm> Bereich
Naja, Picometer zu messen, wird Dir wohl nicht gelingen. Ich weiss
nicht, ob Du eine Vorstellung davon hast, wie wenig das ist. Mit
normalen Laserinterferrometern kommst Du in den Bereich der Nano-
meter und das ist schon schwierig genug. BTDT.
Gruss
Harald
Davon abgesehen bewegt sich die Glasscheibe im µm Bereich. Mit LASERn
kann man eine Auflösung von LASER Wellenlänge / 10 erreichen, rot also
ca. 58nm.
Im Falle der Kugel würde man per interferometrischer Phasenmessung die
relative Positionsänderung messen und per Dopplereffekt bei stehender
Kugel deren Rotation um ihre Achse -> suche nach LDV - Laser Doppler
Velocimeter.
http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_Doppler_velocimetry
Gruß hagen
Hagen Re schrieb:> Davon abgesehen bewegt sich die Glasscheibe im µm Bereich. Mit LASERn> kann man eine Auflösung von LASER Wellenlänge / 10 erreichen, rot also> ca. 58nm.
Naja, es geht noch mal ca. um den Faktor 100 besser (im Labor),
aber dann ist endgültig Schluss mit Laserinterferometrie. Wenn
man dann eine noch höhere Auflösung braucht, muss man ein Röntgen-
Interferometer nehmen.
Gruss
Harald
Man kann in der Tat solche Interferometrie machen. Aber nicht der
Poster. Die Grundlagen fehlen und die praktische Erfahrung ebenso. Vom
Equipment reden wir mal noch gar nicht.
- Wieviel ist die erwartete Frequenzshift in Nanometern ?
- Wie breit ist die Emissionslinie des Laser ?
- Wie breit ist der longitudinale Mode Lasers ?
- Wie stabil ist der Laser ?
- Was ist die Kohaerenzlaenge des Laser ?
Man sieht, mit einem Diodenlaser ist man sehr weit weg...
wenn ich das richtig verstanden habe, geht es nur darum, die kugel in
der mitte zu halten. genauigkeit sowie art und weise spielen keine
rolle, richtig?
- ultraschall an einem ende zur entfernungsmessung
- in definierten abständen lichtschranken in das profil einbringen (etwa
jeden cm), so hast du zumindest grob die position der kugel. allerdings
wird die regelung etwas zum schwingen neigen, da du nur grobe
positionsänderungen hast
- lagesensoren (gibt es glaube ich als quecksilber)
- eine lochrasterscheibe an die aufhängung des profils anbringen. dann
mit gabel- oder reflexlichtschranke den winkel messen, wobei hier
negative und positive winkel das ergebnis sein müssen
Mal ein wenig zurück zum Thema: Angenommen ich habe die Position (und
Geschwindigkeit) der Kugel. Was für ein Algorithmus würde sich denn
anbieten, um die Kugel in die Mitte zu bewegen und dort verweilen zu
lassen?
Dopplereffekt schrieb:> Mal ein wenig zurück zum Thema: Angenommen ich habe die Position (und> Geschwindigkeit) der Kugel. Was für ein Algorithmus würde sich denn> anbieten, um die Kugel in die Mitte zu bewegen und dort verweilen zu> lassen?
Ein PID-Regler?
Gruss
Harald
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