Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 77
Потрясающая работа, не смотря ни на что — заслуживает пристального внимания и большого уважения.
Здорово! Спасибо!
Я, если честно, тоже думал, что измеряют время полёта света.
Познавательно.
Я, если честно, тоже думал, что измеряют время полёта света.
Познавательно.
Респект и уважуха автору, довести такое до конца, при этом не имея уверенности в успехе, это действительно круто!
Тут стоит заметить, что дальномер я делал с перерывом в два года. Сначала я пытался сделать гетеродинное преобразование, но из-за наводок и отсутствия экранирования, отсутствия регулирования освещенности конструкция практически не работала, после чего была заброшена.
Осенью ко мне попал корпус фотоприемного устройства, и я захотел снова попробовать сделать дальномер. Изначально я думал делать дальномер на ПЛИС, но потом случайно нашел в интернете уже упомянутые статьи, из которых следовало, что данные можно захватывать контроллером напрямую. От старого дальномера я оставил только усилитель сигнала фотодиода.
Однако даже когда весь дальномер был сделан практически в том виде, в каком он описывается в статье (не было только заслонки), чуть было не бросил его опять — точность была слишком низкой. Немного позже, моделируя в Mathcad влияние помех на точность измерения, практически случайно заметил, что наличие даже небольшой наводки с лазера очень сильно искажает результат. Добавил дополнительное экранирование проводов усилителя лазера — и точность стала такой, как теперь.
Осенью ко мне попал корпус фотоприемного устройства, и я захотел снова попробовать сделать дальномер. Изначально я думал делать дальномер на ПЛИС, но потом случайно нашел в интернете уже упомянутые статьи, из которых следовало, что данные можно захватывать контроллером напрямую. От старого дальномера я оставил только усилитель сигнала фотодиода.
Однако даже когда весь дальномер был сделан практически в том виде, в каком он описывается в статье (не было только заслонки), чуть было не бросил его опять — точность была слишком низкой. Немного позже, моделируя в Mathcad влияние помех на точность измерения, практически случайно заметил, что наличие даже небольшой наводки с лазера очень сильно искажает результат. Добавил дополнительное экранирование проводов усилителя лазера — и точность стала такой, как теперь.
… реализовать автоматическое управление усилением не удалось...
Зачастую для таких задач ставят несколько усилителей и затем переключаются между ними с помошью реле для достижения требуемого усиления.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.
Я, конечно, понимаю, что давать в качестве «проекта со схемой конструкции» ссылку на патент это издевательство, но, на всякий случай, вот:
www.google.com/patents/US6483595
Вот именно, что есть очень много научных статей, патентов, книг — но схем нигде нет. Постоянно встречается использование лавинных фотодиодов — они обладают собственным усилением, но при этом достаточно дороги и требуют высокого напряжения для работы.
Вот здесь есть пример достаточно простого TOF дальномера для Arduino. Даже схема есть, но названия деталей не указаны.
Вот здесь есть пример достаточно простого TOF дальномера для Arduino. Даже схема есть, но названия деталей не указаны.
Видимо, дело в том, что упрощенную схему выкладывать никому не интересно, а реальную предпочитают держать при себе. Ведь из мелких решений, направленных на подавление шума, подавление или стабилизацию наводки, контроль напряжения на фотоприёмнике для стабилизации задержки, выравнивание задержек на смесителях и фильтрах (чтобы дальномер не детектировал вариации фазы модулируемого сигнала) — складывается качество дальномера в целом. И дарить эти наработки конкурентам мало кто хочет.
Лавинный фотодиод — насколько я понимаю, полезен для уменьшения шума и стабилизации задержки в фотодиоде. Когда начинаешь считать каждый фотон (что приходится делать на больших расстояниях), отношение сигнала к радиотехническому шуму приходится поднимать, насколько это возможно. Остаётся фотонный шум, но от него никуда не денешься.
Вообще, точность 0.2-0.5 градуса — отличный результат. Если поднять частоту модуляции хотя бы до гигагерца, ошибка превратится в 10-20 микрон, что сравнимо с современными лазерными трекерами :)
Лавинный фотодиод — насколько я понимаю, полезен для уменьшения шума и стабилизации задержки в фотодиоде. Когда начинаешь считать каждый фотон (что приходится делать на больших расстояниях), отношение сигнала к радиотехническому шуму приходится поднимать, насколько это возможно. Остаётся фотонный шум, но от него никуда не денешься.
Вообще, точность 0.2-0.5 градуса — отличный результат. Если поднять частоту модуляции хотя бы до гигагерца, ошибка превратится в 10-20 микрон, что сравнимо с современными лазерными трекерами :)
Самодельный дальномер есть — дело за самодельным 3D сканером.
Меня лично заинтересовал проект дальномера для смартфона www.youtube.com/watch?v=Wcegnq0UctY, правда он TOF и для больших расстояний.
Меня лично заинтересовал проект дальномера для смартфона www.youtube.com/watch?v=Wcegnq0UctY, правда он TOF и для больших расстояний.
Любой сканер когда-то был самодельным.
Самодельный 2D дальномер я тоже делал: ссылка.
Отличная статья. Можете чуть подробнее рассказать про отражатель? Приходилось дальномером измерять расстояния 20-30 метров, на солнечной погоде, было сложно…
А почему фотодиод включен таким образом?
Вот такое включение не даст лучшие характеристики?
Вот такое включение не даст лучшие характеристики?
Интересно как работает лазерный дальномер в армейских системах, например в И-251 «Шквал» Там этот дальномер на расстоянии нескольких километров работает.
Задержка между отправкой и приходом импульса. Иногда — плюс фазовый набег модулированного сигнала.
Я в какой-то момент думал о разработке дальномера, смотрел на TDC-чипы (time-to-digital converter) на линиях задержки. Это специализированные чипы для измерения интервалов времени. Микросхема такого типа www.acam-usa.com/F1_Data_Sheet.pdf дает диапазон измерений от 5ns до ~8us (от 1.5m до 2400m) с шагом в 120ps (~4cm). Стоят они, правда, как крыло от самолета (я интересующий чип находил в МСК от 2к). На некоторые чипы действуют ограничения по экспорту к варварским народам типа нас.
Основные сложности — нужны хорошие фронты (при формировании импульса на лазер) и приличный детектор =)
Я в какой-то момент думал о разработке дальномера, смотрел на TDC-чипы (time-to-digital converter) на линиях задержки. Это специализированные чипы для измерения интервалов времени. Микросхема такого типа www.acam-usa.com/F1_Data_Sheet.pdf дает диапазон измерений от 5ns до ~8us (от 1.5m до 2400m) с шагом в 120ps (~4cm). Стоят они, правда, как крыло от самолета (я интересующий чип находил в МСК от 2к). На некоторые чипы действуют ограничения по экспорту к варварским народам типа нас.
Основные сложности — нужны хорошие фронты (при формировании импульса на лазер) и приличный детектор =)
Я вот не понимаю как там что-то отражается на таком большом расстоянии и не под прямым углом? :)
(я интересующий чип находил в МСК от 2к).Если 2к рублей то не так это и дорого :)
>На некоторые чипы действуют ограничения по экспорту к варварским народам типа нас.
Кстати да, есть такое. Ко мне обратилась китайская компания на тему покупки в США и отправки к ним входных усилителей для осциллографов на частоту 10ГГц. Усилители-то я нашел, только производитель меня сразу предупредил — только для использования внутри США, никакого экспорта.
Кстати да, есть такое. Ко мне обратилась китайская компания на тему покупки в США и отправки к ним входных усилителей для осциллографов на частоту 10ГГц. Усилители-то я нашел, только производитель меня сразу предупредил — только для использования внутри США, никакого экспорта.
Вы продемонстрировали высокий уровень подготовки в МВТУ и способность решать как вопросы разработки системы, так и отдельные технические задачи. Это радует.
Данная система имеет перспективы для измерения малых (до 10 м) расстояний, и тут важное значение будет иметь проблема точности и скорости измерений.
Данная система имеет перспективы для измерения малых (до 10 м) расстояний, и тут важное значение будет иметь проблема точности и скорости измерений.
Так бытовые лазерные дальномеры давно продаются.
То, что «давно продаётся», мне показалось ультразвуковым дальномером с лазерным прицелом. Точность там была около 10 см на расстоянии 5-6 м.
Подаются как ультразвуковые дальномеры ценой до 20$, так и лазерные, ценой от 40$. На робофоруме есть даже описание реверс-инжиниринга такого дальномера: ссылка.
Подскажите пожалуйста ссылку на лазерный дальнометр ценой от 40$. Крайне интересно поглядеть.
По ссылке ничего не понятно — ни принцип, ни рабочие частоты… Впрочем, верю, что в последнее время могли появиться и лазерные.
Есть ли хоть одна ссылка на дальномер за $40? На Амазоне в этом диапазоне удалось найти только рулетку с втягивающимся тросиком… не совсем лазерную.
Есть ли хоть одна ссылка на дальномер за $40? На Амазоне в этом диапазоне удалось найти только рулетку с втягивающимся тросиком… не совсем лазерную.
Вот, на амазоне, 50 евро
www.amazon.de/Bosch-Laser-Entfernungsmesser-0-15-15-Messbereich-Messgenauigkeit/dp/B00DTSI3Q8/
(ради справедливости, на американском амазоне такого не нашлось)
www.amazon.de/Bosch-Laser-Entfernungsmesser-0-15-15-Messbereich-Messgenauigkeit/dp/B00DTSI3Q8/
(ради справедливости, на американском амазоне такого не нашлось)
Интересно. На английском амазоне отзывы, в основном, положительные (и даже восторженные), хотя кто-то пишет, что их заявленная точность 3 мм — только при +25C. Интересно, как другие подобные устройства реагируют на погоду.
Вот такой девайс за 53$ поинтересней будет.
Leica Disto начинаются от $200.
Фазовые дальномеры по своей природе обладают многократно более высокой точностью.
Потенциально она соизмерима с длинной волны. Это позволяет использовать их для высокоточных измерений вплоть до применения в качестве измерительных устройств в промышленности.
«Бытовые лазерные дальномеры» для этого не годятся.
Потенциально она соизмерима с длинной волны. Это позволяет использовать их для высокоточных измерений вплоть до применения в качестве измерительных устройств в промышленности.
«Бытовые лазерные дальномеры» для этого не годятся.
До длины волны добраться непросто. Во-первых, лазерное пятно остаётся довольно большим: даже при переменном фокусе сжать его хотя бы в 100-микронную точку на большом расстоянии не удастся, если не ставить на лазер очень большую линзу. 1 мм на 10 м — предел мечтаний. Во-вторых, даже метеостанция в самом дальномере не расскажет, какие условия будут на всём ходе луча. А изменение температуры на 1 градус — это, между прочим, 10 микрон на 10 метрах. И при неравномерных условиях трудно предсказать даже, в какую сторону пойдёт луч. Нам удавалось поворачивать лучик с помощью обычного фена — на 30 метрах пятно сдвигалось на сантиметр :)
AlexDS, видимо, имел в виду радиоизлучение.
Там еще и много других проблем.
В частности и неперпендикулярность контрольной площадки, в том числе однородность и коэффициент преломления среды по которой распространяется свет как указали Вы.
Но все хорошо в меру. Точность измерения расстояния соизмеримую с длинной волны я привел как то что может быть предельно достигнуто, На мой взгляд, достаточно было иметь доли миллиметра на 10 метрах.
В частности и неперпендикулярность контрольной площадки, в том числе однородность и коэффициент преломления среды по которой распространяется свет как указали Вы.
Но все хорошо в меру. Точность измерения расстояния соизмеримую с длинной волны я привел как то что может быть предельно достигнуто, На мой взгляд, достаточно было иметь доли миллиметра на 10 метрах.
Вообще, есть не так много поверхностей, для которых имеет смысл говорить о расстоянии до них (измеренном оптическим способом) с точностью лучше десятков микрон. Большинство оказываются либо блестящими (и измеряется расстояние до отраженного объекта), либо шершавыми (с физически негладкой поверхностью), либо полупрозрачными (почти вся органика, в том числе краска) — в них луч может пройти не один миллиметр, прежде чем вернётся обратно. Более-менее пригодным материалом оказался, разве что, алюминий, обработанный пескоструйкой.
А доли миллиметра на 10 метрах сейчас можно получить за 3-4 микросекунды. С помощью 12-милливаттного лазера.
А доли миллиметра на 10 метрах сейчас можно получить за 3-4 микросекунды. С помощью 12-милливаттного лазера.
Я к тому, что говорить про «перспективность» уже поздно. Лазерные дальномеры всевозможных типов широко используются в промыщленности.
Например, они применяются для позиционирования с нанометровой точностью кремниевых пластин в микроэлектронной помышленности (это к вопросу о точности).
Например, они применяются для позиционирования с нанометровой точностью кремниевых пластин в микроэлектронной помышленности (это к вопросу о точности).
К сожалению, возможно Вы просто не в курсе, но при позиционировании масок (не пластин) с точностью долей нанометров используется другой способ.
Это реперные метки.
Это реперные метки.
Там применяются оба метода.
Почитайте например здесь, слайд 18: people.rit.edu/~lffeee/ALIGN-ASML.pdf
Почитайте например здесь, слайд 18: people.rit.edu/~lffeee/ALIGN-ASML.pdf
Ваша ссылка не работает, но документ ALIGN-ASML.pdf есть в Интернет.
А точность существенно разная для совмещения масок — высокая, для перемещения кристалла — много меньше.
Потому что неправильное совмещение масок приводит к невозможности самого изготовления чипа, а ошибка в расстояние между чипами не приводит к из потере.
А точность существенно разная для совмещения масок — высокая, для перемещения кристалла — много меньше.
Потому что неправильное совмещение масок приводит к невозможности самого изготовления чипа, а ошибка в расстояние между чипами не приводит к из потере.
Восхищаюсь и завидую (белым цветом) людьми у которых руки растут из плеч, а голова из шеи. Серьезно, вы большой молодец.
Хм, до сего времени я думал что ФД-256 довольно низкочастотный фотодиод из-за довольно ощутимой площади кристалла и следовательно большой емкости перехода. Не думал что он вытянет 10Мгц. Может, можно было бы для этого использовать фотоприемник из оптического интерфейса передачи звука? Он там часто идет целым модулем с интегрированным усилителем.
А получится сделать лазерную арфу с помощью этого метода?
Сколько времени проходит на сканирование комнаты в одной плоскости?
Это вы про что?
img-fotki.yandex.ru/get/6623/14557097.0/0_a2d87_50077d76_L.jpg про координаты на изображении, они за сколько вычисляются? За одно вращение головки?
Ух ты, крутизна. Спасибо.
Крутизна — не то слово! Преклоняю колено перед автором. Мне тем очень интересна, но все мои попытки как следует набижать на реверс или запиливание «с нуля» фазового, или хотя-бы ETS дальномера разбивались о твердые и непоколебимые скалы отсутствия удобоваримого материала, достаточного количества существующих проектов и, видимо, пока еще определенной моей мозгожопостью в этих областях. Аналог, все-таки, извиняюсь, — не анал, тут голова нужна :(
DLE-50, по стопам автора статей в одной из приведенных выше ссылок удалось зареверсить (еще достаточно давно этим занимался) и получить рабочий результат, но при попытке досконально разобраться что и как там работает я уперся в микросхемсу-черный ящик и эту самую свою мозгожопость.
Далее, был приобретен для ковыряния как раз прибор за ~45 баксов фирмы UNI-T на ебэе. Там оказалась stm32 (что хорошо), оптика с драйвером и усилителем в виде отдельного модуля (что тоже хорошо), но мозгожопость застряла меня на этапе разбора механизма работы — опять же не смог толком понять зачем и как там работают два синтезатора частоты на основной плате. Схему платы с наскока тоже снять не получилось, все очень мелкое и плата многослойная, убиться проще… Или нужно убить очень-очень-очень много времени :( Пока отложил.
Сейчас присматриваюсь к вот такой штуке lightware.co.za/shop/en/6-laser-sensors Он открытый, электроника и принципы работы там несколько проще и понятнее. Буду грызть дальше.
А автору — еще раз респект!
DLE-50, по стопам автора статей в одной из приведенных выше ссылок удалось зареверсить (еще достаточно давно этим занимался) и получить рабочий результат, но при попытке досконально разобраться что и как там работает я уперся в микросхемсу-черный ящик и эту самую свою мозгожопость.
Далее, был приобретен для ковыряния как раз прибор за ~45 баксов фирмы UNI-T на ебэе. Там оказалась stm32 (что хорошо), оптика с драйвером и усилителем в виде отдельного модуля (что тоже хорошо), но мозгожопость застряла меня на этапе разбора механизма работы — опять же не смог толком понять зачем и как там работают два синтезатора частоты на основной плате. Схему платы с наскока тоже снять не получилось, все очень мелкое и плата многослойная, убиться проще… Или нужно убить очень-очень-очень много времени :( Пока отложил.
Сейчас присматриваюсь к вот такой штуке lightware.co.za/shop/en/6-laser-sensors Он открытый, электроника и принципы работы там несколько проще и понятнее. Буду грызть дальше.
А автору — еще раз респект!
Почему же, номиналы там указаны в даташите сразу после схемы, списком. Другое дело, что они не соответствуют схеме (что-то одно видимо было переделано, а второе автор поправить забыл), но это как раз легко устранить, я думаю, просто попросив автора поправить неточность. Я ему, к стати, написал, посмотрим.
Спасибо за замечание, оказывается, они обновили документацию (18 марта), в старой этой информации не было.
Смотрю, диод там дорогой: >20$.
Смотрю, диод там дорогой: >20$.
Да там и тот и другой диоды не сильно дешевые. Зато один лавинный, а другой импульсный и мощный :) Вроде железо адекватное, должно работать хорошо, для изучения принципов, азов и всяких экспериментов сгодится (ну, мне по крайней мере). Я бы, честно говоря, вообще половину схемы сделал бы на PSoC, благо у меня валяется почти без дела платка, ну и поигрался бы, покрутил-повертел, что из этого получится.
Удалено
Искал свой институтский диплом по этой теме, и гугль привёл сюда. Схема по-сути была таже, только реальный образец не сделал тогда. Из интересного — частоты генераторов выбирались 4432 кГц и 4435 кГц, переключение делалось с частотой 100 кГц.
Отличная статья.
Спасибо, очень интересно. Мне как раз сейчас примерно такой нужен. Именно самодельный. Ибо ему придётся работать в связке с ещё целым комплексом оптических девайсов, и чтобы они не создавали друг другу помех, нужна полная управляемость. Единственное замечание по проекту — наверно фильтр на 10Mhz лучше было бы поставить после полевого транзистора и до основного усилителя. Тогда у Вас усиливался бы уже только сигнал в полезной полосе.
Возможно, вам в таком случае будет интересен и этот проект: habr.com/ru/post/327642
В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц).
Это как электронным образом можно менять яркость лазерного луча с высокой частотой?
Без применения подвижных механизмов.
Ток лазерного диода можно модулировать до нескольких ГГц (простой пример: SFP-модули).
А есть еще электрооптические модуляторы.
В лазерном наведении для противотанковых снарядов типа Краснополь тоже целеуказание производится модулированным красным лучом?
Существует ли готовая в продаже отладочная плата, которая светит, скажем, красным (или зеленым лазером) и чтобы можно было по UART CLI менять амплитуду, фазу и частоту модуляции этого лазерного луча?
Можно вот что сделать.
Берем радиоуправляемую машинку.
Разбираем ее. Выбрасываем оригинальную электронику.
Ставим два фоторезистора, подключенные через ADC к FPGA. Создаем конфигурацию DSP которая, делает ГСН.
FPGA вычисляет квадратурным смесителем направление на целеуказание.
Затем светим модулированным лазером на землю перед машинкой.
Машинка должна следовать за точкой от лазерной указки.
Получится управляемый снаряд, только в 2D
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Самодельный фазовый лазерный дальномер