متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

[m3hd1]

با سلام خدمت همه دوستان

کسی در باره مترهای لیزری موجود در بازار اطلاعاتی داره در مورد اصول کار و مدار داخلی آن و آیا از آن میشود به عنوان یک ماژول در کنار یک میکرو استفاده کرد؟
حداقل فاصله 50 متر برای ارتفاع سنج لیزری به آن نیاز دارم

[nice_bytes2001]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

فاصله سنجی لیزری
برای اندازه گیری فاصله با لیزر ، روشهای مختلفی وجود دارد که معروفترین آنها روش «زمان پرواز لیزر پالسی » است که شباهت ذاتی به روشهای "زمان پرواز" مورد استفاده در فیزیک دارد ، با این تفاوت که بجای نوترون یا یون می خواهیم سرعت فوتون را اندازه گیری نماییم. از همین تفاوت ساده ، می توان نتیجه گرفت که در فاصله یابی لیزری با زمانهای بسیار کوتاهی سر و کار داریم. به این روش در اصطلاح «رادار لیزری TOF» نیز گفته می شود و کاربردهای متعددی در صنعت ، امور نظامی و فضانوردی ، هواشناسی ، کنترل ترافیک ، نقشه برداری معمولی و سه بعدی و ... دارد.

اساس کار اینه که یک پالس لیزر ایجاد شده و به مانع مورد نظر که می خواهیم فاصله اونرو اندازه بگیریم برخورد میکنه و از اون منعکس میشه. با یک مدار بسیار دقیق زمانسنج , که باید در حد چند ده پیکوثانیه دقت اندازه گیری داشته باشه oo:, میشه فاصله رو دقیقا اندازه گرفت.


در شکل بالا منظور از TDC , مدار اندازه گیری زمان بصورت دیجیتال (Time to Digital Convertor) است.

سرعت سنجهای لیزری پلیس راه که اصطلاحا "لیزر گان" گفته می شه هم اینطوری کار می کنند , با این تفاوت که برای سنجش سرعت خودرو باید چند بار پالس فرستاده بشه تا فاصله لحظه به لحظه خودرو از دوربین حساب بشه. سرعت جسم هم از تقسیم فاصله به زمان بدست میاد. البته در عمل یک سری پالس ارسال و دریافت می شه که خطای اندازه گیری رو کاهش بده.

علی رغم ایده ساده , ساختن این دستگاه در عمل دو مشکل اساسی داره :
* اندازه گیری زمان با دقت پیکوثانیه ( پیکوثانیه = یک هزارم نانو ثانیه ) چندان راحت نیست و تکنیکهای خاصی رو برای طراحی و ساخت لازم داره.
* ساخت دستگاه از دید اپتیکی هم ظرافتهای خاصی رو نیاز داره.

البته , یک مدار زمان سنج با دقت 125pS رو در دانشگاه ... ساختیم که نتایج کار اون جالب بود. البته در زمینه لیزر آزمایشش نکردیم ولی براحتی می تونست زمان عبور یک پالس رو از یک تکه سیم 10 سانتی متری اندازه بگیره ! :nerd:

کاربرد چنین مدارهای محدود به این دوتا مقوله نمیشه و توی چگالی سنجی , طیف نگاری , اندازه گیری انرژی نوترون, اندازه گیری ضخامت و فیزیک ذرات کاربردهای زیادی داره.

[farshchian]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

ببخشید چطوری به این دقت در اندازه گیری زمان رسیدین یه پردازنده حدا اقل با سرعت 800MHZ و دقت 1 هرتز نیاز داره آیا از کامپیوتر استفاده کردین؟

[mhsn]

عملکرد TDC

البته , یک مدار زمان سنج با دقت 125pS رو در دانشگاه ... ساختیم که نتایج کار اون جالب بود. البته در زمینه لیزر آزمایشش نکردیم ولی براحتی می تونست زمان عبور یک پالس رو از یک تکه سیم 10 سانتی متری اندازه بگیره ! :nerd:

جناب چراغی از اطلاعات خوبی که دادید بسیار سپاسگزارم

خیلی برام جالبه که بدونم این زمان که اندازه گیری کردید چقدر بوده.
استاد فیزیک دانشگاه که گفته بود پالس به سرعت نور منتقل میشه، که در این صورت باید زمانی حدود 0.1/300000000 یا 1/3 نانو ثانیه طول بکشه!
ولی احتمال می دم این زمان به عواملی مثل جنس و ضخامت سیم که توی مقاموتش تاثیرگزارند هم بستگی داشته باشه.

پرسش دیگم اینه که آیا برای انجام این آزمایش تمامی وسایل و امکانات از جمله IC های TDC در بازار ایران یافت میشه؟

اگر برای انجام این آزمایش بنده رو راهنمایی بفرمایید، لطف بزرگی کردید.

[farshchian]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

ببخشید میشه در مورد ابزار و روش اندازه گیری زمان سنج دقیقتون توضیح بدین.

[pajuhaan]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

اندازه گیری پیکو ثانیه به صورت دیجتال که غیر ممکنه مگر اینکه مدار آنالوگ خاصی داشته باشه . البته تا اونجایی که من می دونم زمان رفت و برگشت موج رو اندازه نمی گیرند بلکه میان یه موج سینوسی رو با لیزر مدوله می کنند بعد این لیزر میره می خوره به یک جسم بر می گرده اختلاف فاز بین موج ارسالی و برگشته رو حساب می کنند و از اون فاطله به دست میاد . برحسب اینکه فرکانس موج مدوله شده روی لیزر چقدر باشه رنج عملکرد لیزر هم فر می کنه .
مثلا اگر لیزر فرکانس مدوله شدش بالا باشه طول موج کمتری داره در نتیجهه محدوده ی کمتری رو می تونه پوشش بده .( تغریبا محدوده ی یک لاندارو که می تونه پوشش بده ) حالا از اون طرف دقت دستگاه ( با ثابت فرض کردن باقی قطعات) نسبت به لیزری که با فرکانس پایین تر کار میکنه بیشتره .
ساختش نیاز به یک لیزر 3 سیمه ( سیم دیتا ! چون تغذیه رو بالا پایین نمی کینم!)- یک اسپیلتر - یک گیرنده مناسب همون لیزر- یک عدد اسیلاتور ( یه فرکانس ثابت در حد مورد نیاز) یک دیتکتروه فاز و یک مبدل ad داره . خروجی نهایی یه ولتاژه که مقدارش رو با مبدل می خونید و ...
مثلا برای رنج 1 متری 150 مگاهرتز بهترین انتخابه.

[mhsn]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

روشی که جناب چراغی مطرح کردن Time to Analog Converter یا همون TAC شاید بهترین و دقیقترین روشی باشه که بشه برای اندازه گیری زمانهای بسیار کوتاه ازش استفاده کرد.

من پستهای ایشون رو مطالعه کردم و به نظرم رسید تسلط خوبی روی این روش دارند.

خلاصه مطلبی که من از مباحث ایشون درک کردم به علاوه جستجوی خودم رو به طور خلاصه میگم:
در این روش به یک منبع جریان ثابت فوق العاده ثابت و پایدار نیاز هست که به وسیله یک سوییچ الکترونیکی با یک خازن سری می گردد.
در ابتدا که سوییچ قطع است جریان عبوری از خازن صفر بوده و ولتاژ آن هم صفر است.
در هنگام فرستادن پالس لیزر سوییچ On شده و خازن با جریان ثابت مثلا 1A شروع به شارژ میکند.
طبق فرمول شارژ خازن چون جریان ثابت است پس ولتاژ خازن با فرمول V=I*T/C
افزایش می یابد.
پالس لیزر فرستاده شده بعد از برخورد به مانع به سنسور رسیده و سوییچ را Off می کند.
زمان T که برابر است با زمان رفت و برگشت لیزر با اندازه گیری ولتاژ خازن و استفاده از فرمول T=C*V/I محاسبه می گردد که I و C ثابت و معین اند.

با فرض I=1A و C=10pF و T=10psec ولتاژ خازن چیزی حدود یک ولت خواهد بود!

[farshchian]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

سلام
ممنون از پاسختون میگم حالا برای اندازه گیری ولتاژ هم خیلی باید دقت کرد و از ADC دقت بالا و سرعت بالا استفاده کرد کسی می تونه بیشتر توضیح بده؟
ممنون

[ATI RADEON]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

ببخشید میتونید یه نمونه از سنسور لیزر رو نام ببرید که مناسب پنجاه متر فاصله باشد ممنون از همتون :applause:

[abbascham]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

سلام
اگه ممکنه در مورد TAC و اینکه باید از چه قطعاتی استفاده کرد و اینکه توی این روش دما که روی ظرفیت تاثیر میذاره دقت کار رو پایین نمیاره!! کمک کنید.آخه اینی که توضیح دادید تئوری هس.
من میخوام این راه رو واسه دقت زیر 1mm استفاده کنم oo:.

[Abbas Sarami]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

احیاء بعد از 120 روز تاپیک :mrgreen:
...........................
دوستان کسی سنسور آماده شبیه این که لینکش را گذاشتم سراغ نداره : OSLRF-01

این حدود 100$ قیمت داره: http://www.lightware.co.za/shop/en/index.php?controller=attachment&id_attachment= 7

کسی راه حلی برای ساختنش داره ؟

[Aryan_M]

پاسخ : متر لیزری-نحوه عملکرد و ساختمان داخلی

تو تئوری گفتن این که یک منبع جریان ثابت داشته باشیم و بدیم خازن و بعدم منبعو قطع کنیم و نذاریم خازن دشارژ بشه و بعد هم از روی خازن خیلی دقیق نمونه برداریم و بعد این تغییر خیلی کوچیک ایجاد شده رو بدون نویز بسیار زیاد تقویت کنیم, خیلی آسونه.
اولا چه طور نویز سیستم رو کنترل باید کرد؟
اختلاف زمان خاموش شدن منبع جریان نسبت به اختلاف زمان عبور نور از مثلا 1 سانتی متر چقدره؟ اگر خیلی بیشتره چه طور این Offset خیلی بزرگ نسبت به سیگنال اصلی حذف می شه؟
سیگنال چه طور بدون افزایش نویز تقویت می شه؟
چه میزان سیستم غیر خطی عمل می کنه؟
البته میزان غیر خطی رو با کالیبراسیون و درونیابی می شه حذف کرد مسئله اصلی همین نویزه.
یک راه حل که به ذهن من می رسه اینه که برای حذف نویز تعداد خیلی زیادی مثلا 100 تا منبع جریان با خازن با هم کاز کنن و خروجی خیلی فیلتر شده باشه و تقویت خیلی کند انجام بشه و خروجی تمام این 100 زمان سنج با هم میانگین گیری بشه.
طبق تئوری احتمال باید احتمال خطا کاهش پیدا کنه.