Laserdistanzmessgerät - Funktion

Der chaotische Hauptfaden

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sysconsol
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Laserdistanzmessgerät - Funktion

Beitrag von sysconsol »

Ausgehend von der Fragestellung, warum ein Laserdistanzmessgerät nicht mit reflektierender Folie funktioniert, ein Laser-Dopplervibrometer hingegen schon,
habe ich angefangen zu hinterfragen, wie die elektrooptische Entfernungsmessung eigentlich funktioniert.

(Das alles hat sich über ein Jahr hingezogen - wie das eben so ist mit der verfügbaren Zeit. :oops:
Dementsprechend wurden die Messungen nicht in sinnvoller Reihenfolge und mit sinnvoller Dokumentation durchgeführt...)

Meine grobe Vorstellung (deren Lesbarkeit ebenso schlecht wie meine Vorstellung davon ist - wie sich später zeigen wird):
Elektrooptische_Entfernungsmessung_Prinzip.png
Ein Versuch mit einer Photodiode am Oszi hat zumindest erahnen lassen, dass die Modulationsfrequenz f1 nicht konstant ist.

Irgendwann ist mir ein nicht mehr korrekt messendes Leica Disto lite in die Hände gefallen.
Das ist noch recht groß und sollte das Messen vereinfachen.

Machen wir das also auf:
Modul-oben.jpg
Die Unterseite der Platine ist schön leer:
PCB LS - Vorsicht groß!
PCB LS - Vorsicht groß!
Die Oberseite hingegen voll:
PCB BS Belichtung1 - Vorsicht groß!
PCB BS Belichtung1 - Vorsicht groß!
PCB BS Belichtung2 - Vorsicht groß!
PCB BS Belichtung2 - Vorsicht groß!
Ein Mischer zeigt sich sofort (ADE-4290), zwei weitere können vermutet werden.
Zwei 50 MHz-Oszillatoren zeigen sich ebenfalls sofort.
Deren Anordnung auf der Platine und die zweite Photodiode haben mich dann doch am Verständnis des Prinzips zweifeln lassen.
Immerhin hat die Laserdiode eine Monitordiode eingebaut.
Und eine LED, die im zusammengesetzten Zustand auf die Empfänger-Faser strahlt, gibt es auch noch.
Also weiterschauen.

Ich habe mich dann entschieden, am vermeintlich "wesentlichsten" Teil der Schaltung - dem Empfänger - zu beginnen.
Meine Begründung war, dass mir die Mischer zu weit weg sind, um oben skizziertes Funktionsprinzip umzusetzen.

Ein ADC12138 bekommt über zwei LMC6482 das Signal einer S5139-12 Pin-Diode.
unfertige Schaltskizze
unfertige Schaltskizze
Das erscheint nicht HF-tauglich :?
Arbeiten die etwa mit NF?
Oszi an die Laserdiode gehalten und messbereit geschaltet (Laser an, keine Messung, quasi zum Anvisieren) ergibt folgendes Bild:
Laser-bereit.png
Während einer Messung konnte auf zwei Signale getriggert werden:
Laser-Mess_1.png
Laser-Mess_2.png
Keine NF, das hätte ich erwartet.
Das man nicht einfach stumpf einen Sinus raustut, ebenso. Man will ja eine gewisse Störfestigkeit erreichen - wäre die Begründung nach meinem Verständnis.

Da gibt es also nun schon zwei Fragen:
Wo ist der empfangsseitige Mischer?
Warum funktioniert das mit der Reflektorfolie nicht?

Letztere ließ sich immerhin leicht beantworten:
Das Signal am ADU wird verzerrt, wenn eine Reflektorfolie verwendet wird.

Messbereit auf weißer Rauhfasertapete:
2022-01-22 Messung-Rauhfaser.JPG
Laser-und-CH0-100us-Rauhfaser.png
Messbereit auf Reflektorfolie:
2022-01-22 Messung-Reflektor.JPG
Laser-und-CH0-100us-Reflektor.png
Die Schirmbilder vom schwächeren Kanal CH1 hätte man speichern müssen - dann wären sie da :x
Aber da sah das Signal nicht besser aus.

Ich hätte eine Art dynamische Verstärkungsregelung erwartet. Es scheint aber so zu reichen.
sysconsol
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Re: Laserdistanzmessgerät - Funktion

Beitrag von sysconsol »

Da der ADU offensichtlich NF bekommt, habe ich da mal eine Soundkarte angeklemmt.
Aufzeichnung einer Dauermessung (die WAV-Datei hat gezippt auch nur 50MB - falls wer die braucht, die ist deswegen nicht hier ;) ):
Signale am ADU während Dauermessung.
Signale am ADU während Dauermessung.
Eine Sequenz.
Eine Sequenz.
Gegen die weiße Rauhfaser und meine Hand (oder eine schwarze Karte?). Das gibt einen sichtbaren Unterschied in der Amplitude.
Die Wiederholrate scheint nicht konstant zu sein - da muss noch irgendetwas passieren.

Nun wollte ich am zerlegten Gerät messen, also ein paar Drähte hinzugefügt:
Messung am offenen Herz.
Messung am offenen Herz.
Ging aber nicht, bei jeder Messung leuchtet die LED kurz auf und es folgt die Anzeige 256.
Die LED ist wohl doch wichtig und muss auch versetzt werden :lol:

Wenn man nach erfolgreichen Einkleben der LED die Dauermessung startet, scheint die LED immer mal wieder - oder teils abwechselnd - mit dem Laser im Wechsel eingeschaltet zu werden.

Das Zusammenspiel von Laser und LED bei einer Messung sieht wie folgt aus:
rt: LED - ge: Laser - bl: ADU_CH0
rt: LED - ge: Laser - bl: ADU_CH0
Da scheint der ADU irgendetwas zu tun. Nochmal zeitlich etwas höher aufgelöst:
rt: LED - ge: Laser - bl: ADU_CH0
rt: LED - ge: Laser - bl: ADU_CH0
Die LED wird wirklich bloß mit einem Rechtecksignal angesteuert:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz0.png
Ob damit ein Grundhelligkeitsoffset ermittelt wird?

Die eigentliche Messung:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Detail-LaserZeit.png
Die erste Sequenz:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz1.png
Die zweite Sequenz:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz2.png
Lasersignal im Detail:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz2-DetailLaser.png
Dritte Sequenz:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz3.png
Lasersignal im Detail:
Einzelmessung-aus-Leerlauf-Sqz3-DetailLaser.png

Weiter bin ich noch nicht gekommen.


Neben einigen Messfehlern (da muss ich nochmal drüber nachdenken) ist mir nicht mehr ganz klar, wie das Laserdistanzmessgerät funktioniert.
Da muss ich wohl noch Zeit finden, um das Geheimnis um die Pin-Diode zu lüften.
Aber eigentlich ist da nur noch der Spannungswandler...
Und sicherlich der ein oder andere Denkfehler.


edit: Ich vermute ganz stark, dass das 6,xkHz-Signal schon mit im Laser steckt. Der ADC muss noch eine Referenz bekommen, die möglicherweise mit der "zusätzlichen" Photodiode gewonnen wird.
Und die Skizze für die Optik fehlt - merke ich gerade :oops:
Muss erstmal arbeiten.
sysconsol
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Re: Laserdistanzmessgerät - Funktion

Beitrag von sysconsol »

Die Optik sieht schematisch so aus:
Disto lite Optik.png
Über die Photodiode hinter dem teildurchlässigen Spiegel gewinnt man als Bezug das abgesendete Signal.
Das wird im bereits genannten auffälligen Mischer ADE-4290 aufbereitet.

Das reflektierte Licht wird mittels einer großen Sammellinse auf einen LWL gebündelt.
An dessen anderem Ende sitzt eine APD Hamamatsu S5139-12 mit einem Rot-Durchlassfilter.

Diese scheint auch direkt ein Bauteil des Mischer 1 (nach obigen Schema) zu sein.
Die grobe Schaltung sieht so aus (obige Schaltung ergänzt):
Disto lite APD.png
Das "200MHz-Signal" lässt sich auch am bereits genannten Mischer finden.
Allerdings habe ich derzeit keine Möglichkeit, die Frequenz genau zu bestimmen.
Theoretisch müsste ja zwischen den beiden Frequenzen ein Unterschied im Bereich 6kHz liegen.
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