Distanzmessung (Theorie)

Hallo,

ich möchte etwas sehr gewagtes probieren. Eine Distanz messung mit Arduino wobei ich auf Sensoren wie Sharp und Co verzichten möchte. Ich habe einen Arduino Due der mit 84 Mhz läuft. dadurch ergibt sich wegen T = 1 / f eine Periodendauer von 11,9x10^-9 Sekunden. Nimmt man nun die Lichtgeschwindigkeit und berechnet nach t = s /v die Zeit für Licht, bei 5 Meter Entfernung (also 10 Meter) komme ich auf t = 33,37x10^-9

Also habe ich c.a 12 Nanosekunden pro Takt und 33,4 Nanosekunden für das Licht auf 5 Meter. Das bedeutet jetzt aber auch, das ich z.b ne Entfernung von 1 Meter (2 insgesamt) nicht mehr messen kann, da ich hier 6,8 Nanosekunden für das Licht habe.

Wie kann dann aber z.b ein Sharpsensor geringe Entfernungen messen (z.b 50 cm bis 3 Meter)? Ist er dann höher getaktet?

Ist es jetzt grundsätzlich nun Möglich mit dem Arduino?

Man muss natürlich auch bedenken, dass am Arduino ein paar nS für Befehlsverarbeitung drauf gehen.

Fragen die man später evtl noch beantworten kann:

Wie würde man das Codetechnisch lösen? Damit meine ich: Zeitfressende befehel Umgehen und wirklich die ZeitDifferenz zwischen Einschalten des Lasers und dem Empfang des Lichts bekommen!

Und was ist mit der Technik. Ich hätte hier einen Laser. Doch wie fange ich das Licht wieder ein?

Liebe Grüße, Philipp

MindCode: Wie kann dann aber z.b ein Sharpsensor geringe Entfernungen messen (z.b 50 cm bis 3 Meter)? Ist er dann höher getaktet?

Deine Theorie mit Lichtgeschwindigkeiten und Taktraten hat absolut rein gar nichts damit zu tun, wie der Sharp-Sensor funktioniert.

Der Sharpsensor funktioniert nach dem Prinzip der Triangulation wie hier dargestellt: http://www.acroname.com/robotics/info/articles/sharp/triangle.jpg

Er sendet Licht aus und mißt, unter welchem Winkel das reflektierte Licht zurück kommt. Bei weiter entfernten Objekten ist der Winkel des reflektierten Lichts anders als bei Objekten in der Nähe.

Sensoren und Sender die so schnell sind um Licht mit der geforderten Genauigkeit zu messen sind sauteuer. Normale Fototransistoren verkraften nur Frequenzen bis 1MHz also Auflösungen um 1µS. Schnellere Detektoren wie sie für Glasfaserverbindungen notwendig sind spezielle Fotodioden und Verstärkung und sind komplizierter und teurer. Die einzige Anwendung die ich kenne wo die (Differenz) Flugdauer von Fotonen gemessen wird (in diesem Fall Gamma Fotonen) sind moderne PET (Positronen Emissions Tomograph) http://de.wikipedia.org/wiki/Positronen-Emissions-Tomographie#Time_of_Flight . Ein weitere Anwendung ist Radar. Grüße Uwe

Na hätte ich mir lieber mal vorher durchgelesen wie so ein Sharpsensor arbeitet. :astonished:

Okay damit ist das ganze hinfällig. Schade!

Hallo,

muss es denn unbedingt Licht sein? Schall ist wesentlich langsamer unterwegs (Stichwort: Ultraschall-Sensor) - also wenn es nur ums experimentieren geht.

Gruß,
Ralf

MindCode: Na hätte ich mir lieber mal vorher durchgelesen wie so ein Sharpsensor arbeitet. :astonished:

"Lichtgeschwindigkeit": http://www.youtube.com/watch?v=kPR8bM3yGJY Seit Hersteller von Naschigkeiten damit im Werbefernsehen werben, scheint "Lichtgeschwindigkeit" irgendwie nicht mehr ganz so schnell zu sein wie sie es tatsächlich (immer noch) ist. Aber das täuscht. :grin:

Schachmann: Hallo,

muss es denn unbedingt Licht sein? Schall ist wesentlich langsamer unterwegs (Stichwort: Ultraschall-Sensor) - also wenn es nur ums experimentieren geht.

Gruß, Ralf

Daran dachte ich zwar auch, aber das geht doch nur großflächig oder? Ich hätte es nämlich schon gerne auf nen relativ kleinen fokussiert!

MindCode: Daran dachte ich zwar auch, aber das geht doch nur großflächig oder? Ich hätte es nämlich schon gerne auf nen relativ kleinen fokussiert!

Mit Ultraschallmessung bekommst Du immer den kürzesten Abstand zu einem Hindernis gemessen. Also wenn Du einen halben Meter vor einer Mauerecke stehst und einen Meter dahinter ist das nächste Hindernis, bekommst Du als Abstand den halben Meter angezeigt. Du kannst nicht an einem Hindernis "vorbeipeilen". Sobald das Hindernis groß genug ist, dass es ein auswertbares Echo liefert, bestimmt dieses Hindernis im kürzesten Abstand die gemessene Distanz.

Das ist normalerweise nicht das größte Problem, denn sehr oft ist der kürzeste Abstand der relevante. Das größere Problem mit Ultraschalldistanzmessung ist aber oftmals, dass Du nur einen einzigen Ultraschalldistanzsensor in einem Raum gleichzeitig betreiben kannst. Zumindest dann, wenn Du die Aktivitäten der Sensoren nicht zeitlich aufeinander abstimmen kannst. Also wenn Du beispielsweise eine ganze Mannschaft Roboter-Fußballer gleichzeitig auf einem Spielfeld betreiben möchtest, können die autonomen Roboter untereinander ihren Abstand nicht per Ultraschall feststellen, denn die verschiedenen Signale unterschiedlicher Ultraschallsensoren würden sich überlagern und dabei gegenseitig stören.

Mir geht es in erster linie um die Auflösung.
Mit der richtigen Beschaltung kann ich ja mit nem Sharpsensor 1 mm Differenzen messen.
Ich möchte aber gerne mehr.

Mal was (fast) anderes:
Es gibt bei uns an der Uni ein paar Oberflächenprofilscanner.
Die meisten Arbeiten gewohnt mit Diamant und Tastkopf.
Daneben haben wir aber einen der macht das ganze
mit einem Laser. Die Abstände sind da wirklich sehr gering
von Oberfläche zu Sensor. Wie wird denn sowas realisiert?

MindCode: Mir geht es in erster linie um die Auflösung. Mit der richtigen Beschaltung kann ich ja mit nem Sharpsensor 1 mm Differenzen messen.

Okay, irgendwo muß ja auch der Preisunterschied seine Begründung haben. Die einfachen Ultraschallabstandssensoren gibt es teils für unter 2 Euro von Chinaversendern. Inklusive Versandkosten aus China.

MindCode: Mal was (fast) anderes: Es gibt bei uns an der Uni ein paar Oberflächenprofilscanner. Die meisten Arbeiten gewohnt mit Diamant und Tastkopf. Daneben haben wir aber einen der macht das ganze mit einem Laser. Die Abstände sind da wirklich sehr gering von Oberfläche zu Sensor. Wie wird denn sowas realisiert?

Vom Prinzip her kaum anders als der Sharpsensor, weil ebenfalls auf Triangulation beruhend: http://www.micro-epsilon.de/glossar/Laser-Linien-Triangulation.html

jurs: Vom Prinzip her kaum anders als der Sharpsensor, weil ebenfalls auf Triangulation beruhend: http://www.micro-epsilon.de/glossar/Laser-Linien-Triangulation.html

Einfachere Ausführungen werden häufig mit einem (oder mehreren) Laserfächer (der also eine Linie statt einem Punkt projiziert) und einer Digitalkamera realisiert. Der Laser strahlt das Objekt schräg seitlich an, es wird ein Bild mit Laser an und eines ohne Laser aufgenommen - beide werden subtrahiert, übrig bleibt nur die (dann auf der Oberfläche des Objektes entsprechend gekrümmte) Linie des Lasers. Jetzt wird entweder das Objekt oder der Scanner selbst gedreht oder bewegt, und erneut zwei Bilder aufgenommen und so weiter - die Software setzt alles dann zu einem dreidimensionalen Modell zusammen.

Für hohe Geschwindigkeit und Bandbreite verwendet man Photodioden und einen guten Photoverstärker. Oder CCD-Sensoren, die sich aber Prinzip auch wie Dioden verhalten. Die sind generell besser als Phototransistoren, aber auch komplizierter zu handhaben.