जब लेज़र काम करने के लिए समय की उड़ान के लिए बहुत धीमे होते हैं तो लेज़र कम दूरी (<1cm) कैसे मापते हैं?

Question

मैं सोच रहा था कि कैसे LIDAR सेंसर 2 मिमी से कम दूरी को मापने में सक्षम हैं। मैं नहीं देखता कि वे संभवतः ऐसा कैसे कर सकते हैं।

प्रकाश की गति 300,000,000 m / s है, इसलिए राउंड-ट्रिप का समय 14ps के भीतर होना चाहिए जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की क्षमताओं से परे है (> 71 GHz)।

तो, वो इसे कैसे करते हैं?

Comments

यहाँ एक नमूना डिज़ाइन है जिसे आप देख सकते हैं: ti.com/lit/ug/tiduc73b/tiduc73b.pdf

— जॉन डी।

आप आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की क्षमताओं को कम आंक रहे हैं। डिजिटल कन्वर्टर्स के लिए समय उपलब्ध हैं जो 10 पीएस के प्रस्तावों की पेशकश करते हैं। ये रिंग ऑसिलेटर पर आधारित हैं।

— आर्सेनल

दोनों वर्तमान उत्तर बताते हैं कि शॉर्ट रेंज डिस्टेंस माप के लिए एक अलग तकनीक का उपयोग किया जाता है, लेकिन VL6180X और VL53L0X "डायरेक्ट TOF माप" का उपयोग करने का दावा करते हैं, इसलिए शायद असली उत्तर यह है: यह एक छोटे पैकेज में सही हार्डवेयर के साथ संभव है।

— आंद्रेकेआर

10ps को मापने के लिए आपको 100GHz काउंटर की आवश्यकता नहीं है। एनालॉग इंजीनियरिंग का थोड़ा सा समय एक घड़ी चक्र से कम समय की डिजिटल माप की अनुमति देता है।

— hobbs

Answer 1

2 मिमी पर, समय-समय पर उड़ान का उपयोग नहीं किया जाता है। इंटरफेरोमेट्री है। समय-की-उड़ान के विपरीत जो वास्तव में केवल दूरी (और वेग अप्रत्यक्ष रूप से) निर्धारित कर सकती है, इंटरफेरोमेट्री का उपयोग कई अन्य गुणों को मापने के लिए किया जा सकता है और इसमें बहुत अधिक नमूना दर है। एलआईजीओ सहित इस सिद्धांत का उपयोग करके कुछ आश्चर्यजनक चीजें की गई हैं या पृथ्वी की सतह से दूर और दूर जाने वाले फोटोन की गति पर पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को सत्यापित करते हैं। या कमरे में किसी चीज के कंपन को मापने के द्वारा घर के बाहर से किसी पर ईर्ष्या करना।

इंटरफेरोमेट्री सबसे सीधे वेग को मापती है। दूरी को मापने के लिए यह थोड़ा कम सीधा है।

सेल्फ-मिक्सिंग तकनीक का उपयोग करके आप अपने आप से इसे काफी सरलता से निभा सकते हैं (जब तक आपके पास एक आस्टसीलस्कप है) जिसमें एकीकृत मॉनिटर डायोड के साथ एक लेजर डायोड की आवश्यकता होती है, अन्यथा आपको बहुत सारे महंगे प्रकाशिकी की आवश्यकता होती है, जो तब इसे आपकी पहुंच से बाहर रखता है। ठेठ hobbiest।

यह सुपर कूल है। आपको इसे आजमाना चाहिए। एकीकृत फोटोडायोड के साथ आवश्यक लेजर डायोड को कुछ डॉलर (1/10 वीं नियमित कीमत) के लिए खरीदा जा सकता है यदि आप मूसर या डिजीके जैसी जगहों के बजाय, जेमेको जैसी अधिशेष इलेक्ट्रॉनिक दुकानों को देखते हैं। बस यह सुनिश्चित करने के लिए डेटाशीट की जांच करना सुनिश्चित करें कि अंदर एक फोटोडायोड है। आप एक लेज़र मॉड्यूल भी नहीं चाहते हैं जो पहले से ही ऑप्टिकल ऑप्टिकल शक्ति बनाए रखने के लिए फोटोडायोड की निगरानी के लिए वायर्ड हो सकता है क्योंकि आपको लेजर डायोड तक पहुंच की आवश्यकता होती है।

लेमन वीडियो प्रदर्शन: https://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg

एक पेपर जो वीडियो को देखने के बाद बहुत अधिक समझ में आता है यदि आप पहले से ही नहीं जानते हैं: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6/371 / पीडीएफ जो कि semanticscholar.org में भी पढ़ी जा सकती है और यहाँ पर भुगतान किया जाता है । गिउलियानी एट अल। जे ऑप्ट। एक: शुद्ध Appl। ऑप्ट। 4 (2002) S283-S294

Comments

jameco.com/z/…

— DKNguyen

यहां तक ​​कि एक माइकेलसन इंटरफेरोमीटर को कितनी मात्रा में रद्दी से बनाया जा सकता है - एक डीवीडी ड्राइव से आधा चांदी का दर्पण, सामान्य दर्पण के एक जोड़े, एक लेजर सूचक और एक आवर्धक कांच बेहतर विवर्तन पैटर्न को देखने के लिए। आपको बस सब कुछ संरेखित करने के लिए बहुत धैर्य की आवश्यकता है , और लेजर की सुसंगत लंबाई के साथ थोड़ा सा भाग्य। मैं बहुत हल्के से टेबल को छूने से पैटर्न चक्र देख सकता था।

— JMS

उफ़, मेरा मतलब था हस्तक्षेप का पैटर्न। यदि आप अधिक धन और बेहतर परिणामों के लिए प्रयास करने के लिए तैयार हैं, तो आप एक बड़ा आधा चांदी का दर्पण, कॉर्नर क्यूब रिट्रोरफ्लेक्टर्स (बहुत आसान संरेखण) और जैसे ईबे से ज्ञात चश्मे का एक लेजर खरीद सकते हैं। शायद 3 डी प्रिंट उनके लिए खड़ा है।

— जेम्‍स

हो सकता है कि OCT en.wikipedia.org/wiki/Optical_coherence_tomography का उल्लेख हो, जो इस सिद्धांत को अल्ट्रासाउंड की तरह विस्तारित करता है, अक्सर मेडिकल इमेजिंग के लिए। बहुत ही शांत।

— इवान बेन्ने

डेटा बिंदु केवल: एक विशिष्ट LASER जब सतह पर चमकता है, तो जो विशिष्ट स्पर्धात्मक परावर्तन पट्टिका होती है, वह असमान सतह से बीम के कई प्रतिबिंबों के आत्म-हस्तक्षेप के कारण होती है, जिसके परिणामस्वरूप थोड़ा अलग पथ लंबाई होती है।

— रसेल मैकमोहन

Answer 2

हालांकि यह जवाब "इंटरफेरोमीटर" कहता है, जो केवल फ्रिंज की गिनती करते हैं, वे पूर्ण दूरी को मापते नहीं हैं। आप कुछ को स्थानांतरित कर सकते हैं और इसके कुछ हिस्सों को गिन सकते हैं और कह सकते हैं कि "यह 42 तरंग दैर्ध्य द्वारा स्थानांतरित किया गया है" और हवा के दबाव और आर्द्रता की जांच करें और हवा में वर्तमान तरंगदैर्ध्य का अनुमान लगाएं, लेकिन आप यह कहने के लिए एक का उपयोग नहीं कर सकते हैं कि यह 2 मिमी से स्थानांतरित हो गया है। 2 मिमी प्लस 42 तरंग दैर्ध्य।

दोहरे तरंग दैर्ध्य इंटरफेरोमीटर हैं जो इस अस्पष्टता को हल करने की कोशिश कर सकते हैं लेकिन अक्सर अन्य अस्पष्टताएं हैं।

एक मीटर या एक लेजर का उपयोग करके मिलीमीटर की दूरी को मापते समय, जो अक्सर उपयोग किया जाता है वह एक लेजर विस्थापन सेंसर होता है । वह लिंक और नीचे दिए गए तीन लिंक सिद्धांत को स्पष्ट करते हैं।

लेजर बीम प्रकाश का एक संपीड़ित बीम प्रदान करता है और तरंग दैर्ध्य की शुद्धता प्राथमिक महत्व की नहीं है सिवाय इसके कि आप मजबूत परिवेशी प्रकाश को अवरुद्ध करने के लिए फ़िल्टर का उपयोग कर सकते हैं। यह दूरी की एक विस्तृत श्रृंखला में आपके लक्ष्य पर लगभग 1 मिमी का स्थान देता है, और बीम से ऑफसेट स्थिति से एक इमेजिंग लेंस और 1D या 2D इमेज सेंसर का उपयोग करता है।

लेजर को अक्सर स्पंदित किया जाता है और "अव्यवस्था" और "ऑफ" छवियों के जोड़े को छवि अव्यवस्था के सापेक्ष लेजर स्पॉट को बढ़ाने के लिए घटाया जा सकता है।

सेंसर के साथ विस्थापन इकाई से दूर विस्थापन से मेल खाती है। एक बार जब यह ध्यान से शून्य हो जाता है, तो आप इसे बंद कर सकते हैं, और बाद में किसी अन्य वस्तु के लिए पूर्ण दूरी को माप सकते हैं, भले ही कोई गति न हो। यह एक इंटरफेरोमीटर के साथ फ्रिंज गिनने की तुलना में बहुत अधिक उपयोगी है, जहां आपको हमेशा शून्य से शुरू करना पड़ता है और फिर अपने अंतिम स्थान के लिए सभी तरह से moooooooove, सभी तरह से फ्रिंज की गिनती होती है।

इस टिप्पणी में सुसंगत टोमोग्राफी का उल्लेख है, और यह एक और गैर-संपर्क, ऑप्टिकल, पूर्ण दूरी माप है। लेकिन यह आमतौर पर लेज़रों का उपयोग नहीं करता है।

स्रोत

स्रोत और स्रोत

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मैं वास्तव में नैनोपोज़िंग उपकरण बनाने वाली जगह पर काम कर रहा हूँ। कुछ अनुप्रयोगों के लिए जहां लेजर और लक्ष्य अधिक विवश हैं, उनके बीच की दूरी के लिए प्रारंभिक स्थिति पढ़ने के लिए एक कैपेसिटिव पोजीशन सेंसर का उपयोग करना आम है, जो 400nm पर भी यूवी प्रकाश को ट्रैक करने के लिए आसानी से सटीक है। या चुने हुए दूरी पर यांत्रिक रूप से कुछ करने के लिए (हमारा सामान नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन के नीचे आसानी से सटीक है)। फिर आमतौर पर आपके इंटरफेरोमीटर इलेक्ट्रॉनिक्स को तेजी से लक्ष्य आंदोलन को ट्रैक करने के लिए पर्याप्त बनाया जाता है ताकि आपको "फ्रिंज हॉप" न मिले, शोर के खिलाफ व्यापार की गति।

— ग्राहम

@ ग्राहम यह बहुत अच्छा है! आप यहां एक और उत्तर जोड़ने और उस पर विस्तार करने पर विचार कर सकते हैं, क्योंकि लेज़रों का उपयोग उस परिदृश्य के हिस्से के रूप में किया जाता है। तो समाई माप निकटतम फ्रिंज को हल करने के लिए पर्याप्त है और इंटरफेरोमेट्री वह है जो इसे "नैनोकण संकल्प के नीचे आसानी से सटीक" बनाता है?

— ऊह

धन्यवाद! मुझे नहीं लगता कि यह अपने आप में एक अलग जवाब देने के लायक है, क्योंकि आपने मूल मुद्दे को बेहतर तरीके से कवर किया है, और शुद्ध-लेजर संस्करण किट का एक साफ सा है। बस उस विशेष बिल्ली को स्किन करने का एक और तरीका बताया गया है

— ग्राहम

क्या आप मेरे उत्तर में जुड़े पेपर के 3.1 को पढ़ सकते हैं? ऐसा लगता है कि गैर-अस्पष्ट विस्थापन माप संभव है। पृष्ठ 287 (या 13 के 5) पर अंतिम पैराग्राफ भी। यह केवल आत्म-मिश्रण के साथ कुछ संभव लगता है, लेकिन मुझे वास्तव में समझ में नहीं आता कि क्यों।

— DKNguyen

@DKNguyen द्विघात पहचान (साइन और कोज़ाइन) का उपयोग करके जिस अस्पष्टता का समाधान किया जाता है, वह विस्थापन की दिशा है। यदि आप केवल झालरें गिनते हैं, तो आप हमेशा यह नहीं बता सकते हैं कि आप दूरी बढ़ा रहे हैं या घटा रहे हैं। यह अस्पष्टताओं के बारे में बात नहीं करता है जिसमें "शून्य कहाँ है?" यह केवल आपको यह सुनिश्चित करने की अनुमति देता है कि क्या आपको किसी भी समय गिनती या नीचे गिनना चाहिए।

— ऊह