Мне было интересно, как датчики LIDAR способны измерять расстояния менее 2 мм. Я не понимаю, как они могут это сделать.
Скорость света составляет 300 000 000 м / с, поэтому время прохождения сигнала туда и обратно должно быть в пределах 14 с, что намного превышает возможности современной электроники (> 71 ГГц).
Так как они это делают?
distance
range-detector
Рон Вайс
источник
источник
Ответы:
На 2 мм время полета не используется. Интерферометрия есть. В отличие от времени пролета, которое может реально определять только расстояние (и скорость косвенно), интерферометрия может использоваться для измерения многих других свойств и имеет гораздо более высокую частоту дискретизации. Некоторые удивительные вещи были сделаны с использованием этого принципа, включая LIGO, или проверки влияния гравитации Земли на скорость фотонов, движущихся к поверхности Земли и от нее. Или подслушивать кого-то снаружи дома, измеряя вибрации чего-то в комнате.
Интерферометрия наиболее непосредственно измеряет скорость. Немного проще измерить расстояние.
Вы можете сами поиграть с этим довольно просто (если у вас есть осциллограф), используя технику самосмешивания, которая требует лазерного диода со встроенным контрольным диодом, в противном случае вам понадобится много дорогой оптики, которая затем сделает ее недоступной для вашего компьютера. типичный хобби
Это супер круто Тебе стоит попробовать это. Необходимые лазерные диоды со встроенным фотодиодом можно купить за несколько долларов (1/10 от обычной цены), если вы посмотрите на избыточные электронные магазины, такие как Jameco, а не на такие места, как Mouser или Digikey. Просто проверьте таблицу данных, чтобы убедиться, что внутри находится фотодиод. Вам также не нужен лазерный модуль, который уже может быть подключен для контроля фотодиода для поддержания постоянной оптической мощности, поскольку вам необходим доступ к лазерному диоду.
Демонстрация видео Layman: https://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg
Документ, который имеет больше смысла после просмотра видео, если вы еще не в курсе: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6/371 / pdf, которую также можно прочитать на semanticscholar.org и которую можно найти здесь . Giuliani et al. J. Опт. A: Чистое приложение Оптик 4 (2002) S283 – S294
источник
Хотя в этом ответе говорится «интерферометры», они учитывают только полосы, но не измеряют абсолютные расстояния. Вы можете что-то переместить, сосчитать полосы и их доли, сказать «оно сместилось на 42 длины волны», проверить давление и влажность воздуха, а также оценить текущую длину волны в воздухе, но вы не можете использовать одно, чтобы сказать, что оно переместилось с 2 мм на 2 мм плюс 42 длины волны.
Существуют интерферометры с двумя длинами волн, которые могут попытаться устранить эту неоднозначность, но часто бывают и другие неоднозначности.
При измерении расстояний от миллиметра до метра или около того с помощью лазера часто используется лазерный датчик смещения . Эта ссылка и три ссылки ниже объясняют принцип.
Лазерный луч обеспечивает коллимированный луч света, и чистота длины волны не имеет первостепенного значения, за исключением того, что вы можете использовать фильтр для блокирования сильного окружающего света. Он проецирует точку размером примерно 1 мм на вашу цель на широком диапазоне расстояний и использует визуализирующую линзу и 1D или 2D датчик изображения, видимый со смещения от луча.
Лазер часто пульсирует, и пары «включенных» и «выключенных» изображений могут быть вычтены для дальнейшего усиления лазерного пятна относительно помех на изображении.
Смещение по датчику соответствует смещению вдали от блока. Как только он будет тщательно обнулен, вы можете отключить его, а затем измерить абсолютное расстояние до другого объекта, даже если нет движения. Это гораздо удобнее, чем подсчет полос с помощью интерферометра, где вы всегда должны начинать с нуля, а затем мытье до конца до конечной позиции, подсчитывая полосы по пути.
В этом комментарии упоминается когерентная томография, и это еще одно бесконтактное оптическое измерение абсолютного расстояния. Но обычно он не использует лазеры.
Источник
Источник и Источник
источник