Làm thế nào để laser đo khoảng cách ngắn (<1cm) khi thiết bị điện tử quá chậm để thời gian bay hoạt động?

Tôi đã tự hỏi làm thế nào các cảm biến LIDAR có thể đo khoảng cách dưới 2 mm. Tôi không thấy làm thế nào họ có thể làm điều đó.

Tốc độ ánh sáng là 300.000.000 m / s, vì vậy thời gian khứ hồi nên trong vòng 14 giây, vượt xa khả năng của thiết bị điện tử hiện đại (> 71 GHz).

Vậy họ phải làm việc đó như thế nào?

Ở mức 2 mm, thời gian bay không được sử dụng. Giao thoa kế là. Không giống như thời gian bay chỉ có thể thực sự xác định khoảng cách (và vận tốc gián tiếp), giao thoa kế có thể được sử dụng để đo nhiều tính chất khác và có tốc độ lấy mẫu cao hơn nhiều. Một số điều đáng kinh ngạc đã được thực hiện bằng cách sử dụng nguyên tắc này bao gồm LIGO hoặc xác minh ảnh hưởng của lực hấp dẫn của Trái đất đến tốc độ của các photon truyền tới và đi khỏi bề mặt Trái đất. Hoặc nghe lén ai đó từ bên ngoài ngôi nhà bằng cách đo các rung động của một cái gì đó trong phòng.

Giao thoa kế trực tiếp nhất đo vận tốc. Đó là một chút đơn giản để đo khoảng cách.

Bạn có thể tự chơi với nó khá đơn giản (miễn là bạn có máy hiện sóng) bằng cách sử dụng kỹ thuật tự trộn đòi hỏi một diode laser với một diode màn hình tích hợp, nếu không bạn cần rất nhiều quang học đắt tiền mà sau đó đưa nó ra ngoài tầm với của bạn hobbiest điển hình.

Nó thật tuyệt Bạn nên thử nó. Các điốt laser cần thiết với photodiode tích hợp có thể được mua với giá vài đô la (1/10 giá thông thường) nếu bạn xem các cửa hàng điện tử dư thừa như Jameco, thay vì những nơi như Mouser hoặc Digikey. Chỉ cần đảm bảo kiểm tra biểu dữ liệu để đảm bảo rằng có một điốt quang bên trong. Bạn cũng không muốn một mô-đun laser có thể đã được nối dây để theo dõi điốt quang để duy trì công suất quang không đổi vì bạn cần truy cập vào diode laser.

Trình diễn video của Layman: https://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg

Một bài báo có ý nghĩa hơn rất nhiều sau khi xem video nếu bạn chưa biết: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6/371 / pdf cũng có thể được đọc trong semanticscholar.org và được trả tiền ở đây . Giuliani và cộng sự. J. Quang. A: Táo nguyên chất. Chọn lựa = choose. 4 (2002) S283, S294

Trong khi câu trả lời này nói "giao thoa kế", những người chỉ đếm rìa, họ không đo khoảng cách tuyệt đối. Bạn có thể di chuyển thứ gì đó và đếm các tua và phân số của chúng và nói "nó di chuyển theo 42 bước sóng" và kiểm tra áp suất không khí và độ ẩm và để ước tính bước sóng hiện tại trong không khí, nhưng bạn không thể sử dụng một bước để nói rằng nó di chuyển từ 2 mm đến 2 mm cộng với 42 bước sóng.

Có các giao thoa kế bước sóng kép có thể cố gắng giải quyết sự mơ hồ này nhưng thường có những sự mơ hồ khác.

Khi đo khoảng cách từ milimet đến một mét hoặc hơn bằng cách sử dụng tia laser, thứ thường được sử dụng là Cảm biến dịch chuyển Laser . Liên kết đó và ba liên kết dưới đây đều giải thích nguyên tắc.

Chùm tia laser cung cấp chùm ánh sáng chuẩn trực và độ tinh khiết của bước sóng không phải là yếu tố quan trọng hàng đầu ngoại trừ việc bạn có thể sử dụng bộ lọc để chặn ánh sáng xung quanh mạnh. Nó chiếu một điểm khoảng 1 mm vào mục tiêu của bạn ở một khoảng cách rộng, và sử dụng ống kính hình ảnh và cảm biến hình ảnh 1D hoặc 2D xem từ vị trí bù từ chùm tia.

Tia laser thường được phát xung và các cặp hình ảnh "bật" và "tắt" có thể được trừ đi để tăng cường hơn nữa điểm laser liên quan đến sự lộn xộn của hình ảnh.

Sự dịch chuyển dọc theo cảm biến tương ứng với sự dịch chuyển ra khỏi đơn vị. Khi nó được zero một cách cẩn thận, bạn có thể tắt nó đi và sau đó đo khoảng cách tuyệt đối đến một đối tượng khác, ngay cả khi không có chuyển động. Điều này tiện dụng hơn nhiều so với việc đếm rìa bằng một giao thoa kế, trong đó bạn phải luôn bắt đầu từ số 0 và sau đó tìm mọi cách để đến vị trí cuối cùng của bạn, đếm các đường viền trên đường đi.

Nhận xét này đề cập đến chụp cắt lớp mạch lạc, và đó là một phép đo khoảng cách tuyệt đối, không tiếp xúc, quang học. Nhưng nó thường không sử dụng laser.

Nguồn

Nguồn và nguồn