Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Измерение расстояния
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника > Метрология, датчики, измерительная техника
Страницы: 1, 2
Arthur_Sh
Добрый день.
Подскажите пожалуйста, есть ли в природе датчики для измерения расстояния от излучателя к сенсоры. Расстояния меньше метра, а вот точность требуется до сотых мм. Заранее спасибо.
bvn123
- что измерять, абсолютное расстояние или разницу расстояний,
- допускается ли размещение излучателя и приемника рядом друг с другом и отражателя на объекте, до которого измеряется расстояние.
-если дополнить экзотикой - можно ли тянуть механическую линейку (в виде шкалы, нанесенной на торец платформы, например)/вращать прецизионную червячную передачу и т.д.

лазерный интерферометр измерит разницу расстояний, для абсолютного измерения нужна точка отсчета, разрешение в доли мкм

по принципу лазерного дальномера (вычислять задержку) вряд ли:
скорость света 3E8 м/с, при проходе до отражателя и обратно расстояние увеличивается вдвое, если разрешение (не точность) 0,015мм (для упрощения расчета), удвоенное значение 0,03мм или 3E-5м,
требование к разрешению по времени 3Е-5 / 3Е8 = 1Е-13с или 0,1пикосекунда,
у микросхем ACAM TDC режим повышенного разрешения 10пс
что-то свое с заполнением 10ТГц или фазовый детектор с разрешением 0,1пс - интересно было бы взглянуть...
Arthur_Sh
Цитата(bvn123 @ Aug 11 2017, 20:01) *
- что измерять, абсолютное расстояние или разницу расстояний,
- допускается ли размещение излучателя и приемника рядом друг с другом и отражателя на объекте, до которого измеряется расстояние.
-если дополнить экзотикой - можно ли тянуть механическую линейку (в виде шкалы, нанесенной на торец платформы, например)/вращать прецизионную червячную передачу и т.д.

лазерный интерферометр измерит разницу расстояний, для абсолютного измерения нужна точка отсчета, разрешение в доли мкм

по принципу лазерного дальномера (вычислять задержку) вряд ли:
скорость света 3E8 м/с, при проходе до отражателя и обратно расстояние увеличивается вдвое, если разрешение (не точность) 0,015мм (для упрощения расчета), удвоенное значение 0,03мм или 3E-5м,
требование к разрешению по времени 3Е-5 / 3Е8 = 1Е-13с или 0,1пикосекунда,
у микросхем ACAM TDC режим повышенного разрешения 10пс
что-то свое с заполнением 10ТГц или фазовый детектор с разрешением 0,1пс - интересно было бы взглянуть...


Отражатель можно разместить, точнее таких отражателей может быть три (образуют треугольник и в вершине пара: излучатель-приемник)
bvn123
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 11 2017, 22:26) *
Отражатель можно разместить, точнее таких отражателей может быть три (образуют треугольник и в вершине пара: излучатель-приемник)

тогда рассмотрите возможность применения лазерного интерферометра.
Arthur_Sh
Цитата(bvn123 @ Aug 12 2017, 08:20) *
тогда рассмотрите возможность применения лазерного интерферометра.

очень дорого(((
Onkel
Дешевые оптические дальномеры дают точность 0,5 мм при диапазоне 150 мм. Так что любое решение с требуемой вам точностью будет "дорого", поскольку нужное вам разрешение порядка длины волны света.
blackfin
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 11 2017, 17:16) *
Подскажите пожалуйста, есть ли в природе датчики для измерения расстояния от излучателя к сенсоры. Расстояния меньше метра, а вот точность требуется до сотых мм.

Фазовые дальномеры, ЕМНИП, дают примерно такую точность: Leica Absolute Distance Meter.
bvn123
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 13 2017, 18:44) *
очень дорого(((

можно удешевить комплектацию, если собирать самому,
на ebay прдлагают БУ лазеры,
если под фазовый дальномер, можно найти двухчастотные (частота биений между двумя частотами лазера может быть порядка нескольких МГц, на этой частоте измерять фазу принимаемого сигнала относительно опорного)

дешевле ли в итоге?
неизвестно, в каком состоянии БУ лазеры, требуют ли восстановления,
понадобится оптик, по электронике - кондиционирование аналоговых сигналов (в зависимости от расстояния и диапазона требования могут быть суровы), возможно, питание лазера, вычисление фазы - FPGA (PLD) + микроконтроллер + интерфейс для передачи в РС; программист - приложение для РС, программы FPGA, микроконтроллера, механика, оборудование; все это надо аттестовать...
Plain
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 11 2017, 17:16) *
Расстояния меньше метра

А больше чего — микрона, что ли?

Цитата(Arthur_Sh @ Aug 13 2017, 18:44) *
очень дорого

Это сколько конкретно?

Вы сразу назовите, на каком десятке страниц темы собираетесь соизволить выдать ТЗ, чтобы участники форума не занимались фигнёй, а сразу знали, к какому примерно году сюда заглянуть.
Arthur_Sh
Цитата(Plain @ Aug 14 2017, 06:01) *
А больше чего — микрона, что ли?


Это сколько конкретно?

Вы сразу назовите, на каком десятке страниц темы собираетесь соизволить выдать ТЗ, чтобы участники форума не занимались фигнёй, а сразу знали, к какому примерно году сюда заглянуть.


Необходимо измерять расстояние в диапазон от 200мм до 1000мм, точность до 0.01мм и вопрос был. существуют ли готовые сенсоры. В данном случае, уважаемый Plain, Ваши замечания не уместны.
gregory
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 14 2017, 13:35) *
Необходимо измерять расстояние в диапазон от 200мм до 1000мм, точность до 0.01мм и вопрос был. существуют ли готовые сенсоры. В данном случае, уважаемый Plain, Ваши замечания не уместны.

OMRON ZX-LT001 0 to 2000 mm разрешение 4 µm Optical system- Through-beam
bvn123
при определенных условиях, требования к которым вы не указали, может прокатить и такой вариант:
-USB-микроскоп
-шкала с шагом 0,01мм сбоку платформы

все это при условия:
платформа - таки да, и она есть;
движется по одной координате;
не должно быть грязи/подтекающего масла и т.д.
ничего не мешает разместить микроскоп рядом, а компьютер неподалеку:
к шкале жесткие требования по температурному расширению, старению материала (менее 0,01мм (10мкм) на 1000мм);
ваша возможность заказать/изготовить/оплатить такую шкалу - слышал, что делают штрихи и с шагом 1мкм на коротких шкалах,

существуют прецизионные червяки - вдруг ваше устройство совсем легкое и можно сделать червяк с шагом, например, 2мм, 1/20 оборота - и движение на 0,01мм, а люфт на вашей совести.

предлагаю назвать ваше устройство ССОНС - совершенно секретный объект низкой стоимости
blackfin
Цитата(bvn123 @ Aug 14 2017, 15:25) *
при определенных условиях, требования к которым вы не указали, ...

Тогда зачем додумывать за ТС?

Может, ТС нужно измерять расстояние раз в миллисекунду.. И что будет с вашими "прецизионными червяками", если расстояние до обьекта измерения за эту миллисекунду изменится на 900 миллиметров?

wacko.gif
bvn123
Цитата(blackfin @ Aug 14 2017, 15:39) *
Тогда зачем додумывать за ТС?

Может, ТС нужно ...

wacko.gif

и я о том же: требования нужны
Plain
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 14 2017, 11:35) *
диапазон от 200мм до 1000мм, точность до 0.01мм ... Ваши замечания не уместны

Тем не менее, выдам прописную истину, что проектирование подобных систем производится в неотемлемой связи всех их составляющих на всех этапах.

Если же разделение труда приняло совсем уж гипертрофированные формы, выраженные в решении задач за пару недель до конца года, авралом, на бегу, типа кормильцем нашим всемогущим Калманом и однодолларовым гироскопом, как в Вашей предыдущей теме, значит в консерватории не "малость подкрутить", а форменный бардак.
blackfin
Цитата(Plain @ Aug 14 2017, 16:15) *
Если же разделение труда приняло совсем уж гипертрофированные формы, ...

Скорее, редуцированные формы.. wink.gif

Схема разделения труда:

Начальник => Исполнитель => Форум => Plain => Исполнитель => Начальник.

biggrin.gif
rudy_b
Есть системы, подобные цифровому штангенциркулю
Есть специальные, например такие или такие.
Arthur_Sh
Я уже получил ответ в этой теме, насчет сенсоров. И предыдущая тема уже закрыта, т.к. решение по ней найдено. За что и спасибо)))
А насчет разделения труда, так форум для того и существует, что бы спрашивать, а уж отвечать по теме или нет это личное дело каждого.
Arthur_Sh







Вот для такой задачи требуется точно измерять расстояния. Существующие датчики не подходят, поскольку верхняя платформа движется, а расстояния необходимо определять точно до точек, в которых установлены приемные сенсоры.
Максимальное расстояние 1000мм, минимальное 50мм, можно ли использовать фазовый метод измерения? Возьмем частоту 300мгц, длина волны (приблизительно) 1м. Изменяя расстояние от 0 до 1000мм получим изменение фазы 0-360гр. В теории верно или нет?
bvn123
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 22 2017, 09:54) *
Максимальное расстояние 1000мм, минимальное 50мм, можно ли использовать фазовый метод измерения? Возьмем частоту 300мгц, длина волны (приблизительно) 1м. Изменяя расстояние от 0 до 1000мм получим изменение фазы 0-360гр. В теории верно или нет?

каким методом будете преобразовывать фазу для измерения с разрешением, линейностью, не говоря уже о погрешности, не хуже 1/100000 от шкалы, к тому же на частоте 300МГц?
в какой сигнал, в напряжение, пропорциональное фазе, в число импульсов?
Arthur_Sh
Цитата(bvn123 @ Aug 24 2017, 05:46) *
каким методом будете преобразовывать фазу для измерения с разрешением, линейностью, не говоря уже о погрешности, не хуже 1/100000 от шкалы, к тому же на частоте 300МГц?
в какой сигнал, в напряжение, пропорциональное фазе, в число импульсов?

Вопрос был теоретическим, можно ли таким способом измерить расстояние, больше вариантов пока нет.
Самое простое решение в лоб, это напрямую оцифровывать несущую 300мГц и в плисине делать измерение фазы. Может что то есть попроще.
bvn123
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 24 2017, 08:55) *
Вопрос был теоретическим, можно ли таким способом измерить расстояние, больше вариантов пока нет.
Самое простое решение в лоб, это напрямую оцифровывать несущую 300мГц и в плисине делать измерение фазы. Может что то есть попроще.

при 300МГц заданное вами разрешение 1/100000,
- оцифровывать: АЦП? сколько разрядов, какая частота выборки? какое разрешение при этом получите? ознакомьтесь с доступными АЦП
- заполнять импульсами? какова тактовая частота ПЛИС, которую можете использовать? какое разрешение при этом получите
прикиньте на теоретическом уровне - в идеальных условиях.
PLD Altera шли с тактовой частотой 220МГц, FPGA 400МГц, какая-то фирма планировала выпускать на 2ГГц (сведения несколько устаревшие)

см. в начале об интерферометре, на ваши 1000мм будет множество интерференционных полос, их надо считать, возможно формирование sin и cos сигналов, далее как в инкрементных энкодерах : в зависимости от соотношения фаз этой пары сигналов определяется направление движения и что делать с импульсами - суммировать или вычитать в счетчике.

по картинке не ясно, у вас движение в трех или в двух плоскостях, сможете ли вообще посылать сфокусированное лазерное излучение в фотоприемник
Arthur_Sh
Цитата(bvn123 @ Aug 24 2017, 09:14) *
по картинке не ясно, у вас движение в трех или в двух плоскостях, сможете ли вообще посылать сфокусированное лазерное излучение в фотоприемник


движение в 3х плоскостях, поэтому фокусировать излучение в фотоприемник не представляется возможным. Поэтому и рассматриваю такой себе радиодальномер. если я правильно понимаю конструкцию радиодальномеров, то там никто не заморачивается с высокими частотами, измеряют фазу модулирующего сигнала.
rudy_b
С учетом отражений от окружающей среды заданную точность получить будет проблематично.
Arthur_Sh
Цитата(rudy_b @ Aug 25 2017, 16:00) *
С учетом отражений от окружающей среды заданную точность получить будет проблематично.

а если уменьшить диапазон, не 1000мм, а скажем, 500?
blackfin
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 24 2017, 10:01) *
..если я правильно понимаю конструкцию радиодальномеров, то там никто не заморачивается с высокими частотами, измеряют фазу модулирующего сигнала.
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 25 2017, 16:56) *
а если уменьшить диапазон, не 1000 мм, а скажем, 500?

Похоже, вы неправильно понимаете конструкцию радиодальномеров..

Если измерять расстояние в течение месяца и если отношение сигнал/шум на выходе TIA превышает 192 дБ, то легко можно получить точность меньше одного микрона в диапазоне 1000 мм..

biggrin.gif
Arthur_Sh
Цитата(blackfin @ Aug 25 2017, 21:21) *
Похоже, вы неправильно понимаете конструкцию радиодальномеров..

Если измерять расстояние в течение месяца и если отношение сигнал/шум на выходе TIA превышает 192 дБ, то легко можно получить точность меньше одного микрона в диапазоне 1000 мм..

biggrin.gif


Вполне может быть, не затруднит вас прояснить?
blackfin
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 25 2017, 23:08) *
Вполне может быть, не затруднит вас прояснить?

Измерение фазового сдвига Sin
Arthur_Sh
Цитата(blackfin @ Aug 26 2017, 07:52) *

насчет измерения фазового сдвига, большое спасибо. А вот по конструкции дальномера и как ее можно адаптировать к моим требованиям не могли бы подсказать?
rudy_b
Транспондер поможет уйти от внешних переотражений, но джиттер задержки должен быть порядка сотых пикосекунды, что малореально. Ну и перейти на десяток-другой ГГц.

Но, скорее всего, радиодальномером эта задаче не решается. Подобные задачки сейчас решают через оптику (в смысле подсветки и определения координат по реперным отражателям видеокамерами) с несколько меньшей точностью.
Arthur_Sh
Цитата(rudy_b @ Aug 26 2017, 17:12) *
Транспондер поможет уйти от внешних переотражений, но джиттер задержки должен быть порядка сотых пикосекунды, что малореально. Ну и перейти на десяток-другой ГГц.

Но, скорее всего, радиодальномером эта задаче не решается. Подобные задачки сейчас решают через оптику (в смысле подсветки и определения координат по реперным отражателям видеокамерами) с несколько меньшей точностью.

оптика не подойдет, т.к. запыленная, задымленная среда может быть.
rudy_b
Тогда нужно просто пробовать. Но частоту нужно взять как можно больше - длина волны меньше и точность измерения фазы можно снизить.

Использовать принцип, используемый в лазерных дальномерах.

Я бы, для начала, взял бы лазерный дальномер (там есть правильная схема формирования сигнала модуляции и гетеродинирования принимаемого сигнала), вытащил бы из него сигнал модуляции (усилить и передать), а принимаемый сигнал усилил и подсунул в качестве приемного. Точность, понятно, будет ниже требуемой, но опыта наберетесь.

На сайте была тема о лазерных дальномерах, поищите, там было много полезного.
Arthur_Sh
Есть микросхемы 79гГц радаров как для авто, так и для пром применения и похожие чипы есть для 24гГц. И отладки есть на их базе и не очень дорогие.
Вопрос в другом, вы говорите, что увеличивая частоту мы можем позволить уменьшить точность определения разности фаз. А не могли бы вы привести выражение для этого? Для случая, когда мы измеряем расстояние по разнице фаз, d=λ*∆φ/2π но если у нас длина волны существенно будет меньше диапазона измеряемого расстояния, то как в таком случае считать его?
rudy_b
sin/cos счетчиком фазовых переходов, так же как в стандартном механическом энкодере. В начале работы система приводится в некое исходное состояние, затем начинает считать число переходов в + или -. Значение счетчика помножается на длину волны и добавляется к измеренной фазе (доле длины волны).
Arthur_Sh
Цитата(rudy_b @ Aug 28 2017, 15:21) *
sin/cos счетчиком фазовых переходов, так же как в стандартном механическом энкодере. В начале работы система приводится в некое исходное состояние, затем начинает считать число переходов в + или -. Значение счетчика помножается на длину волны и добавляется к измеренной фазе (доле длины волны).

а полное выражение для расстояния не могли бы привести?
rudy_b
Расстояние=(Счетчик +фаза(град)/360)*Длину волны + константа(определенная в начальной позиции)
Arthur_Sh
А если излучатели и приемники будут закреплены на стальных элементах конструкции, металл будет мешать или вносить ошибки в измерения?
rudy_b
Естественно. Отражения будут добавлятся к сигналу приемника и могут существенно сдвигать его фазу.

В лазерном дальномере этого нет, пятно света мало, а в радиодальномере облучается все окружение и получается средняя температура по больнице.
Tanya
Извините меня, господа, но я никак не могу понять, что вы тут обсуждаете. Измерять расстояние с такой точностью можно только между точечными объектами с размерами много меньше требуемой точности.
Можно измерять между плоскостями, если они параллельны в процессе...
Еще есть вариант с идеальной сферой. Например, сферический конь в вакууме.
Arthur_Sh
А в чем принципиальная проблема измерения расстояния между излучателем и приемником? Самая большая проблема, как мне видеться, это борьба с многолучевым приемом. Именно он будет искажать результаты, т.к. и излучатели и приемники находятся на металлических конструкциях.
Фрол Кузьмич
Цитата(Arthur_Sh @ Aug 14 2017, 11:35) *
Необходимо измерять расстояние в диапазон от 200мм до 1000мм, точность до 0.01мм и вопрос был. существуют ли готовые сенсоры.

Посмотрите т.н. триангуляционные датчики положения. Для них в диапазоне до метра точность 0,1 мм обычное дело, думаю и до 0,01 мм найдутся.
Arthur_Sh
Цитата(Фрол Кузьмич @ Sep 6 2017, 09:09) *
Посмотрите т.н. триангуляционные датчики положения. Для них в диапазоне до метра точность 0,1 мм обычное дело, думаю и до 0,01 мм найдутся.

измерять необходимо расстояние от точки к точке. при том, что или излучатель или приемник меняет свое положение (см. рис)
x736C
Цитата(Arthur_Sh @ Sep 11 2017, 11:19) *
измерять необходимо расстояние от точки к точке. при том, что или излучатель или приемник меняет свое положение (см. рис)

Т.к. задача в тупике, то, может быть, вам стоит дать больше подробностей о целях и задачах.
Иногда проблему можно решить, зайдя с другой стороны и совсем другим способом.
Что за платформа и зачем такая точность? Немного приоткройте завесу, пожалуйста.
Arthur_Sh







роботизированый манипулятор. Необходимо измерять два полярных угла с точностью до 0.1град. заменять шаровую опору нельзя, измерять длину линейных актуаторов нет смысла, т.к. могу т быть люфты.
x736C
Вроде бы недавно подозрительно похожая задача обсуждалась.
Сегодняшние микромеханические инклинометры имеют на один-два порядка лучшую точность, чем вы обозначили.
Вопрос еще в том, в каких углах работает ваш манипулятор.
Наверняка такое решение рассматривалось и почему-то не подошло. Хотелось бы услышать соображения.

UPD: Кажется, в том обсуждении проблема была с азимутальным углом.
Но с такой кинематической схемой будет происходить не вращение по азимуту (вокруг одной оси), а вращение манипулятора вокруг двух осей.
Поэтому такой подход, на мой взгляд, вполне может подойти. Имеется в виду измерение углов с помощью MEMS-датчиков.
Два угла (зенитный и азимутальный) извлекаются уже математикой.

UPD2: Тут еще вылезает проблема динамического режима. Тоже зависит от конкретных требований к манипулятору. Время переходного процесса, перерегулирование и т.д.

UPD3: И кстати, почему так пугают люфты. Их можно учесть, списать, провести калибровку, тарировку и вообще попробовать всячески с ними побороться.
Есть разные люфтовыбирающие конструкции, привод можно доработать.
Arthur_Sh
Цитата(x736C @ Sep 12 2017, 19:52) *
Вроде бы недавно подозрительно похожая задача обсуждалась.
Сегодняшние микромеханические инклинометры имеют на один-два порядка лучшую точность, чем вы обозначили.
Вопрос еще в том, в каких углах работает ваш манипулятор.
Наверняка такое решение рассматривалось и почему-то не подошло. Хотелось бы услышать соображения.

UPD: Кажется, в том обсуждении проблема была с азимутальным углом.
Но с такой кинематической схемой будет происходить не вращение по азимуту (вокруг одной оси), а вращение манипулятора вокруг двух осей.
Поэтому такой подход, на мой взгляд, вполне может подойти. Имеется в виду измерение углов с помощью MEMS-датчиков.
Два угла (зенитный и азимутальный) извлекаются уже математикой.

UPD2: Тут еще вылезает проблема динамического режима. Тоже зависит от конкретных требований к манипулятору. Время переходного процесса, перерегулирование и т.д.

UPD3: И кстати, почему так пугают люфты. Их можно учесть, списать, провести калибровку, тарировку и вообще попробовать всячески с ними побороться.
Есть разные люфтовыбирающие конструкции, привод можно доработать.



Вполне может быть, что обсуждалась, я реально уже замучился с ней)))
Манипулятор имеет 3 степени свободы, 3я степень - вращение вокруг собственной оси, что ставит крест на использовании инклинометров. Если бы не было этого вращения, то математика для извлечения углов простейшая.
x736C
Цитата(Arthur_Sh @ Sep 13 2017, 08:16) *
Манипулятор имеет 3 степени свободы, 3я степень - вращение вокруг собственной оси

Вероятно, до конца не врубаюсь, но..
Вращение вокруг собственной оси — это именно то, что наполняет идею смыслом.
Манипулятор совершает повороты вокруг шарнирной опоры по трем углам.
Два угла — зенитный и азимутальный. С зенитным углом все просто, отбрасываем.
Вращение по азимуту сопровождается разворотом манипулятора вокруг собственной продольной оси, которое назовем креном.
Вроде бы при шарнирной опоре это должно быть именно так.
А если это так, то азимутальный угол можно вычислить через крен.
Иначе говоря, если при задании вращения манипулятора по азимуту верхние точки крепления приводов меняют свою высоту относительно основания, то угол, имхо, можно вычислить с помощью датчиков углов.
Другое дело, что этот крен зависит от разнесенности точек крепления приводов и шарнирной опоры манипулятора и может быть очень мал. Просто не хватит разрешающей способности, чтобы вычислить азимутальный угол с точностью 0.1 град.
Arthur_Sh


x736C
Классная гифка. для понимания очень нехватало. А можно попросить такую же, но во фронтальной проекции?

Кстати говоря, по сравнению с предыдущими изображениями вы сдвинули верхние точки крепления актуаторов.
Если не сложно, верните обратно для гифки.
x736C
Кстати еще один неочевидный момент. Реальное движение будет отличаться от этой модели, которая не учитывает перекашивающий момент от сил, создаваемых актуаторами.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2018 Invision Power Services, Inc.