Datenübertragung über Licht - wie filtern?, Funtkionsweise Laserentfernungsmesser

[Thor_]

Hallo zusammen

Ich habe in einem anderen thread schon erwähnt, dass ich mich neuerdings stark für Laser und deren Anwendung (aller Art) interessiere.
Nun, hier was ich mich frage:

Wenn man das Beispiel vom Laserentfernungsmesser nimmt (der kommuniziert ja eigentlich mit sich selber^^):
Er sendet einen Strahl aus, der zu ihm zurück reflektiert wird. Wie erreicht man, dass nur dieser ausgesendete Strahl aufgenommen wird?

Legt man eine Laseriode mit einer Wellenlänge von 670nm zugrunde, also rot. Man kann nun vor dem Empfangsfenster einen Filter platzieren, der alle anderen Wellenlängen ausfiltert.
Nun gibt es aber auch immer noch anderes Licht (z.B.: von der Sonne, oder von anderen künstlichen Lichtquellen). Wie wird erreicht, dass der Entfernungsmesser nicht von diesem anderen Licht "verwirrt" wird? Diese Geräte funktionieren ja nicht nur in volkommener Dunkelheit.
(Sorry für die dumme Beschreibung, ich kanns nicht besser eklären was ich meine;))

Und noch eine andere Frage: Sobald der Laserstrahl auf die Wand (oder was auch immer) trifft, ist es ja nicht mehr ein gebündelter Strahl, sondern ein diffuser Lichtpunkt. Dieses diffuse Licht wird ja auch vom Auge aufgenommen und so "gesehen".
Wie sieht der Entfernungsmesser dieses Licht? Reicht da eine normale Photodiode?

So, ich hoffe ich konnte mich klar genug ausdrücken und ihr könnt mir helfen :)

Liebe Grüsse
Thor_

[ranke]

Als Empfänger kann man eine Fotodiode nehmen, allerdings wird man eine entsprechende Optik vorschalten (ähnlich wie ein Fernrohr, zusätzlich noch Farbfilter, wie von Dir schon erwähnt). Damit kann man schon viel Störlicht wegnehmen. Außerdem muß man die Spannung an der Fotodiode entsprechend verstärken. Die Störlichtunterdrückung macht man, indem man das Licht in einer bestimmten Frequenz ein- und ausschaltet. Den Verstärker für das empfangene Licht baut man dann so, dass er selektiv nur Wechselspannung der bestimmten Frequenz verstärkt. Die meisten Störlichtquellen liefern gleichförmiges Licht (Sonne) oder mit relativ niedrigen Frequenzen moduliert (Kunstlicht z.B. mit der doppelten Netzfrequenz, also 100Hz).

[Besserwessi]

Die Entfernungsmesser nutzen vor allem die Frequenz der "Modulation" zur Trennung vom Hintergrund. Es werden nur ganz kurze und dafür sehr Intensive Lichtpulse gesendet und auch nur höherfrequente Signal Ausgewertet. Das Hintergrundlicht ist in der Regel nicht so schnell Moduliert und hat entsprechend kaum Anteile bei hohen Frequenzen (also etwa > 100 MHz). Zusätzlich wird die Laserwellenlänge genutzt und auch die Richtung aus der das Licht kommt. Das Licht ist zwar Diffus, aber man weiß ja wo der Sendestrahl hingeht. Das Nutzsignal kommt also genau aus der Richtung, auch wenn viel am Empfänger vorbei geht. Die Abgrenzung hilft auch das Rauschen des Empfängers klein zu halten..

Als Empfänger braucht man vor allem einen schnellem Empfänger - das sind schon spezielle sehr schnelle Photodioden, etwa Lawinendioden.

[Schachmann]

Kurze Rede - langer Sinn: http://de.wikipedia.org/wiki/Abstandsmessung_(optisch)

Gruß,
Ralf

[Thor_]

Hallo zusammen

Das heisst, das man die Sendequelle z.B. mit 1000Hz moduliert (einfach als Beispiel).

Auf der Empfangsseite sieht es dann folgendermassen aus:
Fotodiode -> Op-Amp -> Tiefpass / Hochpass (je nach Senderfrequenz).
?

@Besserwesi

Zusätzlich wird die Laserwellenlänge genutzt
Was genau meinst du? Einfach das anderes Licht mit Filtern ausgefiltert wird?

@Schachmann
Danke für den Link, habe ich mir natürlich bereits bevor ich hier gefragt habe zu Gemüte geführt.


Auch wenn das alles jetzt abschweift habe ich das Gefühl etwas ganz anderes Verstanden zu haben:
Meine Theorie: (Achtung: Ich habe das noch nie verstanden, wenn es so funktionieren würde wäre ja cool. Ich habe nicht vor das zu bauen, dient nur dem Verständnis. Auch hier: den Wikipedia-Artikel habe ich bereits;). Auch das das in der Realität wohl anders gemacht wird ist mir klar)
Beim Radio hat man eine Trägerfrequenz (z.B.: 108Mhz) sowie ein Tonsignal, z.B.: eine Sinuskurve mit 50Hz.
Diese Dinuskurve wird auf das trägersignal aufgelegt (wie weis ich jetzt noch nicht;)) und so versendet.

Auf der Empfängerseite braucht man eine Kombination zwischen Hoch- und Tiefpass, so dass diese einen frequenzbereich von ca. 1Mhz durchlassen. Dieser wird nun über das Poti so eingestellt, dass das durchgelassene Band bei 107.5 bis 108.5 Mhz liegt. Dieses Band geht nun nochmals in einen Tiefpass, der nur Frequenzen < 30KHz durchlässt, übrig bleibt das Sinussignal.

[Besserwessi]

Der Trick bei der Datenübertragung ist die Modulation. Bei der optischen Übertragung ist das in der Regel ein Veränderung der Intensität des Lichtes mit einer deutlich niedrigeren Frequenz als des Lichtes. Beim AM -Radio ist das eigentlich genau so, nur das die Frequenz des Trägers deutlich kleiner ist. Im UKW Bereich (also das Beispiel 108 MHz) wird allerdings Frequenzmoduliert - was im optischen nicht üblich ist.

Die Auswertung ist allerdings anders als Beschrieben: Erst hat man einen Bandpassfilter - wenn man so will eine Kombination aus hoch und Tiefpass, so dass nur ein schmaler Bereich um die Trägerfrequenz durch kommt. Danach wird durch eine Art Gleichrichter die Amplitude des Signals bestimmt und erst dann mit einem Tiefpassfilter das Signal auf die kleinere Signalfrequenz (z.B. 5 kHz beim AM Radio) begrenzt. So erhält man das Signal zurück.

Bei der Optischen Übertragung ist der Bandpass am Eingang ein ggf. vorhandener optischer Filter der z.B. nur die Laserwellenlänge durchlässt. Die Fotodiode macht die "Gleichrichtung" und danach folgt der Tiefpass.

e nach Anwendung wird bei der Optischen Übertragung noch ein 2. mal Moduliert, also die Daten nicht direkt übertragen sondern so etwas wie das Radiosignal übertragen, das dann noch einmal Dekodiert wird. Dies ist nötig weil man bei niedriger Frequenz viele Störungen durch das Hintergrundlicht hat. Ein Beispiel sind die üblichen IR Fernbedienungen: Da bekommt die IR LED entwerder ein Signal mit z.B. 38 kHz für eine "1" oder kein Signal für eine "0". Vor der Fotodiode wird erst auf z.B. 750-1000 nm grob gefiltert - dann mit der Fotodiode eine elektrische Signal erzeugt und das auf den Bereich um 38 kHz gefiltert. Die Amplitude des 38 kHz Signals wird dann Ausgewertet und entweder als 1 oder 0 interpretiert.

[Schachmann]

Die Auswertung ist allerdings anders als Beschrieben: Erst hat man einen Bandpassfilter - wenn man so will eine Kombination aus hoch und Tiefpass, so dass nur ein schmaler Bereich um die Trägerfrequenz durch kommt. Danach wird durch eine Art Gleichrichter die Amplitude des Signals bestimmt und erst dann mit einem Tiefpassfilter das Signal auf die kleinere Signalfrequenz (z.B. 5 kHz beim AM Radio) begrenzt. So erhält man das Signal zurück.


Ich dachte eigentlich, man gibt das Signal in einen PLL. lässt den VCO auf der Trägerfrequenz schwingen und ermittelt aus der Fehlerspannung des Phasen-Comparators das Ursprungssignal - oder hab' ich da was falsch verstanden?

Gruß,
Ralf

[Besserwessi]

Die Auswertung mit dem PLL macht man teils bei Frequenz oder Phasen-moduliertem Signal, nicht für amplitudenmodulierte Signale. Auch da ist der PLL nur eine von mehreren Möglichkeiten. Für den UKW Bereich wie 108 MHz ist das die normale Modulation - von daher ist der Gedanke nicht so falsch, nur das lässt sich nicht so einfach auf die Optik übertragungen.

[Schachmann]

(also das Beispiel 108 MHz) wird allerdings Frequenzmoduliert
Ja, es war ja die Rede von FM. Aber wieso sollte sich das nicht übertragen lassen? Er lässt den VCO im PLL mit annähernd Trägerfrequenz schwingen. Dann hat er entweder keine Frequenz im ankommenden Signal oder halt die Trägerfrequenz. An der Stelle kann man sogar den XOR-Phasen-Comparator nehmen und das Signal relativ einfach auswerten. Der 4046 z.B. kann bei 5V schon bis 1MHz max. Frequenz, würde also wahrscheinlich schon ausreichen.
Gruß,
Ralf

[Besserwessi]

Optisch wird man in aller Regel erst einmal AM Modulation nutzen, also die Leistung des Lichts Variieren. Erst in einer 2. Stufe (z.B. der 38 kHz Träger bei FS Signal) kommt dann auch FM oder eine andere Modulation in Frage. Auch hier ist aber AM Modulation möglich und einfach.