Pulsvorm van afstandssensor VL53L1X?

[jkien]

Op internet kun je een laser afstandsmeter kopen om afstanden tot 4 meter te meten, met een precisie in de orde van 2 cm. Hij bevat een goedkope "time-of-flight" sensor, VL53L1X. Deze sensor meet in principe de reflectietijd van een infrarode laserpuls. Ik ben verbaasd dat die precisie haalbaar is met goedkope elektronica, want de reflectietijd moet dan toch met een precisie van 0,1 ns bepaald worden, en de stijgtijd van de puls zal dan 0,1 ns of korter moeten zijn.

Ik heb in het verleden wel eens gezocht naar een mogelijkheid om de lichtsnelheid te bepalen met hobby-elektronica, en dit lijkt een beetje in de buurt te komen. Helaas kan ik op internet geen oscilloscoopbeelden vinden van de golfvorm van de uitgezonden en ontvangen puls. Kan iemand anders die oscilloscoopbeelden vinden?

[CoenCo]

Ik heb onder andere deze twee gevonden:
https://www.researchgate.net/publicatio ... plications

https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/ ... thesis.pdf

Wat ik daaruit haal is dat de steilheid van de flank an sich niet zo belangrijk lijkt. Ook met sinusvormige pulsen kan het. (Tu delft paper pagina 8)

[tymenyel]

Als je het uitgezonden signaal (1MHz tot 10MHz) en het ontvangen signaal door een XOR haalt, en het uitgangssignaal filtert (middelt), dan kan je met een analoog/digitaal omzetter de afstand meten. Als het verder is, dan is de spanning hoger.
De maximale afstand die je kan meten met 1MHz is
c/( 2*f )=3*10^8m/s / (2 * 1 000 000 Hz) = 150m
Ik heb hier de lichtsnelheid iets afgerond, maar dat is toch een theoretische waarde.

[jkien]

De uitleg in je eerste twee zinnen komt zo kryptisch over dat ik er weinig van begreep. Je terminologie vond ik gelukkig terug in een oud physics stackexchange bericht met meer uitleg. Alleen gaat het daar niet om een gepulste laser met een echte ToF-meting (ToF = time-of-flight), maar om een continue laser met 300 MHz amplitudemodulatie, met meting van de faseverschuiving. In de omschrijving van de VL53L1X staat dat het een ToF meting is, het lijkt me dat ToF over een laserpuls gaat.

In een recenter Quora-bericht zag ik een plaatje van een laserpuls die met goedkope elektronica haalbaar is. De pulsduur is in de orde van 10 ns, de stijgtijd is de helft daarvan. Dus een nanosecondepuls, geen picosecondepuls, op het eerste gezicht is de gewenste resolutie van een paar millimeter daarmee niet haalbaar. Daarom is ook hier de eerste gedachte dat de laser gemoduleerd moet worden met circa 300 MHz, gevolgd door meting van de faseverschuiving, dus geen ToF-meting. Helemaal duidelijk is het me eigenlijk nog niet. Maar in de laatste alinea staat tenslotte: "More recently, it was found to be cheaper to quickly make thousands of measurements using laser pulse time of flight and average them to get better resolution. One technique involves adding a dither to improve the resolution after averaging. You will find most of the devices sold today use this technique." Blijkbaar is de pulsvorm en pulsduur dus niet verbeterd, nog steeds in de orde van 10 ns. Hoe de ToF dan precies gemeten wordt staat er niet bij. 'XOR' kan hier niet omdat de puls niet blokvormig is.

Ik heb inmiddels een complete laser afstandsmeter gekocht (15 euro). Hij kan afstanden (tussen object en laserdiode) groter dan 6 cm goed meten; bij kleinere afstanden geeft hij een foutmelding. Dan moet de pulsduur kleiner zijn dan t = 2d/c = 0,12/3⋅10^8 = 0,4 ns. Hij meet afstanden nauwkeurig tot op 2 mm, dus de reistijd meet hij nauwkeurig tot op 0.01 ns = 10 ps. In mijn ogen mag die puls wel een picosecondenpuls genoemd worden.