Detección de láser de línea con fotodiodo y Arduino

Estoy buscando experimentar con una especie de configuración de faro de Valve Light. Compré láseres de línea y fotodiodos pin (BPW34) y logré detectar con éxito la línea láser. El fotodiodo está en paralelo con una resistencia de 10K; esto parece dar los mejores resultados. He probado con 100k, 18k y 1k por ejemplo. El fotodiodo se conecta a un puerto analógico de un Arduino con un voltaje de referencia de 1.1v. El láser de línea es de 5mW y está conectado a 3.3v. La línea parece clara y visible a 5 metros.

El problema al que me enfrento es que la distancia que detecta la línea es de un máximo de ~ medio metro. El faro de Valve detecta 10 m fácilmente. ¿Cómo consiguen este rendimiento fenomenal?

Creo que podría mejorarlo con los siguientes métodos:

  • Usando un comparador que compara la línea del fotodiodo con una línea filtrada de paso bajo del fotodiodo.
  • Implementar un amplificador usando (por ejemplo, un amplificador operacional o un transistor).
  • Usando un receptor IR en su lugar. Tengo algunos por ahí, pero no conseguí que funcionaran con otro láser, así que no estoy seguro de eso.
  • O usando un fotodiodo diferente, que funcione de 700nm a 1100nm, como BPW 34 FS

¿Alguien tiene alguna idea de qué aumentaría mejor la distancia?

Permítanme agregar este enlace: gizmodo.com/… . Sin este contexto, la pregunta es completamente incomprensible para alguien (como yo) que nunca ha oído hablar de este dispositivo. Además, me parece que esta aplicación depende de la rápida respuesta del fotodiodo. Como tal, definitivamente debería usar polarización inversa y probablemente un amplificador de transimpedancia para mejorar la sensibilidad.

Respuestas (2)

En primer lugar, el Lighthouse emite mucha más potencia óptica. En lugar de un pequeño y endeble láser de 5 mW, aparentemente usan una cadena de láseres, y puedes obtener fácilmente 10 veces más potencia con ese tipo de configuración.

En segundo lugar, parece que se ha perdido por completo la idea básica sobre los emisores/receptores. Si su láser produce una línea visible (y parece que lo hace), ¿por qué demonios intentaría detectarlo con un receptor IR? La hoja de datos de BPW34 www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf le otorga una sensibilidad máxima a 950 nm, pero también funciona en longitudes de onda visibles, pero con menor sensibilidad. Está utilizando un láser visible, por lo que esperaría una menor sensibilidad de su configuración que la posible con un emisor IR de la misma potencia. E ir a un BPW FS solo empeorará las cosas, ya que el FS incorpora un filtro de rechazo visible, por lo que no verá su láser visible en absoluto. Esto también explica por qué no puede detectar otros láseres con un receptor IR, aunque hay otros problemas, como la modulación, sobre los que debe aprender.

Lo que sí necesita es un filtro de paso de banda estrecho en la longitud de onda de su láser. Puedes encontrarlos en eBay. Si obtiene algo, tenga en cuenta que, para que sea realmente efectivo, tendrá que hacer una carcasa hermética a la luz para su diodo para que solo la luz que ha pasado por el filtro llegue al diodo. Realmente necesitas hacer algo como esto de todos modos. Prueba este experimento. Con el láser apagado, coloque una caja sobre su PD y tome una lectura. Llámalo tu punto cero. Ahora saque la caja y tome otra lectura, y llame a esto su nivel ambiental. Finalmente, encienda su láser y tome una tercera lectura, llámela su nivel activo. Si el ambiente es significativamente diferente de cero (y lo será), esto representa un nivel de luz láser que no se puede medir, ya que el láser está siendo enmascarado por el ambiente.

Un amplificador es probablemente una buena idea, pero claramente será una experiencia de aprendizaje para usted.

Parece que te has perdido el hecho de que el faro usa dos fuentes de luz. Los LED IR proporcionan un pulso de referencia de tiempo omnidireccional, mientras que los espejos giratorios barren un par de láseres de línea verde a través del espacio. En otras palabras, es una versión óptica del sistema VOR (radio) de la aeronave que ha estado en uso durante casi 70 años.
@DaveTweed: sí, no estaba seguro de los artículos que encontré. El único artículo que parece acertado parece indicar dos conjuntos de láser lineales, uno para barrido horizontal y otro para vertical. Parece claro que no están haciendo un escaneo xy de un solo punto. he editado Gracias.
Gracias por la respuesta. Estoy empezando con la electrónica y estoy aprendiendo sobre la marcha; gracias por ayudar Pero su comentario me ha hecho darme cuenta de que estoy usando un láser de 650 nm y eso está ejerciendo presión sobre la visibilidad. Deduzco que este sería un mejor láser para mi caso: nl.aliexpress.com/item/… . ¿Me recomendaría usar el BPW FS con eso o simplemente debería ceñirme a mi BPW actual y aplicar filtros? A juzgar por las imágenes, parece que Lighthouse usa simples (con una carcasa transparente).
@DaveTweed: ¿sabría por qué están usando láseres verdes específicamente? Eso parece más problemático para distinguir los valores de fondo que los infrarrojos.
@RobotRock: no, también podrías quedarte con tu láser actual. La ganancia en sensibilidad que obtendrá con 850 frente a 650 nm será solo del 20 % aproximadamente, y está buscando una mejora del 1000 %. Sin embargo, necesita obtener un filtro de 650 nm. Es casi seguro que los fotodiodos Lighthouse tienen un filtro incorporado. Dependiendo de lo que sea más fácil para usted, puede optar por un láser 850 y un detector FS solo para que no necesite montar un filtro, pero eso es puramente una elección de conveniencia. Si lo hace, tenga en cuenta que no podrá ver la línea láser, por lo que configurar su láser/diodo será complicado.
@RobotRock: además, si observa una hoja de datos para el FS, verá que su respuesta está optimizada para 950 nm. A 850 nm, solo verá una sensibilidad del 50%. Esto probablemente será una ganancia neta sobre ningún filtro, ya que se filtrará una gran cantidad de ambiente, pero es algo que debe tener en cuenta.
@WhatRoughBeast: sí, también me acabo de dar cuenta. Ahora estoy buscando un filtro de paso de banda para 650nm, pero tengo problemas para encontrar uno barato y/o cerca. La mayoría en aliexpress tienen un mínimo de 10 dólares (con precios mucho más altos), pero aún parece bastante caro. También descarté el receptor IR, ya que funcionan a 36 kHz y con algunos cálculos aproximados necesito una superficie que sea realmente grande o cercana (con 60 rotaciones por segundo) (llegué a un ángulo de 0,6 grados para 1 pulso - 360 * 60 / 36000) (Estoy luchando para ver si estos cálculos son correctos, pero estoy cerca).
@RobotRock: intentar usar un receptor IR para este propósito es una muy mala idea. Tu análisis es correcto. Además, tendría que modular su láser a 36 -38 kHz. Si puede encontrar un trozo de vidrio rojo intenso, puede funcionar o no, pero puede intentarlo. Depende de la cantidad de IR ambiental que haya.

Creo que la clave de la tecnología Lighthouse es el hecho de que no buscan simplemente la presencia o ausencia de la luz láser, sino que buscan específicamente los pulsos estrechos que crean los espejos giratorios. Estos pulsos tienen una forma y una frecuencia de repetición específicas (que se pueden codificar a partir del pulso de referencia IR), y esto los hace mucho más fáciles de distinguir de la luz de fondo.

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