| 5,6 → 5,7 |
|---|
| \usepackage[pdftex]{graphicx} |
| \usepackage{pdfpages} |
| \usepackage{comment} |
| \usepackage{indentfirst} |
| \usepackage{amsmath} |
| \usepackage{url} |
| \usepackage[T1]{fontenc} % T1 kodovani fontu pro babel cestinu |
| 23,10 → 24,9 |
|---|
| %\topmargin 0.0mm |
| \topmargin -20.0mm |
| \oddsidemargin 0.0mm |
| \parindent 0.0mm |
| \parindent 13mm |
| \linespread{1.0} |
| |
| |
| \newcommand{\vsp}[1]{\vspace{#1mm}} |
| |
| |
| 75,7 → 75,8 |
|---|
| \vspace{1.5cm} |
| |
| |
| \textbf{\Huge Vysílač pro laserový dálkoměr} |
| \textbf{\Huge Vysílač pro laserový dálkoměr}\\ |
| \medskip |
| \textbf{\Huge Laser transmitter for miniature rangefinder} |
| \bigskip |
| |
| 98,7 → 99,7 |
|---|
| |
| \includepdf[pages={1,2},landscape=false]{zadavaci_list.pdf} |
| |
| \pagebreak |
| \newpage |
| |
| \mbox{} |
| \vfill |
| 110,7 → 111,7 |
|---|
| \pagebreak |
| \mbox{} |
| \vfill |
| Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem |
| \noindent Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně, a že jsem |
| uvedl veškerou použitou literaturu. |
| \vsp{20} |
| |
| 117,7 → 118,6 |
|---|
| \noindent |
| \quad \hfill \qquad \\ |
| Praha, 9.7.2012 \hfill Jakub Kákona \qquad |
| \par |
| \vsp{5} |
| \pagebreak |
| |
| 125,16 → 125,20 |
|---|
| \hyphenation{LASER výstup-ního dosta-tečné la-se-ro-vé-ho la-se-ro-vých od-ra-že-né-ho} |
| |
| \begin{abstract} |
| Práce se zabývá prověřením možnosti použití diodově čerpaného pevnotlátkového laserového modulu generujícího výstupní záření na vlnové délce 532nm, jako laserového vysílače vhodného, pro miniaturní laserový dálkoměr. Tyto laserové moduly jsou běžně používány v zelených laserových ukazovátkách, proto jsou velmi dobře dostupné na rozdíl od polovodičových laserových diod pro tyto vlnové délky. Byl proto navržen pulzní budič pro tyto laserové moduly s parametry v hodnými pro využití v laserovém dálkoměru. |
| |
| \textbf{Klíčová slova:} DPSSFD, laserový vysílač, laserový dálkoměr, zelené ukazovátko, 532nm, ceilometr. |
| Práce se zabývá prověřením možnosti použití diodově čerpaného pevnotlátkového laserového modulu generujícího výstupní záření na vlnové délce 532nm jako laserového vysílače vhodného pro miniaturní laserový dálkoměr. Tyto laserové moduly jsou běžně používány v zelených laserových ukazovátkách, proto jsou velmi dobře dostupné na rozdíl od polovodičových laserových diod pro tyto vlnové délky. Byl proto navržen pulzní budič pro tyto laserové moduly s parametry vhodnými pro využití v laserovém dálkoměru. |
| |
| |
| \bigskip |
| \noindent \textbf{Klíčová slova:} DPSSFD, laserový vysílač, laserový dálkoměr, zelené ukazovátko, 532nm, ceilometr. |
| |
| \end{abstract} |
| |
| \selectlanguage{english} |
| \begin{abstract} |
| This thesis is aimed on investigation of use a diode pumped solid state frequency doubled laser module (with 532nm output wavelenght) as LASER transmitter for miniature laser range finder. This module is widely used in green laser pointers. For that reason it is easily available in oposition to semiconductor laser diodes for this wavelenghts. |
| |
| This thesis is aimed on investigation of use a diode pumped solid state frequency doubled laser module (with 532nm output wavelenght) as LASER transmitter for miniature laser range finder. This module is widely used in green laser pointers. For that reason it is easily available in oposition to semiconductor laser diodes for this wavelenghts. |
| |
| \bigskip |
| \textbf{Keywords:} DPSS module, green laser pointer, laser range finder, miniature laser rangefinder construction, laser diode pulser circuit, Laser Ceilometer. |
| \end{abstract} |
| \selectlanguage{czech} |
| 152,10 → 156,8 |
|---|
| \section*{Zadání} |
| \pagenumbering{arabic} |
| |
| Cílem práce je prověřit možnost použití diodově čerpaného pevnolátkového laserového modulu v aplikaci laserového vysílače vhodného pro \gls{TOF} měření vzdálenosti (výšky oblačnosti). |
| Cílem práce je prověřit možnost použití diodově čerpaného pevnolátkového laserového modulu v aplikaci laserového vysílače vhodného pro \gls{TOF} měření vzdálenosti (výšky oblačnosti). Práce bude realizována v několika krocích: |
| |
| Práce bude realizována v několika krocích: |
| |
| \begin{itemize} |
| \item Změření skutečných parametrů laserových modulů. |
| \item Návrh metody použití laserového modulu. |
| 163,16 → 165,10 |
|---|
| \item Změření dosažených parametrů. |
| \end{itemize} |
| |
| V prvním kroku bude rozebrána konstrukce laserového modulu a ověřen princip jeho činnosti společně s rozborem průměrných parametrů modulů. |
| V prvním kroku bude rozebrána konstrukce laserového modulu a ověřen princip jeho činnosti společně s rozborem průměrných parametrů modulů. Po změření parametrů laserů bude možné rozhodnout o vhodnosti a konkrétním způsobu použití laserového modulu v laserovém dálkoměru. Následně je nutné zkonstruovat vhodný řídící obvod čerpací diody modulu tak, aby bylo možné modul využít pro zvolenou aplikaci. |
| |
| Po změření parametrů laserů bude možné rozhodnout o vhodnosti a konkrétním způsobu použití laserového modulu v laserovém dálkoměru. |
| |
| Následně je nutné zkonstruovat vhodný řídící obvod čerpací diody modulu tak, aby bylo možné modul využít pro zvolenou aplikaci. |
| |
| V poslední části budou změřeny dosažené parametry |
| |
| Cílem použití konstruovaného laserového vysílače je měření výšky základny oblačnosti, respektive měření |
| výškového profilu hustoty kondenzující vody v atmosféře. Takto získané údaje mají být využity jako vstupní data řídícího systému automatického robotického teleskopu určeného pro astronomická pozorování. Primárním cílem využití těchto dat, je zabezpečení systému dalekohledu před poškozením sněhem/deštěm. |
| Cílem použití zde konstruovaného laserového vysílače je měření výšky základny oblačnosti, respektive měření |
| výškového profilu hustoty kondenzující vody v atmosféře. Takto získané údaje mají být využity jako vstupní data řídícího systému automatického robotického teleskopu určeného pro astronomická pozorování. Primárním cílem využití těchto dat je zabezpečení systému dalekohledu před poškozením sněhem/deštěm. |
| V některých oblastech nasazení takto automatizovaných dalekohledů mohou být také problémem prachové bouře (Chile, Austrálie, Sahara) nebo extrémní teploty (Sibiř, Afrika). |
| |
| Vzhledem k těmto faktům, kdy se jedná převážně o pozemní jevy odehrávající se ve výškách menších než cca 1km nad povrchem, tak není potřebné aby laserový vysílač umožňoval měření na delší vzdálenosti. Zároveň se od měřiče neočekávají data během denní doby, protože pozemní astronomická pozorování se zatím provádějí převážně během noci. |
| 193,7 → 189,7 |
|---|
| \begin{itemize} |
| \item Měření geometrického posunu stopy laseru na předmětu |
| \item Měření fázového posunu přijímaného a vysílaného signálu |
| \item Měření časového zpoždění vyslaného a odraženého fotonu \gls{TOF}. |
| \item Měření časového zpoždění vyslaného a zpětně rozptýleného fotonu \gls{TOF}. |
| \end{itemize} |
| |
| \subsection{Triangulační metoda} |
| 200,26 → 196,18 |
|---|
| |
| Tato metoda měření je založena na geometrické vlastnosti světelného paprsku - světlo se v homogenním prostředí šíří přímočaře. Použijeme-li tedy zdroj světla, který vydává málo rozbíhavý světelný paprsek \acrshort{LASER} a pod určitým úhlem vůči ose pozorovatele jej budeme promítat na předmět, pozorovatel bude mít světelnou stopu v různých bodech zorného pole podle vzdálenosti pozorovaného předmětu. |
| |
| Tato metoda je velice snadná, a proto existuje mnoho realizací od amatérských konstrukcí až po profesionální výrobky. Obvykle jsou tímto způsobem řešeny 3D skenery malých předmětů, jako jsou historické vázy, sochy, nebo jiná umělecká díla, která je vhodné tvarově zdokumentovat. Skener pak pro urychlení procesu nepoužívá pouze jeden světelný bod, který laser obvykle produkuje, ale je použita cylindrická čočka, která svazek rozšíří do roviny ve směru řezu předmětu (laser-sheet). V tomto uspořádání pak pro kompletní 3D obraz objektu stačí s laserem, nebo promítacím zrcátkem hýbat pouze v jedné ose. |
| Metoda je konstrukčně velice snadná, a proto existuje mnoho realizací od amatérských konstrukcí až po profesionální výrobky. Obvykle jsou tímto způsobem řešeny 3D skenery malých předmětů, jako jsou historické vázy, sochy, nebo jiná umělecká díla, která je vhodné tvarově zdokumentovat. Skener pak pro urychlení procesu nepoužívá pouze jeden světelný bod, který laser obvykle produkuje, ale je použita cylindrická čočka, která svazek rozšíří do roviny ve směru řezu předmětu (laser-sheet). V tomto uspořádání pak pro kompletní 3D obraz objektu stačí s laserem, nebo promítacím zrcátkem hýbat pouze v jedné ose. |
| |
| Ke snímání obrazu je v tomto případě obvykle využíván maticový snímač - \acrshort{CCD} nebo \acrshort{CMOS} sensor. Tato metoda funguje pouze v rozsahu vzdáleností daných úhlem, ve kterém se laser na předmět promítá, a také úhlovou velikostí zorného pole snímače. |
| |
| Z praktických důvodů a požadavků na přesnost měření je tato metoda využívána pouze v rozsahu několika centimetrů až metrů. |
| Ke snímání obrazu je v tomto případě obvykle využíván maticový snímač - \acrshort{CCD} nebo \acrshort{CMOS} sensor. Tato metoda funguje pouze v rozsahu vzdáleností daných úhlem, ve kterém se laser na předmět promítá, a také úhlovou velikostí zorného pole snímače. Z praktických důvodů a požadavků na přesnost měření je tato metoda využívána pouze v rozsahu několika centimetrů až metrů. |
| |
| \subsection{Fázová metoda} |
| |
| U této metody je vyžívána samotná vlastnost světla, že se prostorem šíří pouze omezenou rychlostí. Při měření vysílač vysílá určitým způsobem periodicky modulovaný signál, který se odráží od předmětu a dopadá na intenzitní detektor, který umožňuje jeho časovou korelaci s modulovaným odchozím signálem. |
| |
| Výsledkem měření je tedy fázové zpoždění odpovídající určité vzdálenosti. Očekávaným problémem této metody ovšem je fakt, že způsob modulace přímo ovlivňuje měřený rozsah, tj. měření vzdálenosti je možné pouze v rozsahu jedné periody modulace. Vzhledem k tomu, že měřená vzdálenost není obvykle dopředu známa, je potřeba, aby vysílač umožňoval mnoho způsobů modulace vysílaného svazku. |
| Výsledkem měření je tedy fázové zpoždění odpovídající určité vzdálenosti. Očekávaným problémem této metody ovšem je fakt, že způsob modulace přímo ovlivňuje měřený rozsah, tj. měření vzdálenosti je možné pouze v rozsahu jedné periody modulace. Vzhledem k tomu, že měřená vzdálenost není obvykle dopředu známa, je potřeba, aby vysílač umožňoval mnoho způsobů modulace vysílaného svazku. Další komplikací je pak požadavek na dobrou odrazivost měřeného předmětu, protože fázový detektor potřebuje ke své správné funkci dostatečný odstup signálu od šumu. Metoda se proto obvykle využívá pro měření vzdáleností v malém rozsahu (řádově desítky metrů a méně). Typickým příkladem využití této měřící metody jsou kapesní stavební dálkoměry, používané jako náhrada klasických svinovacích metrů. |
| |
| Další komplikací je pak požadavek na dobrou odrazivost měřeného předmětu, protože fázový detektor potřebuje ke své správné funkci dostatečný odstup signálu od šumu. |
| Další variací fázové metody je využití přímo vlnové struktury světla. Vysílaný i odražený svazek v tomto případě nechat interferovat na maticovém snímači. Výsledná interference je pak velmi citlivá na vzájemný fázový posun obou svazků ve zlomcích vlnové délky. Tím lze dosáhnout velkého prostorového rozlišení ve smyslu měření změn vzdálenosti až na atomární úroveň (desítky až jednotky nanometrů). Tento princip je pak využíván ve specializovaných aplikacích, jako jsou velmi přesné obráběcí automaty, \acrshort{AFM} mikroskopy, detektory gravitačních vln nebo špionážní zařízení měřící zvukem vybuzené vibrace okenních výplní. |
| |
| Metoda se proto obvykle využívá pro měření vzdáleností v malém rozsahu (řádově desítky metrů a méně). Typickým příkladem využití této měřící metody jsou kapesní stavební dálkoměry, používané jako náhrada klasických svinovacích metrů. |
| |
| Další variací fázové metody je využití přímo vlnové struktury světla. Vysílaný i odražený svazek v tomto případě nechat interferovat na maticovém snímači. Výsledná interference je pak velmi citlivá na vzájemný fázový posun obou svazků ve zlomcích vlnové délky. |
| |
| Tím lze dosáhnout velkého prostorového rozlišení ve smyslu měření změn vzdálenosti až na atomární úroveň (desítky až jednotky nanometrů). Tento princip je pak využíván ve specializovaných aplikacích, jako jsou velmi přesné obráběcí automaty, \acrshort{AFM} mikroskopy, detektory gravitačních vln nebo špionážní zařízení měřící zvukem vybuzené vibrace okenních výplní. |
| |
| \subsection{Měření doby šíření (ToF) } |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| 307,7 → 295,7 |
|---|
| \item[$K$] - parametr závisející na typech plynů v prostředí a jejich parciálních tlacích. |
| \end{description} |
| |
| Pro měření oblačnosti (částic) je však podstatný Mieův rozptyl (Mie scaterring), ke kterému dochází na částicích, které jsou srovnatelné s vlnovou délkou záření. Tento rozptyl má složitější závislost na vlnové délce než Rayleighův díky vlivu geometrie částic. Naměřená závislost ze zdroje \cite{snih_vlocky} je uvedena na obrázku \ref{odrazivost_mraky}. |
| Pro měření oblačnosti (vodních a nebo prachových částic) je však podstatný Mieův rozptyl (Mie scaterring), ke kterému dochází na částicích, které jsou srovnatelné s vlnovou délkou záření. Tento rozptyl má složitější závislost na vlnové délce než Rayleighův díky vlivu geometrie částic. Naměřená závislost ze zdroje \cite{snih_vlocky} je uvedena na obrázku \ref{odrazivost_mraky}. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/grafy/vlocky_snih.jpg} |