Laser et mesure de distance

Bonjour,
Il existe des appareils qui mesurent les distances avec un rayon laser
J'aimerais savoir comment ils fonctionnent.
Pouvez-vous m'aider ?

Je ne sais pas précisément mais je devrais mettre ca au point j'enverrais des impulsions et je lirais le temps que ca met à revenir. Il faut bien renvoyer le rayon, hein?

Stephane, qui fait le malin

ben a priori c'est ca

Salut

Citation :

ben a priori c'est ca

En effet, sur la lune on y a laissé un miroir, et l'on lui envoie une impulsion laser(en fait plusieurs par seconde) , comme l'on connait la vitesse de la lumière, on mesure le temps que cela met pour revenir et ainsi on connait la distance.
Mais je ne sais plus comment il font pour déterminer laquelle des impulsions revient, 1000k l'avait expliqué sur l'ancien forum, hélas.
ouinnnn, on n'a pas pu récupérer les infos, snif.


Le Vieux

Je ne m'en souvient plus mais, a priori, si on fait varier légèrement la durée des impulsions ça devrait suffire non ?


Ce qui me scie en fait c'est surtout la précision sur une courte distance avec des appareils devenus communs.

Une mesure laser sur 150m ça représente un trajet (aller/retour) d'une durée d'un millionième de seconde.
Faut pouvoir le mesurer ça !

Michel99 a écrit:

Une mesure laser sur 150m ça représente un trajet (aller/retour) d'une durée d'un millionième de seconde.
Faut pouvoir le mesurer ça !

Par déphasage c'est plus facile, il me semble.
Pic non expert en laser...

non. La mesure de distance est purement une mesure du temps de trajet de l'onde lumineuse.

D'autant plus que cette mesure de ce temps n'a rien de particulièrement ardu, même pour de très courtes distances.
Pic confus...

Effectivement, la durée du temps de trajet d'une impulsion laser est une méthode qui permet de calculer la distance de l'émetteur au récepteur.


Voilà coment j'imagine le principe:

Pour cela, il faudrait:
- un laser à impulsion (L)
- une lame de déphasage (ld)
- un 'beam spliter' (bs)
- une photo-diode (récepteur) (d)
- cible (c)

Le schéma serait: (les points ne servent que pour le placement car les espaces sont déconsidérés dans a mise en page)

................(d)
..................|
..................^
..................|
(L) --->---(bs)---(ld)-->---<---- (c)

Resterait à calculer le temps de trajet dt=t2-t1 où t1 serait le moment de l'émission et t2 le moment de la réception.

Et D, la distance du laser à la photo diode serait:
D=C*dt

Mon problème maintenant est la précision de la mesure de distance que je voudrais très élevée, à 1µm près.

C=300000000000000=3x10E14µm.s-1

Pour avoir une distance précise au µm près, il faut que D en µm ait un chiffre des unités significatif.

Pour cela, il faut donc que dt soit de l'ordre de 1/3x10E-14 c'est à dire de l'ordre de 3 femtoseconde.

Qu'est-ce qui permettrait de calculer une durée aussi courte ??
Est-ce possible ?

C'est pas la durée qui doit être courte, c'est la précision de mesure.
Il suffirait p.ex. de faire tourner un disque perforé à grande vitesse devant le rayon incident pour lui donner des impulsions régulières. Ensuite on n'est pas obligé de lire la première impulsion, on peut très bien lire la seconde ou la troisième.
Mais pour avoir une bonne précision dans l'espace il faut effectivement une fameuse précision dans le temps.

Stephane

Steph a écrit:

C'est pas la durée qui doit être courte, c'est la précision de mesure.
Il suffirait p.ex. de faire tourner un disque perforé à grande vitesse devant le rayon incident pour lui donner des impulsions régulières. Ensuite on n'est pas obligé de lire la première impulsion, on peut très bien lire la seconde ou la troisième.
Mais pour avoir une bonne précision dans l'espace il faut effectivement une fameuse précision dans le temps.

Stephane

Oui, effectivement, je voulais parler de la précision qui doit être modulo 3 femtosecondes pour avoir une précision au micron sur la distance D.

Ou coder les impulsions, par exemple par un nombre en binaire. On sait alors de laquelle il s'agit.

Un millionème de seconde, ce n'est jamais qu'un MHz, une fréquence obtenue facilement depuis un moment. Même le GHtz.

PeM

pem a écrit:

Ou coder les impulsions, par exemple par un nombre en binaire. On sait alors de laquelle il s'agit.

Un millionème de seconde, ce n'est jamais qu'un MHz, une fréquence obtenue facilement depuis un moment. Même le GHtz.

PeM

Il ne s'agit pas d'un millionième de seconde.

Petit rappel:

milliseconde 1 ms = 10E-3 s

microseconde 1 µs = 10E-6 s

nanoseconde 1 ns = 10E-9 s

picoseconde 1 ps = 10E-12 s

femtoseconde 1 fs = 10E-15 s


Donc, il faut atteindre une fréquence de 1 PHz (petahertz) = 10E15 Hz

C'est à dire un million de GHz !!

150 m (donc 300m AR) à 300 000 km/s, ça prend 1/1 000 000 s soit 1 µs. On est à la fréquence de 1MHz.
En 1 fs, la lumière parcourt 0,3 µm, une fraction de cheveux. Je ne pense pas que ce soit ni la précision, ni l'ordre de grandeur de mesure souhaités.

La radar (ondes EM), utilisent la méthode de détection du codage du signal, donc nécessairement il faut une électronique rapide. Bon, les distance sont de qq ordres de grandeur supérieurs mais pas tant que cela.


Il y a une autre méthode, qui permet de mesurer sur de courtes distance sans avoir une électronique rapide. Elle s'appuye sur le déphasage ; le signal envoyé et réfléchi est déphasé par rapport au signal initial du fait du temps qu'il lui faut pour parcourir cette distance. Il suffit de déphaser le signal initial pour le comparer au signal reçu par interférence destructive par exemple. Cela se fait précisément sans électronique très rapide. J'ai pu mesurer comme ça la différence de vitesse de la lumière passant dans un tube rempli d'eau de moins d'un mètre de long avec la vitesse dans l'air. Il y a facilement un facteur mille avec la mesure d'une distance de 150 m.

PeM

pem a écrit:

150 m (donc 300m AR) à 300 000 km/s, ça prend 1/1 000 000 s soit 1 µs. On est à la fréquence de 1MHz.
En 1 fs, la lumière parcourt 0,3 µm, une fraction de cheveux. Je ne pense pas que ce soit ni la précision, ni l'ordre de grandeur de mesure souhaités.

PeM

Ben si, relis ce que j'avais écrit...

Il me faut une précision au micron près sur la distance donc modulo 3fs sur la durée.

Je ne avais pas vu que c'était dans un autre message.

Ça ne me paraît pas possible avec la méthode impulsionnelle. Il me semble plutôt qu'il faut voir du côté du déphasage. Il faudrait faire le calcul. Je n'ai pas le temps à l'instant.

PeM

Dommage que tu n'aies pas le temps...
Tu sais où je pourais trouver des infos là-dessus ?

La phase d'une onde, c'est w(t - x/c).

Le déphasage qui a lieu ici vient de la distance parcourue en plus. Donc dþ = w/c . dx

Pour un laser rouge (de l'ordre de 600 nm), cela donne environ 10,5.10⁶ dx
Donc pour ton cas de figure, un dx de 1 µm ça donnerait un déphasage de 10,5. C'est parfaitement mesurable, même très grand seul 2pi/3. est mesurable ici !

Je ne me souviens plus quel était le concepteur du matériel utilisé, Jeulin le fait peut-être. C'est un instrument qui compare les phase de deux signaux électriques.

PeM

pem a écrit:

La phase d'une onde, c'est w(t - x/c).

Le déphasage qui a lieu ici vient de la distance parcourue en plus. Donc dþ = w/c . dx

Pour un laser rouge (de l'ordre de 600 nm), cela donne environ 10,5.10⁶ dx
Donc pour ton cas de figure, un dx de 1 µm ça donnerait un déphasage de 10,5. C'est parfaitement mesurable, même très grand seul 2pi/3. est mesurable ici !

Je ne me souviens plus quel était le concepteur du matériel utilisé, Jeulin le fait peut-être. C'est un instrument qui compare les phase de deux signaux électriques.

PeM

Je comprends pas bien ton explication.
Je manque de connaissances...
Si tu avais le temps de détailler ce serait super mais je veux pas abuser.
Seulement si tu n'as rien à faire...

Je n'arrive pas à retrouver le nom de l'instrument ni à trouver des sites d'instrumentations scientifique/physique/électronique où je pourrais chercher cet instrument.

Je suis par contre tombé sur cette page qui pourrait t'être utile. Ca ressemble à l'expérience dont je parlais à la différence qu'ils font ça dans une fibre optique au lieu de l'air. Le principe est le même : une différence de vitesse ou de distance se traduit par un retard ou un déphasage. Il suffit de pouvoir mesurer se déphasage ensuite avec suffisamment de précision, et je pense que c'est le cas.

PeM