AT266476B - Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung - Google Patents

Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung

Info

Publication number
AT266476B
AT266476B AT900966A AT900966A AT266476B AT 266476 B AT266476 B AT 266476B AT 900966 A AT900966 A AT 900966A AT 900966 A AT900966 A AT 900966A AT 266476 B AT266476 B AT 266476B
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
light
modulation
loop
electro
distance
Prior art date
Application number
AT900966A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Siemens Ag Albis
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag Albis filed Critical Siemens Ag Albis
Application granted granted Critical
Publication of AT266476B publication Critical patent/AT266476B/de

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung 
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektro-optischen Entfemungsmessung mit einem Sender zum Aussenden von moduliertem Licht und einem Empfänger zum Empfang des Lichts nach erfolgter Reflexion an einem am fernen Ende der Messstrecke liegenden Gegenstand, mit einer Anordnung zur Phasenanzeige zwischen der Modulation des ausgesendeten und der Modulation des empfangenen Lichts sowie mit einer in ihrer Länge veränderbaren Lichtschleife in der Messstrecke. 



   Die bekannten Entfernungsmessverfahren beruhen auf der Messung der Signallaufzeit At über die doppelte Wegstrecke. Die Berechnung der Wegstrecke D erfolgt mit Hilfe der Zeit-Weg-Gleichung 2D =   c'At.   Dabei wird die genaue Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Trägerwelle im Medium bzw. in der Atmosphäre vorausgesetzt. Die Errechnung der tatsächlichen Ausbreitungsgeschwin- 
 EMI1.1 
 
 EMI1.2 
 
 EMI1.3 
 chung   (1)   geht über in : 
 EMI1.4 
 
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lichtwellen in der Atmosphäre ist   frequenzabhängig (Dispersions-   effekt) ; ausserdem ist die verwendete Welle keine mathematische Einzelschwingung, sondern besteht immer aus einem Frequenzband. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist daher immer gleich der Gruppengeschwindigkeit einer derartigen Frequenzgruppe.

   Für die Bestimmung der Gruppengeschwindigkeit    c Gr   ist die Kenntnis des Gruppenbrechungsindex nGr notwendig. Die Gleichung (2) geht damit über in : 
 EMI1.5 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Für die Berechnung des Gruppenbrechungsindex    nGr     für Nonnalverhältnisse   bei Verwendung von Lichtwellen gilt die Formel von   Edlin :   
 EMI2.1 
 Für die Reduktion der Normalverhältnisse auf die herrschenden atmosphärischen Verhältnisse gilt : 
 EMI2.2 
    Dabei bedeuten :

   n   = Brechungsindex bei wirklichen Verhältnissen, t=Lufttemperaturin  C, p=Luft-   druck in mm Hg, &alpha;= Ausdehnungskoeffizient   der Gase   = 0, 003661   und   e = Partialdruck   des Wasserdampfes in mm Hg. 
 EMI2.3 
 rungen in der gleichen Grössenordnung liegen, während der Einfluss der Luftfeuchtigkeit bedeutend kleiner ist. 



   In bekannten Entfernungsmessgeräten auf elektro-optischer Grundlage wurde dieser Tatsache Rechnung getragen, indem die zur Modulation der Lichtwelle (effektive Messwelle) benötigte elektrische Schwingfrequenz durch einen mit trockener Luft gefüllten Hohlraumresonator kontrolliert wird, wobei sich der Druck und die Temperatur den Umwelteinflüssen anpassen kann. 



   Wie weiter oben zu Formel (3) gesagt wurde, ist die Gruppengeschwindigkeit für den tatsächlichen Brechungsindex massgebend und nicht die Geschwindigkeit der einzelnen Komponenten. 



   Zum Vergleich wird nachfolgend die Berechnung für die Modulationsfrequenz selbst, vorzugsweise im Mikrowellengebiet, unter Verwendung der Formel nach Essen und Froome angegeben : 
 EMI2.4 
 
T ist dabei die absolute Temperatur in   OK,   p und e sind in mm einzusetzen. Für die gleichen Ändemngen in Temperatur, Druck und Feuchtigkeit ergeben sich : 
 EMI2.5 
 
Im Vergleich mit den Werten für Lichtwellen ist ersichtlich, dass die Werte in Abhängigkeit der Temperatur und des Drucks in der gleichen Grössenordnung liegen, bei Mikrowellen überwiegt jedoch der Einfluss der Luftfeuchtigkeit. 



   In der früher vorgeschlagenen Lösung wird die Wellenlänge der Modulationswelle den meteorologischen Verhältnissen angepasst. Für die Entfernungsmessung wird selbst diese Modulationswelle auf eine Trägerwelle moduliert, wodurch sie entsprechend der Gruppengeschwindigkeit beeinflusst wird. Ist diese Trägerwelle eine Lichtwelle, so ist deren Gruppengeschwindigkeit gemäss Formel (4) beeinflusst, während die Geschwindigkeit der Modulationswelle gemäss Formel (6) korrigiert wurde. Die Modulation erfährt damit eine Beeinflussung von der gleichen Grössenordnung wie im vorgesehenen Resonator. Um diese Einflüsse zu beseitigen, muss eine exakte Bestimmung der Frequenzen durchgeführt und die meteorologischen Einflüsse nachträglich ausgemerzt werden. 



   Der Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung einer eingangs beschriebenen Einrichtung zur Entfernungsmessung, bei der alle meteorologischen Einflüsse direkt kompensierbar sind und eine genaue 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Kenntnis der Frequenzen nicht notwendig ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine an Stelle des Messpfades einschaltbare, in der Umgebungsluft liegende Lichtschleife mit fester Länge angebracht ist und dass ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz zur Abgleichung der Wellenlänge der Modulation auf die Länge der Lichtschleife vorgesehen ist. 



   An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. 



   In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessungschematisch dargestellt. 



   Der Senderbesteht aus einer   Lichtquelle --1--,   einem Modulator --2-- und einem Oszillator --3--, dessen Schwingfrequenz einstellbar ist. Der Empfänger besteht seinerseits aus einem   Demodulator --7-   und einem   Phasenindikator -8--.   



   Der Sender und der Empfängereingang ist je mit einer Strahlaufspalteinrichtung-4 bzw.   6-   versehen, wodurch wahlweise die Strahlen-A und C bzw. C und D- ausgesendet und entsprechend die Strahlen-B und C bzw. C und D empfangen werden. 



   Am fernen Ende der Entfernung ist ein reflektierender Gegenstand --5--, beispielsweise ein Spiegel, aufgestellt. Zur Messung des Phasenwinkels zwischen dem ausgesendeten Strahl-C-und dem empfangenen   Strahl-B-ist   eine verstellbare   Lichtschleife --10- mit   einer   Vorrichtung -11-- zur   Bestimmung der Verstellung vorgesehen. 



   Der Strahl --D-- ist über eine zweite Lichtschleife --9-- geleitet. Diese letztere Lichtschleife ist mit fester Schleifenlänge gebaut und liegt in der Umgebungsluft. 



   Die Messung der Entfernung zwischen dem Sender und dem reflektierenden Gegenstand-6geschieht nach bekannter Weise, indem einLichtstrahlaus der   Lichtquelle-1-im Modulator-2-mit   einer Schwingung aus dem Oszillator-3-moduliert und als Strahl-A-- ausgestrahlt wird. Dieser 
 EMI3.1 
 durch die entstehende Interferenz im Phasenindikator-8-- ein von der gegenseitigen Phasenlage der Strahlen-B und   C-abhängiges SignaL   Durch Verändern der verstellbaren   Lichtschleife -10-- än-   dert sich das Signal im Phasenindikator-8-. 



   Wird nun vorgängig der Messung eine Kalibriermessung mit der bekannten Distanz (vorzugsweise der Distanz 0) ausgeführt, so ist die Verstellung der verstellbaren   Lichtschleife -10-- ein   Mass für die gemessene Entfernung. Mit einer   Vorrichtung --11-,   die zur Hauptsache aus Zeigern und Skalen besteht, kann die Verstellung erfasst werden. 



   DieseDistanz ist durch die   meteorologischen Verhältnisse   verfälscht und muss durch Korrekturen gemäss den in der Einleitung angegebenen Formeln verbessert werden. 



   Mit der erfindungsgemässen Einrichtung kann eine Kalibrierung mit einer festgelegten Distanz vorgenommen werden. Indem die   Strahlaufspaltungen --4   und 6-- derart gestellt sind, dass die Strahlen - C und D-- auf den Demodulator-7-gelangen, entsteht eine Interferenz, die am Phasenindikator - ein Signal bewirkt.

   Wird anschliessend die Schwingfrequenz des   Oszillators -3-- geändert,   bis beispielsweise die Interferenz das Signal Null ergibt, so ist die Wellenlänge der Modulation, bezogen auf die Gruppengeschwindigkeit des modulierten Lichtstrahles, auf die Länge der festen Lichtschleife - abgestimmt Selbstverständlich muss dabei der Weg des Strahles-C-zwischen den zwei Strahlaufspaltungen --4 und 6-berücksichtigt werden, indem beispielsweise diese Strecke in der verstellbaren Lichtschleife berücksichtigt ist
Wird die Entfernung anschliessend an eine derartige Kalibrierung gemessen, so ist praktisch als Massstab nicht die Frequenz der Modulation als solche massgebend, sondern die Länge der festen Lichtschleife.

   Dies ist so zu verstehen, dass die Länge der Lichtschleife beispielsweise derart gewählt werden kann, dass sie gerade einer Einheit in einem Masssystem entspricht. Damit wird die Entfernung als Anzahl Längen dieser festen Lichtschleife gemessen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH : Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung mit einem Sender zum Aussenden von moduliertem Licht und einem Empfänger zum Empfang des Lichts nach erfolgter Reflexion an einem am fernen Ende der Messstrecke liegenden Gegenstand mit einer Anordnung zur Phasenanzeige zwischen der Modulation des ausgesendeten und der Modulation des empfangenen Lichts sowie mit einer in ihrer Länge veränderbaren Lichtschleife in der Messstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass eine <Desc/Clms Page number 4> anstelle des Messpfades einschaltbare, in der Umgebungsluft liegende Lichtschleife (9) mit fester Länge angebracht ist und dass ein Oszillator (3) mit veränderbarer Frequenz zur Abgleichung der Wellenlänge der Modulation auf die Länge der Lichtschleife (9) vorgesehen ist.
AT900966A 1965-11-25 1966-09-26 Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung AT266476B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH266476X 1965-11-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT266476B true AT266476B (de) 1968-11-25

Family

ID=4476126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT900966A AT266476B (de) 1965-11-25 1966-09-26 Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung

Country Status (1)

Country Link
AT (1) AT266476B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2834821A1 (de) * 1977-08-17 1979-02-22 Hughes Aircraft Co Einrichtung zum ueberpruefen der betriebseigenschaften von laser-entfernungsmessgeraeten

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2834821A1 (de) * 1977-08-17 1979-02-22 Hughes Aircraft Co Einrichtung zum ueberpruefen der betriebseigenschaften von laser-entfernungsmessgeraeten

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4334079C2 (de) Hochgenauer Radar-Entfernungsmesser
DE2710841A1 (de) Frequenzmodulator fuer abstandsmessungen mit hoher genauigkeit
GB1511418A (en) Method and apparatus for measuring the amount of moisture of coating having a transmission spectrum similar to water associated with a web of moving material
DE2058064B2 (de) Inteif erometrisches Gerät zur Bestimmung der Zusammensetzung einer Substanz
DE1548488A1 (de) Entfernungsmesseinrichtung
EP0074609B1 (de) Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit
DE2648693C2 (de) Meßanordnung zur Geschwindigkeitsmessung eines Luftfahrzeugs
DE2452669A1 (de) Vorrichtung zur bestimmung der lageaenderung eines gegenstandes
AT266476B (de) Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung
DE972804C (de) Entfernungsmessgeraet
EP1251331B1 (de) Geodätisches Messgerät
DE1548366A1 (de) Einrichtung zur elektro-optischen Entfernungsmessung
DE3407819C1 (de) Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Rauchmaterialien
DE2619436A1 (de) Entfernungsmesseinrichtung
DE1548525A1 (de) Elektromagnetischer Entfernungsmesser
DE2945172A1 (de) Verfahren und geraet zur bestimmung der konzentration eines gases in einem gasgemisch, insbesondere des kohlendioxidgehaltes
DE3029838C2 (de) Druckmeßverfahren zur Gasdruckmessung
DE3335708A1 (de) Geschwindigkeitsmesseinrichtung
DE2361677C3 (de) Vorrichtung zur Messung bestimmter Eigenschaften, z.B. der Feuchtigkeit, bewegter Meßgutbahnen mittels Mikrowellenenergie
SU425096A1 (ru) Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ
DE2709577B2 (de) Zweifrequenz-Lasers trahl-Phasenvergleichs-EntfernungsmeBinstrument
DE2838979C3 (de) Anordnung zur Druckmessung von Gasen
DE767458C (de) Einrichtung zur Abstandsbestimmung eines Pilotballons von einer Bodenstation
DE3239501C2 (de)
DE19651490C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration eines von Luft abweichenden Mediums in einem Aerosol