AT414175B - Verfahren zur messung von zeitintervallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Zeitintervallen mit hoher Auflösung und Genauigkeit im Pico-Sekundenbereich zwischen zumindest zwei einander zugeordneten, singulären Signal-Ereignissen in Form von Signal-Impulsen, als Differenz von Messungen der Zeiten jedes Ereignisses in Bezug auf den Startzeitpunkt eines mit hoher Genauigkeit arbei-5 tenden Clock-Generators. Ein Ziel der Erfindung ist, solche Messungen mit einer geringen Totzeit zwischen den Impulsen durchzuführen, ferner eine hohe maximalmögliche Anzahl von Ereignissen zu erfassen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine hohe Messrate, d.h. eine hohe Wiederholrate des jeweils ersten Ereignisses, zu erreichen. io Zeitmesseinrichtung der oben beschriebenen Art werden in Mikrowellen- und Laser-Entfernungsmesssystemen und -Radargeräten aber auch in vielen anderen Bereichen der Physik, wie zB. bei Teilchenbeschleuniger benötigt. Bei Laser-Entfernungsmessern für geodätische Zwecke, die mit Retro-Reflektoren als Ziel arbeiten wird eine Auflösung im Millimeterbereich und darunter durch eine Phasenmessung zwischen ausgesandtem und reflektiertem 15 Signal erreicht. Diese Technik ist bei Entfernungsmessern und Radargeräten, die ohne Reflektoren arbeiten nicht anwendbar. Bei diesen Geräten werden zur Entfernungsmessung kurze Impulse oder Impulsfolgen ausgesandt, wobei die sogen. „Time of Flight“ (TOF) der Impulse gemessen wird, das heißt also die Laufzeit eines Impulses vom Zeitpunkt der Aussendung derselben bis zum Eintreffen des entsprechenden Echo-Pulses. Um mit solchen Geräten eine 20 vergleichbare Auflösung zu erreichen, ist eine Zeitmessung im Bereich von Pico-Sekunden erforderlich. Beispielsweise entspricht die TOF von 6 psec einer Entfernung von 1 mm, für eine Entfemungsauflösung von 0,1 mm ist also eine Genauigkeit von 0,6 psec erforderlich.

Es sind verschiedene Verfahren zur Messung von kurzen Zeitintervallen bekannt. Üblich bei 25 Zeitmessungen im Nano-Sekunden-Bereich ist beispielsweise das Auszählen der Zeitintervalle mittels hochfrequenter Zähler. Sollen mit dieser Technik Zeiten im Picosekunden-Bereich aufgelöst werden, sind Zähltaktfrequenzen von über 100 Ghz erforderlich. Ein weiterer Ansatz zur Ermittlung solch kurzer Zeitintervalle besteht im Auszählen und der Analyse der Restzeiten zwischen Ereignissen und Zähltaktflanken über Zeit-Zeit- oder Zeit-Spannungs-Wandlung. Eine 30 solche Zeit-Spannungswandlung ist beispielsweise in der DE 197 03 633 A1 (SICK AG) beschrieben. Ein Problem dieser Technik besteht darin, dass Analogelektronik mit schnellen Schaltvorgängen erforderlich ist, wodurch sich große Totzeiten und eine große Anfälligkeit für systematische Fehler ergibt. Schließlich ist es möglich, zur Zeitmessung eines Ereignisses die Position einer in einem Ring umlaufenden Pulsflanke zu bestimmen, welcher Ring aus einer 35 ungeraden Anzahl von Invertern besteht. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Begrenzung der möglichen Auflösung durch die Schaltzeit der Gatter (~ 100 psec) und durch Inhomogenitäten in dem Ring.

In der Europäischen Patentanmeldung EP 84 592 A1 wird ein Verfahren zur Messung der Zeit-40 differenzen zwischen Abtastzeitpunkten zweier abgetasteter Signale beschrieben, insbesondere von Ein- und Ausgangssignalen eines Abtastratenumsetzers. Im Gegensatz zur Erfindung eignet sich dieses Verfahren nur für repetitive Signale unterschiedlicher Frequenz und ist daher für die Messung von Zeitintervallen zwischen singulären Signal-Ereignissen bzw. -Impulsen völlig ungeeignet. 45

Erfindungsgemäß wird das eingangs beschriebene Problem dadurch gelöst, dass bei Vorliegen von für die weitere Verarbeitung ungeeigneten Signalformen von den ansteigenden bzw. den abfallenden Flanken der Signal-Impulse Impulse definierter Form und Amplitude abgeleitet werden. Die ursprünglich vorhandenen bzw. auf die beschriebene Weise erzeugten Impulse so werden anschließend in einem Analog-Digital-Konverter (ADC) abgetastet und digitalisiert. Die vom ADC erzeugten digitalen Abtastwerte werden dann einem Prozessor zugeführt und in einem Speicher abgelegt. Zu jedem Ereignis wird, gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Schwellwertfilters, ein Block von Abtastwerten gebildet, wobei zu jedem Block zumindest zu einem, vorzugsweise zum ersten, Abtastwert des Blockes eine zugehörige Pulszahl des Clock-55 Generators bzw. die entsprechende Zeit aufgezeichnet wird. Der Prozessor ermittelt aus diesen 3

AT 414 175 B gültigen Blöcken von Abtastwerten zunächst jeweils einen Maximalwert. Anschließend werden symmetrisch zu diesen Maximalwerten eine definierte Zahl von benachbarten Abtastwerten vor und nach dem Maximalwert aus dem Speicher ausgewählt, worauf für diese und den zugehörigen Maximalwert durch Interpolation mittels eines definierten Algorithmus, beispielsweise mit-5 tels einer Schwerpunktberechnung, die zeitliche Position des Ereignisses innerhalb eines Blockes abgeschätzt und aus der Zeitkoordinate dieses Punktes und des zugehörigen Blockes ein hochaufgelöster Zeitwert zu jedem Ereignis ermittelt wird und abschließend über eine Differenzbildung des Zeitwertes des ersten Ereignisses von den Zeitwerten der nachfolgenden Ereignisse Zeitintervalle berechnet werden. 10

Durch das neue Verfahren ist es möglich, bei einer gegebenen Abtastrate die Zeitauflösung gegenüber konventionellen Zeitmessverfahren um 2-3 Zehnerpotenzen zu verbessern. Ermöglicht wird dies durch schnelle ADCs mit großer Digitalisierungstiefe und einer leistungsfähigen Digitalelektronik, zB. in Form von Field programmable gate arrays (FPGAs) oder ASISc. Selbst 15 bei einer moderaten Abtastrate von 1 Giga Samples pro Sekunde (GSPS) und einer 8-bit Digitalisierung ist eine Standardabweichung in der Zeitintervallmessung von 5ps erzielbar (entsprechend einer Entfernungsmess-Genauigkeit von besser als 1 mm). Mit den gegenwärtig leistungsfähigsten, am Markt verfügbaren ADCs mit 2 GSPS und einer 10-bit Digitalisierungstiefe ist sogar eine Genauigkeit von 0,6 ps, entsprechend einer Entfernungsmessgenauigkeit 0,1 mm 20 erzielbar. Zum Vergleich: mit der oa. konventionellen Zeitmesstechnik basierend auf einem Auszählen der Takte mittels hochfrequenter Zähler wäre zur Erzielung einer vergleichbaren Genauigkeit ein Messtakt von 600 GHz erforderlich!

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden vor der Interpolation die ausgewählten 25 Abtastwerte auf Plausibilität geprüft, wobei der betreffende Block gelöscht wird, wenn eine aus den Abtastwerten rekonstruierte Impulsform von einer vorgegebenen Form unter Berücksichtigung eines definierten Toleranzbandes abweicht.

Zur Reduktion der Totzeiten zwischen den Ereignissen können in einer vorteilhaften Weiterent-30 Wicklung der Erfindung die Analog-Digitalwandlerstufen mehrkanalig ausgeführt sein.

Vorteilhaft erfolgt zur Maximierung der Messrate die Schwerpunktsbildung durch eine festverdrahtete Logik. 35 Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die Figuren 1A und 1B zeigen ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten der Erfindung. Die Fig. 2A veranschaulicht ein Diagramm mit den digitalisierten Abtastwerten eines Impulses. Die Fig. 2B gibt die Formel zur Berechnung der Schwerlinie eines Blockes von Abtastwerten wieder. Die Fig. 3 40 zeigt in Form eines Blockdiagrammes eine Variante der Erfindung.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Zeichnung bezieht sich auf einen Laserentfernungsmesser, der eine Auflösung im mm-Bereich und darunter aufweist. Bekanntlich weisen diese Geräte einen Laser-Transmitter auf, der kurze Laser-Impulse aussendet. Diese Impulse werden von 45 den Zielen, welche in der Regel das Laserlicht diffus reflektieren, zurückgeworfen und in einem Empfangssystem in ein elektrisches Signal umgewandelt. Im allgemeinen sind diese Echoimpulse gegenüber den Sendeimpulsen stark gedämpft und in der Regel durch die Struktur der Zieloberfläche auch in der Pulsform mehr oder weniger stark verändert. Da auch ein kleiner Teil des Sendeimpulses dem Empfangssystem zugeführt wird, kann aus dem Zeitintervall zwischen so Aussenden eines Impulses und dem Empfang des zugehörigen Echo-Impulses der Abstand zwischen dem Entfernungsmesser und dem Ziel ermittelt werden. Bei diesem Laufzeit- oder TOF- (time of flight)-Verfahren bestimmt die Genauigkeit und Auflösung der Zeit- bzw. der Zeitintervallmessung unmittelbar die Genauigkeit und Auflösung der Entfernungsmessung. 55 Wird die Entfernungsmessung gemäß einem bekannten Verfahren durch Auszählen von Impul- 4

AT 414 175 B sen eines Clockgenerators durchgeführt, so erzielt man beispielsweise mit einer Zählrate von 1 GHz eine Entfernungsauflösung von 15 cm, dementsprechend benötigt man für eine Auflösung besser als 1 mm Zählraten von 150 bis 200 GHz. Geräte für so hohe Frequenzen sind aber mit dem heutigen Stand der Technik wirtschaftlich nicht darstellbar und auch vom Energie-5 verbrauch her nicht beherrschbar.

Die Erfindung basiert auf einem TOF-Prinzip mit digitalisierten Impulsen, wobei der AD-Konverter 21 von einem Clockgenerator 23 getaktet wird. Aus den Abtastwerten werden Impulse rekonstruiert. Zur Zeitmessung werden die Impulse des Clockgenerators 23 zwischen dem io Reset eines Zählers und den rekonstruierten Impulsen ausgezählt, wobei diese Messung allerdings nur als eine Grobmessung genutzt wird. Durch ein Off-Line-Processing sowohl des Sende- als auch des Empfangsimpulses werden die Zeitpunkte der entsprechenden Ereignisse mit hoher Auflösung ermittelt. Würde man diese Werte als Absolutzeitwerte benutzen, so würde die Genauigkeit durch die geringe Auflösung des Anfangswertes der Zeitmessung beeinträchtigt. 15 Gemäß der Erfindung wird aber das Zeitintervall durch eine Differenzbildung aus den für die beiden Ereignisse ermittelten Werten gebildet, wodurch der Anfangswert der Zeitmessung mit seiner geringen Auflösung in der Rechnung unberücksichtigt bleibt. Es ist mit dem neuen Verfahren daher möglich, mit einer Frequenz des Clockgenerators 23 von nur 1 GHz eine Standardabweichung in der Zeitintervallmessung von 5 ps, entsprechend einer Entfernungsmessge-20 nauigkeit von kleiner 1 mm zu erzielen, dh. also dass, durch das neue Verfahren gegenüber dem Stand der Technik eine Verbesserung in der Zeit- bzw. Entfernungsmessung von 2-3 Zehnerpotenzen möglich wird. Durch das neue Verfahren ist es damit auch möglich, das Shan-nonsche Abtasttheorem (auch als Nyquist-Kriterium bezeichnet) zu umgehen, gemäß welchem der Verlauf eines frequenzbandbegrenzten Signals nur dann rekonstruiert werden kann, wenn 25 die Abtastrate größer als die doppelte im Signal enthaltene Frequenz ist.

Sind bei bestimmten Anwendungen, die verwendeten Impulse so kurz, dass sie mit einer Abtastrate von beispielsweise 1 GHz nicht digitalisiert werden können, wird der Impulsverarbeitung eine Impulserzeuger- bzw. Impulswandlerstufe 20 vorausgestellt. Um eine ausreichende Anzahl 30 von Abtastwerten zu erzielen, weisen die erzeugten Impulse in dem vorliegenden Beispiel eine Breite von mindestens 10-20 ns auf. Langen nun im Abstand von Pico-Sekunden Echoimpulse ein, so ist die AD-Wandlung des ersten Pulses noch nicht abgeschlossen, wenn der nächste eintrifft. Das System hat also eine Totzeit, die von der Pulslänge und der Abtastrate bestimmt wird. 35

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Flussdiagramme gemäß den Figuren 1A und 1B näher erläutert. In diesen bedeuten die folgenden Positionen: 1 Impulserzeugung bzw. -Wandlung (optional), (Pos. 20) 40 2 Analog-Digitalwandlung (Pos. 21) 3 Bildung einer Gruppe D von jeweils N Abtastwerten

4 Alle Abtastwerte der Gruppe D < A

5 Erstellen von Block B von Abtastwerten und Abspeichern der N Abtastwerte und des Sample-Index des 1. Abtastwertes von Block B 45 6 Bildung einer neuen Gruppe (D+1) von N Abtastwerten 7 Verwerfe Gruppe D von Abtastwerten 8 Verwerfe Gruppe (D+1) von Abtastwerten

9 Abtastwerte der nächsten Gruppe (D+1) < A 10 Füge Gruppe (D+1) zu Block B so 11 Übergebe Block B an μΡ 24

12 Übernahme von Block B 13 Pulsform plausibel 14 Ermittlung von Abtastwert mit maximaler Amplitude 55 15 Auswahl von je 3 Abtastwerten vor und nach Maximum

5 AT 414 175 B 16 Berechnung Zeitkoordinate Test von Schwerpunkt 17 Weitergabe von Test für jedes Ereignis

18 Verwerfe Block B 5 Die einlangenden oder die auf die oa. Weise erzeugten Impulse werden durch einen ADC (Ana-log-Digital-Converter) 21 einer kontinuierlichen Analog-Digital-Wandlung unterworfen. Das neue Verfahren setzt schnelle ADCs mit einer relativ großen Digitalisierungstiefe und eine leistungsfähige Digitalelektronik 22 voraus. Die letztere kann beispielsweise aus FPGAs (field program-mable gate arrays) oder einem ASISc bestehen. Durch die Digitalelektronik 22 werden Gruppen io D von N aufeinanderfolgenden Abtastwerten gebildet. Die Abtastwerte werden über einen Schwellwertfilter der weiteren Verarbeitung zugeführt. Sind alle N Abtastwerte kleiner als der Schwellwert A, so bleiben die Werte unberücksichtigt. Ist mindestens ein Abtastwert größer als A wird aus den N Abtastwerten der Gruppe D ein Block B von Abtastwerten erstellt, zu welchem in einem weiteren Schritt der Sample-Index des ersten Abtastwertes ermittelt und abgespeichert 15 wird. Anschließend werden die nächsten N Abtastwerte über das Schwellwertfilter geführt. Ist mindestens ein Abtastwert größer als A werden die Abtastwerte dieser Gruppe dem Block B angefügt. Sind die N Abtastwerte der nächsten Gruppe kleiner als A wird der Block B zur Weiterverarbeitung weitergereicht. (Fig. 1B). Bei Auftreten der nächsten Gruppe von Abtastwerten mit zumindest einem Wert > A wird ein neuer Block (B+1) angelegt. 20

Die weitere Verarbeitung der Blöcke erfolgt off-line in einem μΡ 24. In einem ersten Schritt wird überprüft, ob die Impulsform plausibel ist, da sporadisch auftretende Störungen des ADCs 21 nicht ausgeschlossen werden können. Entspricht die Impulsform nicht der Erwartung, beziehungsweise einer definierten Pulsform unter Berücksichtigung eines entsprechenden Toleranz-25 bandes, so wird der fragliche Block B von Abtastwerten gelöscht. Entspricht die Impulsform der Erwartung, so wird im nächsten Schritt innerhalb des Blockes B der Abtastwert mit maximaler Amplitude ermittelt und es werden 3 Abtastwerte vor und 3 Abtastwerte nach diesem Maximalwert ausgewählt. Es ist nicht erforderlich, dass alle diese Abtastwerte über dem Schwellwert A liegen. Von diesen 7 Werten wird im Folgenden der Schwerpunkt bzw. die Schwerlinie berech-30 net. Die auf diese Weise ermittelte Zeitkoordinate Test eines ersten Ereignisses bzw. Impulses wird von dem eines zweiten Ereignisses subtrahiert. Die Differenz stellt das Zeitintervall zwischen den beiden Ereignissen dar.

Anhand der Fig. 2A wird das oben beschriebene Verfahren an einem Diagramm verdeutlicht. 35 Man erkennt die Definition eines Blockes B sowie den Schwellwert A des Schwellwertfilters. Die Zeitwerte T0 und Test beziehen sich auf einen Nullpunkt, der durch das letzte Reset des Zählers gegeben ist. Bei der Ermittlung der Zeitintervalle müssen sich alle Messungen der Einzel-Ereignisse auf den gleichen Null- bzw. Resetpunkt beziehen. 40 Wie oben erwähnt, wird für den ersten Abtastwert jedes Blockes B der Sample-Index l0 ermittelt. Dieser Index ergibt multipliziert mit Wert ΤΜΐπριΘ die entsprechende Zeit des ersten Abtastwertes T0.

In Bezug auf den Sample-Index l0 des ersten Abtastwertes des Blockes wird die Lage des 45 Abtastwertes des Blockes ermittelt (imax), der die größte Amplitude aufweist (Maximalwert). Von diesem ausgehend werden je 3 Abtastwerte vor und nach dem Maximalwert bestimmt. In dem konkreten Beispiel ist der Index des Maximalwertes (R+11), ausgewählt werden daher die Werte mit dem Index (R+8), (R+9) und (R+10) sowie (R+12), (R+13) und (R+14). Für diese 7 Werte wird gemäß der Formel nach Fig. 2B der Index bzw. die Zeitkoordinate des Schwerpunk-50 tes bzw. die Schwerlinie berechnet. Dieser Absolut-Wert weist eine relativ geringe Genauigkeit auf, da der Startzeitpunkt des Ereignisses in der Regel vom Indexraster der Abtastung abweichen wird. Da zur Ermittlung des Zeitintervalls zwischen zwei zusammengehörigen Ereignissen die Differenz der entsprechenden Zeitkoordinaten gebildet wird, fällt der mit einer deutlichen Ungenauigkeit behaftete Startzeitpunkt des Zählers aus der Rechnung. Das Zeitintervall weist 55 daher eine um Größenordnungen höhere Genauigkeit auf, wie die zuvor ermittelten absoluten 6

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Zeitwerte.

Folgen die Impulse in sehr rascher Folge aufeinander, wie dies bei einem Laserentfernungsmesssystem bzw. einem Laserradar der Fall sein kann, wenn das Ziel eine flach strukturierte 5 Oberfläche aufweist, dann ist die Digitalisierung des ersten Wertes noch nicht abgeschlossen, wenn der nächste eintrifft. Um eine solche Totzeit des Systems zu vermeiden, wird der Eingang des Systems mit den (optionalen) Impulserzeugungsstufen 20, der DAC 21 und die Digitalelektronikstufe 22 zweikanalig ausgeführt. Ein De-Multiplexer 19 schaltet bei Bedarf von Kanal 1 auf den Kanal 2 um und umgekehrt. 10

Der vom Sendeimpuls abgeleitete Impuls und die Echoimpulse werden, wenn die Impulse typisch nicht für die weitere Verarbeitung geeignet sind, in Pulse von definierter Form, Breite und Amplitude verwandelt. Dazu wird entweder von der aufsteigenden oder der abfallenden Flanke der zu verarbeitenden Impulse ein Signal abgeleitet, das in der Stufe 20 die Erzeugung 15 der entsprechenden Pulse auslöst. In dem nachfolgenden ADC 21 wird der Impuls digitalisiert. Der im Wesentlichen kontinuierliche Strom von Abtastwerten wird einer weiteren Stufe 22 zugeleitet. Durch diese werden Gruppen von jeweils N Abtastwerten gebildet, die einem μΡ-Processor 24 zugeführt werden (Der Analog-Digitalwandler 21 und der μΡ 24 werden von einem gemeinsamen Clockgenerator 23 getaktet). In dem μΡ 24 erfolgt ein Vergleich der N 20 Abtastwerte einer Gruppe D mit einem Schwellwert A: sind alle N-Abtastwerte der Gruppe kleiner als A, so werden die entsprechenden Gruppen von Abtastwerten verworfen. Überschreitet hingegen zumindest ein Abtastwert einer Gruppe den Schwellwert A, so wird ein Block B angelegt. Der Index-Zählerwert des ersten Abtastwertes des Blockes wird zusammen mit dem Block gespeichert. Enthält die nächste Gruppe von N Abtastwerten keinen Wert > A, so wird der 25 Block B zur weiteren Verarbeitung an den μΡ übergeben (Fig. 1B). Sind hingegen in den folgenden Gruppen von jeweils N Abtastwerten Abtastwerte > A enthalten, so werden die entsprechenden Gruppen dem Block B hinzugefügt, bis schließlich in einer Gruppe von N Abtastwerten sämtliche Werte < A sind. Da in dieser Stufe 22 die sehr großen, vom ADC gelieferten Datenmengen in Echtzeit bearbeitet werden müssen, sind die entsprechenden Funktionen hard-30 waremäßig in die Bausteine implementiert. Bewährt haben sich für diesen Zweck sogen, „field programmable gate arrays“, FPGAs und ASISc. Anschließend werden die im Folgenden einlangenden Gruppen D von jeweils N Abtastwerten wieder auf das Auftreten eines Abtastwertes > A überprüft, im positiven Fall wird die Bildung eines Blockes (B+1) ausgelöst. 35 Nachdem der Block B an den μΡ übergeben worden ist, wird dieser im μΡ 24 off-line weiterverarbeitet. Im Besonderen werden im μΡ 24 die Plausibilitätsprüfung, die Maximalwertbestimmung, die Auswahl der je 3 Abtastwerte vor und nach dem Maximalwert und die Berechnung des Schwerpunktes bzw. der Schwerlinie durchgeführt. Als Ergebnis dieser Verarbeitung werden an die folgende Stufe die Werte Test weitergereicht, wo aus diesen Werten die entspre-40 chenden Zeitintervalle berechnet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt: gemäß den o.a. Beispielen werden beidseits der Maximalwerte je drei Abtastwerte ausgewählt. Diese Zahl kann selbstverständlich im Rahmen der Erfindung je nach Breite der Pulse in weiten Grenzen verändert wer-45 den. In dem obigen Beispiel bilden 4 Abtastwerte eine Gruppe D (N=4). Auch dieser Wert kann in weiten Grenzen verändert werden und beispielsweise auch 8 oder 12 betragen. Auch können an Stelle einer Schwerpunktabschätzung andere Algorithmen eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein Ausgleichsalgorithmus eingesetzt werden, mittels welchem ein Puls nach den Methoden der kleinsten Fehlerquadrate in die Abtastwerte eingepasst wird. Es kann aber so auch die Phasenlage des Pulses über eine Fouriertransformation bzw. eine FFT (diskrete Fast Fourier Transformation) bestimmt werden. Die verschiedenen Verfahren unterscheiden sich sehr deutlich im rechentechnischen Aufwand, aber auch in der erzielbaren Genauigkeit. Der in dem obigen Beispiel beschriebene Algorithmus der Schwerpunktschätzung des Pulses zeichnet sich bei hoher Genauigkeit durch seinen vergleichsweise geringen Rechenaufwand aus. 55

Claims (5)

1. 7 AT 414 175 B Die Erfindung kann auch nicht nur in Laserentfernungsmessem sondern auch in Mikrowellen-Entfernungsmessern und -Radargeräten angewendet werden. Es ist auch möglich, die Erfindung in anderen Messsystemen, beispielsweise für Teilchenbeschleuniger einzusetzen. 5 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung von Zeitintervallen mit hoher Auflösung und Genauigkeit im Pico-Sekundenbereich zwischen zumindest zwei einander zugeordneten, singulären Signal- io Ereignissen in Form von Signal-Impulsen, als Differenz von Messungen der Pulszahlen bzw. der Zeiten jedes Ereignisses in Bezug auf den Reset-Zeitpunkt eines Zählers, der die Impulse eines mit hoher Genauigkeit arbeitenden Clock-Generators erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen von für die weitere Verarbeitung ungeeigneten Signalformen von den anstei-15 genden bzw. den abfallenden Flanken der Signal-Impulse Impulse definierter Form und Amplitude abgeleitet werden und dass die ursprünglich vorhandenen bzw. auf die beschriebene Weise erzeugten Impulse in einem von dem Clockgenerator (23) getaktetem Analog-Digital-Konverter (ADC) (21) abgetastet und digitalisiert werden, und die vom ADC erzeugten digitalen Abtastwerte einem Prozessor (24) zugeführt und in einem Speicher 20 abgelegt werden und dass, gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Schwellwertfilters (24), zu jedem Ereignis ein zugeordneter Block (B) von Abtastwerten gebildet wird und zu jedem Block (B) zumindest für einen, vorzugsweise für den ersten Abtastwert desselben aus dem Zähler die zugehörige Pulszahl (R+8) des Clock-Generators (23) bzw. die entsprechende Zeit aufgezeichnet wird und der Prozessor (24) aus diesen gültigen Blöcken (B) von Ab-25 tastwerten zunächst jeweils den Abtastwert (R+11) mit der maximalen Signalamplitude ermittelt und zeitlich symmetrisch zu diesem Maximalwert (R+11) eine definierte Zahl von benachbarten Abtastwerten (R+8)-(R+10) und (R+12)-(R+15) vor und nach dem Maximalwert (R+11) aus dem Speicher auswählt, worauf für diese und den zugehörigen Maximalwert durch Interpolation mittels eines definierten Algorithmus, beispielsweise mittels einer 30 Schwerpunktberechnung, die zeitliche Position des Ereignisses innerhalb eines Blockes abgeschätzt und aus der Zeitkoordinate dieses Punktes und des zugehörigen Blockes ein hochaufgelöster Zeitwert (Test) zu jedem Ereignis ermittelt wird und abschließend über eine Differenzbildung des Zeitwertes des ersten Ereignisses von den Zeitwerten der nachfolgenden Ereignisse Zeitintervalle berechnet werden. 35
2. 2. Verfahren zur Messung von Zeitintervallen nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass, vor der Interpolation die ausgewählten Abtastwerte (R+8)-(R+15) auf Plausibilität geprüft werden, wobei der betreffende Block (B) gelöscht wird, wenn eine aus den Abtastwerten 40 (R+8)-(R+15) rekonstruierte Impulsform von einer vorgegebenen Form unter Berücksichti gung eines definierten Toleranzbandes abweicht.
3. 3. Verfahren zur Messung von Zeitintervallen nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 45 zur Reduktion der Totzeiten zwischen den Ereignissen die Analog-Digitalwandlerstufen (21) mehrkanalig ausgeführt sind (Pos.21a und 21b)
4. 4. Verfahren zur Messung von Zeitintervallen nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass so zur Maximierung der Messrate die Schwerpunktsbildung durch eine festverdrahtete Logik (22) erfolgt.
5. 5. Verfahren zur Messung von Zeitintervallen nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 55 zur Erhöhung des Dynamikbereiches die Signale vor der AD Konversion einen logarithmie- 8 AT 414 175 B renden Verstärker durchlaufen und die Digitalwerte vor der Schwerpunktbildung entloga-rithmiert werden. 5 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55