DD244813A1 - PHOTOELECTRIC MEASUREMENT SYSTEM - Google Patents

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DD244813A1
DD244813A1 DD28543785A DD28543785A DD244813A1 DD 244813 A1 DD244813 A1 DD 244813A1 DD 28543785 A DD28543785 A DD 28543785A DD 28543785 A DD28543785 A DD 28543785A DD 244813 A1 DD244813 A1 DD 244813A1
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DD
German Democratic Republic
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light source
photoreceivers
measuring system
acted
light
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Application number
DD28543785A
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German (de)
Inventor
Peter Bauer
Original Assignee
Zeiss Jena Veb Carl
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fotoelektrisches Messsystem, insbesondere fuer Feinmess- und geodaetische Geraete zur Weg- und Winkelmessung mit dem Ziel, vor allem den Energieverbrauch zu senken. Aufgabe ist es vor allem, den Einfluss von Drifterscheinungen der Lichtquelle auf die Messsignale zu beseitigen. Die Beleuchtungseinrichtung des Messsystems besitzt eine einzige, durch zwei Impulsfolgen mit Strom beaufschlagte Lichtquelle, wobei der Photostrom der durch die eine Impulsfolge beaufschlagten Lichtquelle zwei ersten Fotoempfaengern und der Photostrom der danach durch die andere Impulsfolge beaufschlagten Lichtquelle zwei zweiten Fotoempfaengern zugeordnet ist. Die beiden ersten und die beiden zweiten Fotoempfaenger sind jeweils in einer Gegentaktstufe zusammengeschaltet, die durch je eine Schalteranordnung kurzzeitig wechselseitig mit Tiefpassverstaerkern verbunden sind, wobei am Eingang eines jeden Tiefpassverstaerkers ein ueber Hochpaesse entladbarer Kondensator angeordnet ist. Fig. 1The invention relates to a photoelectric measuring system, in particular for Feinmess- and geodaetische devices for path and angle measurement with the aim to reduce especially the energy consumption. The main task is to eliminate the influence of drift phenomena of the light source on the measuring signals. The illumination device of the measuring system has a single, acted upon by two pulse trains with power source, wherein the photocurrent of the acted upon by a pulse train light source two first photodetectors and the photocurrent of the then acted upon by the other pulse sequence light source is assigned to two second photoreceivers. The two first and the two second photoreceivers are each interconnected in a push-pull stage, which are each alternately connected by a switch arrangement with Tiefpassverstaerkern, wherein at the entrance of each Tiefpassverstaerkers a Hochpaesse dischargeable capacitor is arranged. Fig. 1

Description

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show

Flg. 1: eine Schaltung des Meßsystems,Flg. 1: a circuit of the measuring system,

Fig.2: die Impulsfolge für den Lichtquellenstrom undFig.2: the pulse train for the light source current and

Fig.3a bisf: die Impulsfolgen von Spannungen bei den verschiedenen Schalterstellungen.3a to 3f: the pulse sequences of voltages at the different switch positions.

Das fotoelektrische Meßsystem umfaßt eine Beleuchtungseinrichtung und einen aus vier Fotoempfängern T1; T2; T3; T4, vorzugsweise Fototransistoren, bestehenden Abtastkopf, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine einzige Lichtquelle L, z. B. eine Lumineszenzdiode oder ähnliche, besitzt, die durch zwei um 900C gegeneinander phasenversetzte Impulsfolgen A und B (Fig.2) mit Strom beaufschlagt wird. Dabei ist der Photostrom der durch die Impulsfolge A beaufschlagten Lichtquelle L den zwei ersten Fotoempfängern ΤΊ und T2 zugeordnet. Danach ist der Photostrom derselben, durch die Impulsfolge B beaufschlagten Lichtquelle L den zwei zweiten Fotoempfängern T3 und T4zugeordnet. Die beiden ersten Fotoempfänger T1 und T2 und die beiden zweiten Fotoempfänger T3 und T4 sind jeweils in Form einer Gegentaktstufe zusammengeschaltet. Durch je eine Schalteranordnung Si und S2 mit Schaltstellen a1f bi, Ci und a2, b2, C2 werden die Gegentaktstufen kurzzeitig wechselsweise mit hochohmigen Tiefpaßverstärkern Vi; V2 verbunden, wobei am Eingang eines jeden Tiefpa.ßverstärkers V1 und V2 ein durch die Schalteranordnungen Si bzw. S2 an Hochpässe Ri C1 und R2 C2 anschaltbarer und über diese periodisch entladbarer Kondensator C3; C4 angeordnet ist. Die kurzzeitige Anschaltung der Fotoempfänger T1; T2 an den Tiefpaßverstärker V1 und der Fotoempfänger T3; T4 an den Tiefpaßverstärker V2 erfolgt dann, wenn durch die Lichtquelle L ein Stromimpuls der Impulsfolge A bzw. B fließt. Das kurzzeitig Schließen der Schalteranordnungen S-i bzw. S2 ist ausreichend, um die Kondensatoren C3 bzw. C4 aufzuladen. Diese Ladungen werden von den Kondensatoren C3 bzw. C4 solange gehalten, bis die Schalteranordnungen S-i bzw. S2 in der Stellung a-i bzw. a2 diese über die Hochpässe R-i C1 bzw. R2 C2 periodisch entladen. Die Impulsfolgen der Steuerspannungen Ua, Ub...Uf, die die Schalter S-i und S2für Ua = H bzw. Ub = H...bzw. Uf = H in der Stellung a1( b1( Ci,a2, b2, C2 dringen, sind in den Figuren 3 a bis 3f dargestellt. So zeigt z.B. Fig. 3 a die Steuerspannung U3, die für Ua = H den Schalters! in die Stellung C1, Fig. 3 b die ihn in die Stellung b! bringt. Diese Impulsfolgen sind mit den Impulsfolgen A und B des die Lichtquelle L durchfliedenden Stromes so synchronisiert und deren Tastverhältnis ist so gewählt, daß am Ausgang der beiden Tiefpaßverstärker V1 und V2 Signale Ua und UB entstehen, die durch eine, diesen Verstärkern V1 und V2 nachgeschalteten Summationsverstärkern V5 wie folgt zusammengefaßt werdenThe photoelectric measuring system comprises a lighting device and one of four photoreceptors T 1 ; T 2 ; T 3 ; T 4 , preferably phototransistors, existing scanning head, wherein the illumination device, a single light source L, z. B. a light-emitting diode or the like, which is acted upon by two 90 0 C against each other out of phase pulse trains A and B (Figure 2) with power. The photocurrent of the light source L impinged by the pulse sequence A is assigned to the two first photoreceivers Τ Ί and T 2 . Thereafter, the photocurrent of the same, acted upon by the pulse sequence B light source L the two second photodetectors T 3 and T 4 assigned. The two first photoreceivers T 1 and T 2 and the two second photoreceivers T 3 and T 4 are each connected together in the form of a push-pull stage. By a respective switch arrangement Si and S 2 with switching points a 1f bi, Ci and a 2 , b 2 , C 2 , the push-pull stages are briefly alternating with high-impedance low-pass amplifiers Vi; V 2 connected, wherein at the input of each Tiefpa.ßverstärkers V 1 and V 2 by the switch assemblies Si and S 2 at high pass Ri C 1 and R 2 C 2 connectable and via this periodically dischargeable capacitor C 3 ; C 4 is arranged. The short-term connection of the photoreceptor T 1 ; T 2 to the low-pass amplifier V 1 and the photoreceptor T 3 ; T 4 to the low-pass amplifier V 2 takes place when a current pulse of the pulse train A or B flows through the light source L. The short-circuiting of the switch arrangements Si or S 2 is sufficient to charge the capacitors C 3 and C 4 . These charges are held by the capacitors C 3 and C 4 until the switch assemblies Si and S 2 periodically discharged in the position ai and a 2 it via the high-pass filters Ri C 1 and R 2 C. 2 The pulse trains of the control voltages U a , Ub... Uf, which switch Si and S 2 for U a = H or Ub = H. Uf = H in the position a 1 ( b 1 ( Ci, a 2 , b 2 , C 2 penetrate) are shown in Figures 3 a to 3 f Thus, for example, Fig. 3a shows the control voltage U 3 , which for U a = H the switch in position C 1, Fig. 3 b which brings! it into the position b!. These pulse sequences are synchronized with the pulse trains A and B of the light source L durchfliedenden stream so and its duty cycle is chosen so that the Output of the two low-pass amplifier V 1 and V 2 signals Ua and U B arise, which are summarized by one, these amplifiers V 1 and V 2 downstream summation amplifiers V 5 as follows

Us = UA + UB = U · sin (-^- χ + -^) t, d TUs = U A + U B = U · sin (- ^ - χ + - ^) t, d T

worin die Weg- oder Winkelinformationen des Meßsystems als Phasenverschiebung enthalten ist. D ist dabei die Gitterkonstante der abgetasteten Maßverkörperung, T die Periode der Impulsfolgen A bzw. B, t die Leitkoordinate und χ die entsprechende Wegoder Winkelinformation.wherein the path or angle information of the measuring system is included as a phase shift. D is the lattice constant of the sampled material measure, T the period of the pulse sequences A and B, t the guidance coordinate and χ the corresponding path or angle information.

Claims (1)

-1- Z44 813-1- Z44 813 Patentansprüche:claims: 1. Fotoelektrisches Meßsystem, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung, einen Rastermaßstab und einen fotoelektrischen Abtastkopf, wobei der Rastermaßstab relativ zum Abtastkopf und zur Beleuchtungseinrichtung bewegbar ist und der1. A photoelectric measuring system comprising a lighting device, a grid scale and a photoelectric scanning head, wherein the grid scale is movable relative to the scanning head and the illumination device and the Abtastkopf vier Fotoempfänger umfaßt, denen eine Signalverarbeitungseinheit nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleuchtungseinrichtüng eine einzige, impulsmäßig durch zwei um 90° gegeneinander phasenversetzte Impulsfolgen (A und B) mit Strom beaufschlagte Lichtquelle besitzt, wobei der Photostrom der durch die Impulsfolge A beaufschlagten Lichtquelle zwei ersten Fotoempfängern (T-,; T2) und der Photostrom der danach durch die Impulsfolge B beaufschlagten Lichtquelle zwei zweiten Fotoempfängern (T3; T4) zugeordnet ist, und daß die beiden ersten Fotoempfänger (T1; T2) und die beiden zweiten Fotoempfänger (T3 T4) jeweils in Form einer Gegentaktstufe zusammengeschaltet sind, die durch je eine Schalteranordnung (S-i; S2) kurzzeitig wechselweise mit hochohmigen Tiefpaßverstärkern (V1; V2) verbunden sind, wobei am Eingang eines jeden Tiefpaßverstärkers (V1; V2) ein, durch die Schalteranordnungen (Si bzw. S2) an Hochpässe (R1 C1 und R2 C2) anschaltbarer und über diese periodisch entladbarer Kondensator (C3; C4) angeordnet ist.A scanning head comprises four photoreceivers, which are followed by a signal processing unit, characterized in that the Bleuchtungseinrichtüng a single pulse by two by 90 ° to each other out of phase pulse trains (A and B) has energized light source, wherein the photocurrent of the acted upon by the pulse sequence A light source two first photoreceivers (T-, T 2 ) and the photocurrent of the then acted upon by the pulse train B light source two second photodetectors (T 3 ; T 4 ) is assigned, and that the two first photoreceptor (T 1 , T 2 ) and the two second photoreceptor (T 3 T 4 ) are each connected together in the form of a push-pull stage, each by a switch assembly (Si; S 2 ) for a short time alternately with high-impedance low-pass amplifiers (V 1 , V 2 ) are connected, wherein at the input of each low-pass amplifier ( V 1 ; V 2 ), through the switch arrangements (Si or S 2 ) at high passes (R 1 C 1 and R 2 C 2 ) connectable and via this periodically dischargeable capacitor (C 3 ; C 4 ) is arranged. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein fotoelektrisches Meßsystem hoher Auflösung, insbesondere für transportable Feinmeß- und geodätische Geräte zur Weg- und Winkelmessung.The invention relates to a high-resolution photoelectric measuring system, in particular for portable Feinmeß- and geodetic devices for path and angle measurement. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es sind fotoelektrische Meßsysteme bekannt, bei denen zur Erhöhung der Auflösung und zur Verringerung des Energieverbrauches modulierte Lichtquellen in Form von Lumineszenzdioden vorgesehen sind. Hierbei ist zwei Fotoempfängern mindestens eine Lumineszenzdiode und ein Kollimator zugeordnet. Derartige Einrichtungen umfassen also mindestens vier Fotoempfänger, meist in Form von Fototransistoren (DD-PS 139897). Die beiden Lumineszenzdioden sind jeweils so moduliert, daß ihre Lichtströme eine gegenseite Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Aus den Spannungen, die an den Fotoempfängern anliegen, wird auf bekannte Weise ein Summationssignal abgeleitet, das gemäß dem Additionstheorem der Winkelfunktionen zu einem Signal führt, dessen Phase der Position χ des Meßkopfes des Meßsystems in bezug auf einen abgetasteten Maßstab proportional ist. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die Baugröße durch die Verwendung zweier Kollimatoren sich vergrößert. Die Drift der Lichtstärke der verwendeten Lichtquellen ist nicht genau gleich, wodurch sich nach einer endhohen Betriebszeit Interpolationsfehler einstellen, wenn sich beide Lichtquellen unterschiedlich verändern. Durch die Verwendung zweier Lichtquellen ist der Energieverbrauch relativ hoch, wodurch insbesondere bei batteriebetriebenen, transportablen . Meßgeräten die Betriebszeit erheblich verkürzt wird. Bei den in der Technik gebräuchlichen Meßsystemen ist eine weitere Verringerung des Betriebsstromes dieser Lichtquellen nicht mehr möglich, da bei Unterschreitung einer bestimmten Grenze die Lichtleistung der Lichtquellen im Vergleich zum Strom überproportional abnimmt. Man kommt dann schnell in ein Gebiet, in dem die Signale der Fotoempfänger so klein werden, daß ihre zuverlässige Registrierung infolge der Drift- und Rauscheigenschaften der nachgeschalteten Verstärker in Frage gestellt wird.Photoelectric measuring systems are known in which modulated light sources in the form of light-emitting diodes are provided to increase the resolution and to reduce the energy consumption. Here, two photoreceivers at least one light emitting diode and a collimator is assigned. Such devices thus comprise at least four photoreceivers, usually in the form of phototransistors (DD-PS 139897). The two light-emitting diodes are each modulated so that their luminous fluxes have a mutual phase shift of 90 °. From the voltages applied to the photoreceivers, a summation signal is derived in a known manner, which leads, according to the addition theorem of the trigonometric functions, to a signal whose phase is proportional to the position χ of the measuring head of the measuring system with respect to a scanned scale. This device has the disadvantage that the size increases through the use of two collimators. The drift of the light intensity of the light sources used is not exactly the same, resulting in interpolation errors set after a long operating time when both light sources change differently. By using two light sources, the energy consumption is relatively high, which makes battery-powered, portable. Meters the operating time is significantly reduced. In the measuring systems customary in the art, a further reduction of the operating current of these light sources is no longer possible, since falling below a certain limit, the light output of the light sources decreases disproportionately in comparison to the current. It then comes quickly into an area in which the signals of the photoreceptor are so small that their reliable registration due to the drift and noise characteristics of the downstream amplifier is called into question. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Meßsystem mit geringem Energieverbrauch und hoher Betriebsdauer zu schaffen.It is the purpose of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a measuring system with low power consumption and long service life. Wesen der ErfindungEssence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fotoelektrisches Meßsystem zu schaffen, bei welchem durch eine besondere, einfache Ansteuerung der Lichtquelle der Einfluß von Drifterscheinungen auf die Erzeugung von Meßsignalen beseitigt sind, ein geringer Energieverbrauch auch bei langer Betriebszeit erreicht wird.The invention has for its object to provide a photoelectric measuring system in which are eliminated by a special, simple control of the light source of the influence of drifting effects on the generation of measurement signals, a low power consumption is achieved even with long periods of operation. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem fotoelektrischen Meßsystem, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung, einen Rastermaßstab und einen fotoelektrischen Abtastkopf, wobei der Rastermaßstab relativ zum Abtastkopf und zur Beleuchtungseinrichtung bewegbar ist und der Abtastkopf vier Fotoempfänger umfaßt, denen einen Signalverarbeitungseinheit nachgeordnet ist, dadurch gelöst, daß die Beleuchtungseinrichtung eine einzige, impulsmäßig durch zwei um 90° gegeneinander phasenversetzte Impulsfolgen mit Strom beaufschlagte Lichtquelle besitzt, wobei der Photostrom der durch die Impulsfolge A beaufschlagten Lichtquelle zwei ersten Fotoempfängern und der Photostrom der danach durch die Impulsfogle B beaufschlagten Lichtquelle zwei zweiten Fotoempfängern zugeordnet ist, und daß die beiden ersten Fotoempfänger und die beiden zweiten Fotoempfänger jeweils in Form einer Gegentaktstufe zusammengeschaltet sind, die durch je eine Schalteranordnung kurzzeitig wechselweise mit hochohmigen Tiefpaßverstärkern verbunden sind, wobei am Eingang eines jeden Tiefpaßverstärkers ein, durch die Schalteranordnungen an Hochpässe anschaltbarer und über diese periodisch entladbarer Kondensator angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in a photoelectric measuring system comprising a lighting device, a grid scale and a photoelectric scanning head, wherein the grid scale relative to the scanning head and the illumination device is movable and the scanning comprises four photoreceivers, which is arranged downstream of a signal processing unit, achieved in that the illumination device a single, pulse-wise by two 90 ° to each other phase-shifted pulse trains with current acted upon light source, the photocurrent of the acted upon by the pulse sequence A light source two first photodetectors and the photocurrent of the then acted upon by the Impulsfogle B light source two second photoreceivers is assigned, and the two first photoreceivers and the two second photoreceptors are each interconnected in the form of a push-pull stage, the short alternately by hocho with a switch assembly hmigen low-pass amplifiers are connected, wherein at the input of each low-pass amplifier, a, can be connected by the switch assemblies at high passes and periodically dischargeable capacitor over this. Es ist ein besonderer Vorteil des Meßsystems, daß das Driftverhalten der verwendeten Lichtquelle die Meßgenauigkeit des Meßsystems nicht beeinflußt und demnach auch eine hohe Auflösung bei der Weg-und Winkelmessung erreicht wird. Durch den geringen Energiebedarf des Meßsystems ist es möglich, batteriebetriebene Meßsysteme langer Betriebsdauer zu schaffen.It is a particular advantage of the measuring system that the drift behavior of the light source used does not affect the measurement accuracy of the measuring system and therefore also a high resolution in the path and angle measurement is achieved. Due to the low energy requirement of the measuring system, it is possible to provide battery-operated measuring systems of long service life.
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