Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Messung der Entfernung
eines Objekts, mit einer Lichtquelle, die eine eine optische Strahlung
aussendende Lichtleitfaser aufweist, mit einem optischen Element,
welches die optische Strahlung fokussiert und auf das Objekt abbildet,
und mit einem Lichtempfänger,
der das Licht empfängt
und in ein elektrisches Signal zur Weitergabe an eine Steuereinrichtung
umwandelt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
optischen Messung der Entfernung eines Objekts, wobei von einer
Lichtleitfaser einer Lichtquelle eine optische Strahlung ausgesendet,
mittels eines optischen Elements fokussiert und auf das Objekt abgebildet
wird, und wobei die optische Strahlung von einem Lichtemp fänger empfangen
und in ein elektrisches Signal zur Weitergabe an eine Steuereinrichtung
umgewandelt wird.The
The invention relates to a device for the optical measurement of the distance
of an object, with a light source, which is an optical radiation
having emitting optical fiber, with an optical element,
which focuses the optical radiation and images it on the object,
and with a light receiver,
who receives the light
and an electrical signal for transmission to a controller
transforms. Furthermore, the invention relates to a method for
Optical measurement of the distance of an object, being one of
Optical fiber of a light source emitting an optical radiation,
focused by means of an optical element and imaged onto the object
is, and wherein the optical radiation received by a Lichtemp catcher
and an electrical signal for transmission to a controller
is converted.
Aus
dem allgemeinen Stand der Technik ist zur optischen Messung der
Entfernung eines Objekts das Verfahren der Optischen Triangulation
bekannt. Andere Vorgehensweisen sehen vor, die Entfernung eines
Objekts mittels der Lichtlaufzeit zu messen.Out
The general state of the art is for optical measurement of the
Removal of an object the method of optical triangulation
known. Other approaches include removing one
Object by means of the light transit time to measure.
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Vorrichtung
und ein alternatives Verfahren zur optischen Messung der Entfernung
eines Objekts bereitzustellen.It
The object of the present invention is an alternative device
and an alternative method of optically measuring the distance
to provide an object.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this
Problem solved by the features mentioned in claim 1.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt vorteilhafterweise eine sehr genaue und insbesondere sehr
schnelle Abstandsmessung, da keine Abhängigkeit der Messung von Laufzeiten
besteht.The
inventive device
advantageously allows a very accurate and especially very
fast distance measurement, as no dependence of the measurement of transit times
consists.
Eine
bezüglich
der Schnelligkeit der Messung sehr vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung kann darin bestehen, dass die Verschiebeeinrichtung
als schwingendes Element ausgebildet ist.A
in terms of
the speed of measurement very advantageous embodiment
The invention may consist in that the displacement device
is designed as a vibrating element.
Des
weiteren kann vorgesehen sein, dass die Verschiebeeinrichtung einen
Aktuator mit wenigstens einem Mag rieten und wenigstens einer Spule aufweist,
wodurch sich ein sehr einfacher und präziser Antrieb zur Bewegung
der Lichtleitfaser ergibt.Of
Furthermore, it can be provided that the displacement device has a
Actuator with at least one Mag rieten and at least one coil has,
which gives a very simple and precise drive for movement
the optical fiber results.
Eine
verfahrensgemäße Lösung der
Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 11.A
procedural solution of
The object arises from the features of claim 11.
Mit
diesem Verfahren kann eine optische Messung der Entfernung des Objekts
sehr schnell und einfach durchgeführt werden.With
This method can be an optical measurement of the distance of the object
be done very quickly and easily.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnungen prinzipmäßig dargestellt.Further
yield advantageous embodiments and refinements of the invention
from the remaining subclaims. Below is an embodiment
of the invention shown in principle with reference to the drawings.
Es
zeigt:It
shows:
1 einen
Messaufbau, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur optischen
Messung der Entfernung eines Objekts angeordnet ist; 1 a measurement setup in which a device according to the invention for the optical measurement of the distance of an object is arranged;
2 eine
Detailansicht des Messaufbaus einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung; und 2 a detailed view of the measurement structure of a preferred embodiment of the invention; and
3 einen
Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in dem eine Steuereinrichtung derselben dargestellt ist. 3 a detail of the device according to the invention, in which a control device of the same is shown.
Ein
in 1 schematisch dargestellter Messaufbau 1 weist
ein Objekt 2 und eine Vorrichtung 3 zur Messung
der Entfernung des Objekts 2 von der Vorrichtung 3 auf.
In der Vorrichtung 3 ist eine nachfolgend als Lichtquelle 4 bezeichnete
Quelle zur Aussendung optischer Strahlung angeordnet, deren optische
Strahlung, nachfolgend der Einfachheit halber als Licht bezeichnet, über eine
von der Lichtquelle 4 ausgehende Lichtleitfaser 5 einem
optischen Element 6 zugeführt wird. Dabei ist die Lichtleitfaser 5 auf
einer Verschiebeeinrichtung 7 angeordnet, die in der Lage
ist, das dem Objekt 2 zugewandte Ende 5a der Lichtleitfaser 5 auf
das optische Element 6 zu- und wegzubewegen, also die Lichtleitfaser 5 relativ zu
dem optischen Element 6 zu verschieben. Hierbei ist die
Lichtleitfaser 5 mittels der Verschiebeeinrichtung 7 in
wenigstens einer Achse beweglich.An in 1 schematically illustrated measurement setup 1 assigns an object 2 and a device 3 for measuring the distance of the object 2 from the device 3 on. In the device 3 is a subsequent as a light source 4 designated source for emitting optical radiation whose optical radiation, hereinafter referred to simply as light, via one of the light source 4 outgoing optical fiber 5 an optical element 6 is supplied. Here is the optical fiber 5 on a displacement device 7 arranged, which is capable of that the object 2 facing the end 5a the optical fiber 5 on the optical element 6 move on and away, so the optical fiber 5 relative to the optical element 6 to move. Here is the optical fiber 5 by means of the displacement device 7 movable in at least one axis.
Für die Lichtquelle 4,
die im vorliegenden Fall als hochfrequent intensitätsmodulierte
Lichtquelle ausgebildet ist, wird vorzugsweise eine Laserdiode eingesetzt,
es ist jedoch auch denkbar, eine Superlumineszenzdiode oder einen
Laser zu verwenden. Die für
die Strahlungsführung
verwendete Lichtleitfaser 5 ist vorzugsweise einzelmodig
ausgebildet, es könnte jedoch
auch eine Multimode-Faser oder ein Faserbündel vorgesehen sein.For the light source 4 , which is formed in the present case as a high-frequency intensity-modulated light source, a laser diode is preferably used, but it is also conceivable to use a super-luminescent diode or a laser. The optical fiber used for the radiation guidance 5 is preferably formed Einzelmodig, but it could also be provided a multi-mode fiber or a fiber bundle.
Das
optische Element 6 fokussiert den an dem Ende 5a der
Lichtleitfaser 5 austretenden Lichtstrahl auf das Objekt 2,
ein möglicher
Strahlengang 8 ist in 1 dargestellt.
Das optische Element 6, welches im Gegensatz zur dargestellten
Ausführungsform
als Linse auch als Mehrlinsensystem oder als Spiegel ausgebildet
sein kann, weist vorzugsweise eine hohe numerische Apertur auf und
ist frei von sphärischen
Aberrationen.The optical element 6 Focus on the end 5a the optical fiber 5 emerging light beam on the object 2 , a possible ray path 8th is in 1 shown. The optical element 6 , which in contrast to the illustrated embodiment as a lens can also be designed as a multi-lens system or as a mirror, preferably has a high numerical aperture and is free of spherical aberrations.
Das
von dem Objekt 2 reflektierte Streulicht wird teilweise
von dem optischen Element 6 aufgefangen und auf das Ende 5a der
Lichtleitfaser 5 abgebildet, wie dies aus dem Strahlengang 8 hervorgeht.
Ein Teil dieser Strahlung wird über
eine Kopplungseinrichtung 9 einem als Lichtempfänger 10 bezeichneten
Empfänger
zugeführt.
Mittels der Kopplungseinrichtung 9 wird ein zu dem Lichtempfänger 10 führender
Abschnitt 5b der Lichtleitfaser 5 mit einem von
der Lichtquelle 4 ausgehenden Abschnitt 5c der
Lichtleitfaser 5 zu einer einzigen, mittels der Verschiebeeinrichtung 7 verschieblichen
Lichtleitfaser 5 gekoppelt. Die Verwendung der Kopplungseinrichtung 9 in
dieser Form gewährleistet,
dass dem Lichtempfänger 10 die
von dem Objekt 2 reflektierte und von dem optischen Element 6 eingefangene
und nicht die von der Lichtquelle 4 ausgesendete optische
Strahlung zugeführt
wird.That of the object 2 reflected stray light is partly from the optical element 6 intercepted and on the end 5a the optical fiber 5 pictured as this from the beam path 8th out goes. Part of this radiation is via a coupling device 9 one as a light receiver 10 supplied designated receiver. By means of the coupling device 9 becomes one to the light receiver 10 leading section 5b the optical fiber 5 with one of the light source 4 outgoing section 5c the optical fiber 5 to a single, by means of the displacement device 7 sliding optical fiber 5 coupled. The use of the coupling device 9 in this form ensures that the light receiver 10 the of the object 2 reflected and from the optical element 6 captured and not from the light source 4 emitted optical radiation is supplied.
Die
Kopplungseinrichtung 9 ist hierzu in der Lage, die Richtungen
der in der Lichtleitfaser 5 geführten Strahlung, d. h. in der
einen Richtung von der Lichtquelle 4 zu dem optischen Element 6 und
in der anderen Richtung von dem optischen Element 6 zu dem
Lichtempfänger 10,
zu unterscheiden. Somit wird die von der Lichtquelle 4 ausgesendete
optische Strahlung dem optischen Element 6 und die von
dem Ende 5a der Lichtleitfaser 5 eingefangene
Strahlung dem Lichtempfänger 10 zugeführt. Der
Lichtempfänger 10 wandelt
das empfangene optische Signal zur Weitergabe an eine Steuereinrichtung 11 in
ein elektrisches Signal um. Das optische und damit auch das davon
abhängige
elektrische Signal des Lichtempfängers 10 ist
maximal, wenn die Abbildungsgleichung für die Abbildung des Endes 5a der
Lichtleitfaser 5 auf das Objekt 2 und zurück erfüllt ist.The coupling device 9 is capable of doing this, the directions of the in the optical fiber 5 guided radiation, ie in one direction from the light source 4 to the optical element 6 and in the other direction from the optical element 6 to the light receiver 10 to distinguish. Thus, that of the light source 4 emitted optical radiation to the optical element 6 and from the end 5a the optical fiber 5 captured radiation to the light receiver 10 fed. The light receiver 10 converts the received optical signal for transmission to a controller 11 into an electrical signal. The optical and thus the dependent electrical signal of the light receiver 10 is maximal if the mapping equation is for the mapping of the end 5a the optical fiber 5 on the object 2 and back is fulfilled.
Es
ergibt sich die folgende Abbildungsgleichung: 1/f' = 1/a' – 1/a The result is the following mapping equation: 1 / f '= 1 / a' - 1 / a
Die
Abbildungsgleichung stellt in dieser Form eine Vereinfachung dar
und gilt für
eine an Luft angrenzende dünne
Linse als optisches Element 6. Die Abbildungsgleichung
beschreibt den Zusammenhang zwischen der Objektweite a (Abstand
zwischen dem Objekt 2 und dem optischen Element 6)
und der Bildweite a (Abstand zwischen dem optischen Element 6 und
dem Ende 5a der Lichtleitfaser 5) in Bezug auf
die Brennweite f' des
optischen Elements 6, wobei die Brennweite f' je nach verwendetem
optischen Element 6 eine feste Größe darstellt. Objektweite a
und Bildweite a' stehen
in einem festen Zusammenhang, wenn die Abbildungsgleichung bei gleichbleibender
Brennweite f' erfüllt sein
soll.The mapping equation in this form represents a simplification and applies to an air-adjacent thin lens as an optical element 6 , The mapping equation describes the relationship between the object distance a (distance between the object 2 and the optical element 6 ) and the image distance a (distance between the optical element 6 and the end 5a the optical fiber 5 ) with respect to the focal length f 'of the optical element 6 , where the focal length f 'depending on the optical element used 6 is a fixed size. Object distance a and image distance a 'are in a fixed relationship if the mapping equation is to be fulfilled at the same focal length f'.
Ist
bei maximalem Signal des Lichtempfängers 10 die Position
der dargestellten Verschiebeeinrichtung 7 bekannt, lässt sich
daraus die Entfernung des Objekts 2 von dem optischen Element 6 ermitteln.
Vorzugsweise tastet die Steuereinrichtung 11 das elektrische
Signal des Lichtempfängers 10 stetig ab.
Die Verschiebeeinrichtung 7 und die Steuereinrichtung 11 sowie
die Ermittlung der Position der Verschiebeeinrichtung 7 werden
nachfolgend ausführlicher
beschrieben.Is at maximum signal of the light receiver 10 the position of the illustrated displacement device 7 known, it can be the distance of the object 2 from the optical element 6 determine. The control device preferably scans 11 the electrical signal of the light receiver 10 steadily off. The displacement device 7 and the controller 11 as well as the determination of the position of the displacement device 7 will be described in more detail below.
2 zeigt
eine Detailansicht der Vorrichtung 3, bei der die Verschiebeeinrichtung 7 schematisiert
dargestellt ist. Die Verschiebeeinrichtung 7 ist vorzugsweise
als schwingendes Element ausgeführt, dessen
Schwingungsamplitude genau geregelt werden kann. Die Verschiebeeinrichtung 7 weist
eine Messeinrichtung 12 und einen Aktuator 13 auf.
Die Messeinrichtung 12 dient zum Messen der Position des
Endes 5a der Lichtleitfaser 5 relativ zu dem optischen
Element 6 und weist im vorliegenden Fall eine lange Spule 14 und
zwei innerhalb der langen Spule 14 angeordnete kurze Spulen 15 und 16 auf.
Für die Messeinrichtung 12 wird
vorzugsweise ein Differentialtransformator verwendet, es ist jedoch
auch denkbar, ein anderes Positionsge bersystem zu verwenden. Die
in der Messeinrichtung 12 enthaltene lange Spule 14 ist
mit einer Spule 17 des Aktuators 13 fest verbunden
und in wenigstens einer Achse beweglich gelagert. An der Spule 17 des
Aktuators 13 und an der langen Spule 14 der Messeinrichtung 12 ist
des weiteren die Lichtleitfaser 5 angebracht. Der Aktuator 13 weist
neben der Spule 17 wenigstens einen Magneten 18 auf.
Durch ein Signal aus der Steuereinrichtung 11 kann die
Spule 17 gegenüber
dem Magneten 18 ausgelenkt werden, um so die Lichtleitfaser 5 zu bewegen. 2 shows a detailed view of the device 3 in which the displacement device 7 is shown schematically. The displacement device 7 is preferably designed as a vibrating element whose vibration amplitude can be controlled accurately. The displacement device 7 has a measuring device 12 and an actuator 13 on. The measuring device 12 used to measure the position of the end 5a the optical fiber 5 relative to the optical element 6 and in the present case has a long coil 14 and two inside the long coil 14 arranged short coils 15 and 16 on. For the measuring device 12 Preferably, a differential transformer is used, but it is also conceivable to use a different position encoder system. The in the measuring device 12 included long coil 14 is with a coil 17 of the actuator 13 firmly connected and movably mounted in at least one axis. At the coil 17 of the actuator 13 and on the long coil 14 the measuring device 12 is also the optical fiber 5 appropriate. The actuator 13 points next to the coil 17 at least one magnet 18 on. By a signal from the controller 11 can the coil 17 opposite the magnet 18 be deflected, so the optical fiber 5 to move.
Die
Position der Lichtleitfaser 5 wird folgendermaßen bestimmt:
Die lange Spule 14 kann mit einem Signal von der Steuereinrichtung 11 beaufschlagt
werden. Die in den kurzen Spulen 15 und 16 induzierten
Spannungen sind von der relativen Position der langen Spule 14 abhängig und
werden der Steuereinrichtung 11 zur Verarbeitung zugeführt. Steht
die lange Spule 14 symmetrisch zu den kurzen Spulen 15 und 16,
so sind die dort induzierten Teilspannungen, also die Spannungen
der kurzen Spulen 15 und 16, gleich groß. Bei unsymmetrischer
Stellung der langen Spule 14 gegenüber den kurzen Spulen 15 und 16 überwiegt
die Teilspannung in einer der kurzen Spulen 15 oder 16,
sodass die Spannung der Spule 15 größer oder kleiner als die Spannung
der Spule 16 ist. Mit Hilfe der Steuereinrichtung 11 kann aus
den Teilspannungen eine Differenzspannung gebildet werden, wobei
die Ermittlung der Differenzspannung nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird. Die Differenzspannung verhält sich wenigstens annähernd proportional
zur Auslenkung der langen Spule 14, wodurch sich die Position
der langen Spule 14 und somit die Position der Lichtleitfaser 5 relativ
zu dem optischen Element 6 bestimmen lässt.The position of the optical fiber 5 is determined as follows: The long spool 14 can with a signal from the controller 11 be charged. The ones in the short coils 15 and 16 induced voltages are from the relative position of the long coil 14 dependent and become the controller 11 fed for processing. Is the long coil 14 symmetrical to the short coils 15 and 16 , so are the partial voltages induced there, so the voltages of the short coils 15 and 16 , same size. In asymmetric position of the long coil 14 opposite the short coils 15 and 16 the partial voltage prevails in one of the short coils 15 or 16 so that the tension of the coil 15 greater or smaller than the voltage of the coil 16 is. With the help of the control device 11 can be formed from the partial voltages a differential voltage, the determination of the differential voltage will be described in more detail below. The differential voltage behaves at least approximately proportional to the deflection of the long coil 14 , which changes the position of the long coil 14 and thus the position of the optical fiber 5 relative to the optical element 6 determine.
In 3 ist
ein möglicher
Aufbau der Steuereinrichtung 11 dargestellt. Vorzugsweise
ist die Steuereinrichtung 11 als Mikrocontroller ausgebildet,
die Steuereinrichtung 11 kann jedoch auch aus einem anderen
signalverarbeitenden System bestehen. Mittels der wie nachfolgend
beschrieben ausgebildeten Steuereinrichtung 11 können alle
Digital/Analog-Wandlersignale (D/A) und Analog/Digital-Wandlersignale
(A/D) gesteuert und ausgewertet werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
müssen drei
Eingangssignale und drei Steuersignale mit der Steuereinrichtung 11 verarbeitet
werden.In 3 is a possible construction of the control device 11 shown. Preferably, the control device 11 designed as a microcontroller, the control device 11 But it can also be one consist of other signal processing system. By means of the control device designed as described below 11 All digital / analog converter signals (D / A) and analog / digital converter signals (A / D) can be controlled and evaluated. In the present embodiment, three input signals and three control signals with the control device 11 are processed.
Die
Lichtquelle 4 ist vorzugsweise mit einem hochfrequenten
Wechselsignal von einer Signalquelle 19 über einen
D/A-Wandler 20 beaufschlagt. Alternativ kann die Lichtquelle 4 auch
konstant betrieben werden. Wird die Lichtleitfaser 5 auf
das optische Element 6 zu- und wegbewegt, schwankt dieses hochfrequente,
intensitätsmodulierte
Signal zusätzlich
niederfrequent in seiner Intensität. Das optische Signal beinhaltet
zwei unterschiedliche Informationen.The light source 4 is preferably with a high frequency alternating signal from a signal source 19 via a D / A converter 20 applied. Alternatively, the light source 4 also be operated constantly. Will the optical fiber 5 on the optical element 6 moved to and fro, this high-frequency, intensity-modulated signal also low-frequency intensity varies. The optical signal contains two different pieces of information.
Wie
schon zuvor beschrieben wandelt der Lichtempfänger 10 das auftreffende
optische Signal und führt
es einem A/D-Wandler 21 zu, wodurch das hochfrequente Signal
mit der Signalquelle 19 und einem Mischer 22a synchron
demoduliert und danach mit einem Filter 23a tiefpassgefiltert
werden kann. Nach dem Filter 23a enthält das Signal nur noch die niederfrequente
Information der Bewegung der Lichtleitfaser 5. Das niederfrequente
Signal wird mit einer Signalquelle 24 und einem Mischer 22b synchron
demoduliert und mit einem Filter 23b tiefpassgefiltert. Durch
das Ausgangssignal des Filters 23b kann das maximale Signal
des Lichtempfängers 10 ermittelt werden.
Das Signal des Lichtempfängers 10 ist
maximal, wenn das Signal nach dem Filter 23b Null wird.As described earlier, the light receiver converts 10 the incident optical signal and leads it to an A / D converter 21 to, causing the high-frequency signal to the signal source 19 and a mixer 22a synchronously demodulated and then with a filter 23a can be low pass filtered. After the filter 23a the signal contains only the low-frequency information of the movement of the optical fiber 5 , The low frequency signal comes with a signal source 24 and a mixer 22b synchronously demodulated and with a filter 23b low-pass filtered. By the output signal of the filter 23b can be the maximum signal of the light receiver 10 be determined. The signal of the light receiver 10 is maximum if the signal is after the filter 23b Becomes zero.
Das
Ausgangssignal der Signalquelle 24 dient vorzugsweise auch
als Signal für
die mittlere Sollposition der Lichtleitfaser 5 relativ
zu dem optischen Element 6. Über einen Regelkreis 25 und
einen D/A-Wandler 26 wird das Signal der Spule 17 des
Aktuators 13 zugeführt.
Vorzugweise wird das Signal periodisch moduliert, sodass sich die
Lichtleitfaser 5 periodisch um eine mittlere Sollposition
bewegt. Somit wird das Ende 5a der Lichtleitfaser 5 ständig auf
das optische Element 6 hin- bzw. von demselben weg bewegt.
Die mittlere Sollposition entspricht der Bildweite a' und ist mit Hilfe
der Abbildungsgleichung ein Maß für die Entfernung
der Vorrichtung 3 zu dem Objekt 6.The output signal of the signal source 24 preferably also serves as a signal for the mean desired position of the optical fiber 5 relative to the optical element 6 , About a control loop 25 and a D / A converter 26 becomes the signal of the coil 17 of the actuator 13 fed. Preferably, the signal is periodically modulated so that the optical fiber 5 periodically moved by a mean target position. Thus, the end 5a the optical fiber 5 constantly on the optical element 6 moved back and forth from the same. The mean nominal position corresponds to the image width a 'and is a measure of the distance of the device with the aid of the imaging equation 3 to the object 6 ,
Für die Messung
der Position der Lichtleiterfaser 5, also der Ermittlung
der Istposition, kann die Spule 14 mit einem Signal aus
einer Signalquelle 27 und einem D/A-Wandler D/A1 28 beaufschlagt
werden. In den beiden kurzen Spulen 15 und 16 werden die
gemessenen Spannungen jeweiligen A/D-Wandlern A/D1 29 und
A/D2 30 zugeführt.
Wie zuvor beschrieben sind die in den kurzen Spulen 15 und 16 induzierten
Spannungen von der relativen Position zur Spule 14 abhängig. Die
Signale können
kontinuierlich elektronisch abgetastet und mit der Signalquelle 27 synchron
demoduliert werden. Somit kann jedes Signal mit einem nachgeschalteten
Filter 23c und 23d tiefpassgefiltert werden. Wie
oben beschrieben sind den Filtern 23c und 23d jeweilige
Mischer 22c und 22d vorgeschaltet. Mit einer Auswerteeinheit 31 kann
das Verhältnis
der demodulierten Spannungen ermittelt werden, um aus dem Verhältnis die
aktuelle Position der Lichtleitfaser 5, also deren Istposition, relativ
zu dem optischen Element 6 zu bestimmen.For measuring the position of the optical fiber 5 , that is, the determination of the actual position, the coil can 14 with a signal from a signal source 27 and a D / A converter D / A1 28 be charged. In the two short coils 15 and 16 the measured voltages are respective A / D converters A / D1 29 and A / D2 30 fed. As previously described, those in the short coils 15 and 16 induced voltages from the relative position to the coil 14 dependent. The signals can be continuously sampled electronically and with the signal source 27 be demodulated synchronously. Thus, each signal can be connected to a downstream filter 23c and 23d be low-pass filtered. As described above are the filters 23c and 23d respective mixers 22c and 22d upstream. With an evaluation unit 31 For example, the ratio of the demodulated voltages can be determined to obtain from the ratio the current position of the optical fiber 5 , So their actual position, relative to the optical element 6 to determine.
Der
Regelkreis 25 dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als schneller Positionsregelkreis, der das Signal für die Istposition
von der Auswerteeinheit 31 mit dem Signal für die Sollposition aus
einem Addierer 32 vergleicht. Für den in an sich bekannter Weise
aufgebauten Regelkreis 25 kann zum Beispiel ein Proportional-Integral-Differential-Regler
(PID-Regler) verwendet werden. Bei einer Abweichung des Istpositionswertes
von dem Sollpositionswert ergibt sich am Ausgang des Regelkreises 25 ein
Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Regelkreises 25 wird
dem D/A-Wandler 26 zugeführt, der mit der Spule 17 die
Position des Endes 5a der Lichtleitfaser 5 einstellt,
bis die Istposition der Sollposition entspricht. Die Sollposition,
das Ausgangssignal des Addierers 32, setzt sich aus dem
Ausgangssignal der Signalquelle 24 und dem Ausgangssignal eines
Regelkreises 33 zusammen.The control loop 25 serves in the illustrated embodiment as a fast position control loop, the signal for the actual position of the evaluation 31 with the signal for the target position from an adder 32 compares. For the constructed in a conventional manner control loop 25 For example, a proportional-integral-derivative (PID) controller can be used. If the actual position value deviates from the setpoint position value, this results at the output of the control loop 25 an output signal. The output signal of the control loop 25 becomes the D / A converter 26 fed to the coil 17 the position of the end 5a the optical fiber 5 is set until the actual position corresponds to the target position. The target position, the output signal of the adder 32 , is composed of the output signal of the signal source 24 and the output signal of a control loop 33 together.
Die
von dem Regelkreis 25 vorgegebene Position, welche der
mittleren Sollposition entspricht, kann von dem Regelkreis 33 beeinflusst
werden. Es ist dadurch möglich,
das Ende 5a der Lichtleitfaser 5 so zu verfahren,
bis die eingefangene optische Strahlung oder entsprechend das elektrische
Signal von dem Lichtempfänger 10 bei
Erfüllung
der Abbildungsgleichung ihren maximalen Wert erreicht. Für die Bestimmung
eines maximalen Werts wird das Signal des Lichtempfängers 10 elektronisch
abgetastet und dem A/D-Wandler A/D3 21 zugeführt, der
dann auf den Regelkreis 33 wirkt. Alternativ ist auch eine
Frequenzzerlegung des abgetasteten Signals des Lichtempfängers 10 nach
Oberwellen der Schwingungsfrequenz der Bewegung der Lichtleitfaser 5 möglich.The of the control loop 25 predetermined position, which corresponds to the mean target position, can from the control loop 33 to be influenced. It is possible by the end 5a the optical fiber 5 to proceed until the trapped optical radiation or according to the electrical signal from the light receiver 10 reaches its maximum value when the mapping equation is satisfied. For determining a maximum value, the signal of the light receiver 10 electronically sampled and the A / D converter A / D3 21 fed, which then on the control loop 33 acts. Alternatively, a frequency separation of the sampled signal of the light receiver 10 according to harmonics of the oscillation frequency of the movement of the optical fiber 5 possible.