DE102015006174B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung einer optischen, kapazitiven, induktiven Übertragungsstrecke - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung einer optischen, kapazitiven, induktiven Übertragungsstrecke Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Variante eines Halios-Messverfahrens und eine zugehörige Vorrichtung Verfahren zur Vermessung der Eigenschaften einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke und/oder eines Objekts (O) innerhalb dieser. Im Gegensatz zum Stand der Technik senden der Kompensationssender (K) und der Sender (H) permanent und um 180° phasenverschoben zueinander mit nicht geregelter, konstanter Modulationsamplitude in jeweils eine zugehörige Übertragungsstrecke (I1, I2 und I3, I4) hinein. In einer oder mehreren der Übertragungstrecken (I1, I2, I3, I4) können sich ein oder mehrere Objekte (O) befinden. Der Halios-Regler (CT) erzeugt nun ein PWM- und/oder PDM-moduliertes Regelsignal (S4), das den Messwert für die Änderung der elektromagnetischen Strahlung beim Durchgang durch eine oder mehrere der Übertragungsstrecken repräsentiert. Das Sendevorsignal (S5v), das dem Sendesignal (S5) des Senders (H) entspricht, wird nun in Abhängigkeit vom logischen Wert des Regelsignal (S4) mit positivem bzw. negativem Vorzeichen zur Demodulation in einem ersten Multiplizierer (M1) benutzt. Es folgt die übliche Skalar-Produktbildung durch Filterung bzw. Integration und Schließung des Regelkreises.

Description

  • Einleitung
  • Die Erfindung betrifft eine kompensierende elektromagnetische Messstrecke. Ein solches Messprinzip ist als HALIOS®-System bekannt, das beispielsweise aus den folgenden Offenbarungen bekannt ist:
    EP 2 016 480 B1 , WO 2012 013 757 A1 , WO 2013 113 456 A1 , EP 2 594 023 B1 , EP 2 653 885 A1 , EP 2 405 283 B1 , EP 1 671 160 B1 , WO 2013 037 465 A1 , EP 1 901 947 B1 , US 2012 0 326 958 A1 , EP 1 747 484 B1 , EP 2 107 550 A2 , EP 1 723 446 B1 , EP 1 435 509 B1 , EP 1 410 507 B1 , EP 1 269 629 B1 , EP 1 258 084 B1 , EP 801 726 B1 , EP 1 480 015 A1 , DE 10 2005 045 993 B4 , DE 43 39 574 C2 , DE 44 11 770 C2 , DE 44 11 773 C2 , WO 2013 083 346 A1 , EP 2 679 982 A1 , WO 2013 076 079 A1 , WO 2013 156 557 A1 , WO 2014 096 385 A1 , DE 10 2014 002 194 A1 , DE 10 2014 002 788 A1 , DE 10 2014 002 486 A1 , DE 10 2007 005 187 A1 ,
  • Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass
    • • ein Sender (H), der von einem Sendesignal (S5) gespeist wird, in eine erste Übertragungsstrecke (I1) ein moduliertes elektromagnetisches Sendesignal (S5i) einspeist, das mit dem Sendesignal (S5) korreliert, und
    • • diese erste Übertragungsstrecke (I1) an einem zu vermessenden Objekt (O) endet, das das modulierte elektromagnetische Sendesignal (S5i) des Senders (H) reflektiert und/oder transmittiert und damit modifiziert und
    • • in eine zweite Übertragungsstrecke (I2) als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) einspeist, die an einem Empfänger (D) endet und
    • • und ein Kompensationssender (K), der durch ein Kompensationssendesignal (S3) gespeist wird, in eine dritte Übertragungsstrecke (I3), die ebenfalls an dem Empfänger (D) endet, ein moduliertes Kompensationssignal (S3i) einspeist, das mit dem Kompensationssignal (S3) korreliert, und
    • • dass sich das modifizierte elektromagnetische Sendesignal (S5s) und das elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) im Empfänger überlagern, wobei aus dem Stand der Technik lineare und multiplizierende Überlagerungen bekannt sind, und
    • • dass das so überlagerte Gesamtsignal durch den Empfänger (D) in ein Empfängerausgangssignal (S0) gewandelt wird und
    • • dass auf Basis dieses Empfängerausgangssignals (S0) zumindest ein Regler (CT) nun das Sendesignal (S5) und/oder das Kompensationssignal (S3) in der Amplitude so ausregelt, dass zumindest für einen bestimmten Spektralbereich der Modulation des Empfängerausgangssignals (S0) die relevanten Anteile des Modulationsspektrums des Sendesignals (S5) im Empfängerausgangssignal (S0) verschwinden.
  • Dieses Regelprinzip wird im Folgenden mit „altes HALIOS®-Prinzip” bezeichnet.
  • 1 zeigt das System der EP 2 602 635 B1 . Bei dem System der EP 2 602 635 B1 handelt es sich um eine Variation des alten HALIOS®-Prinzips, bei dem die absolute Amplitude des Sendesignale des Senders (H) und des Kompensationssenders (K) nicht geändert wird. Ein Taktgenerator (G) erzeugt ein digitales Basissendesignal (S50). Dieses Basissendesignal (S50) wird über einen ersten Schalter (SW1), der vom Regelsignal (S4) gesteuert wird, in das Sendevorsignal (S5v) bzw. das Kompensationssignal (S3v) gewandelt. Dabei wird die Modulation des Kompensationssenders (K) bzw. Senders (H) mit dem Basissendesignal (S50) jeweils abgeschaltet, wenn der erste Schalter (SW1) eine erste Schalterstellung einnimmt, die das Basissendesignal (S50) nicht mit dem Kompensationsvorsignal (S3v) bzw. dem Sendevorsignal (S5v) verbindet. Ein zweiter Verstärker (V2) erzeugt das das Sendesignal (S5) aus dem Sendevorsignal (S5v) und versorgt typischerweise den Sender (H) mit elektrischer Energie. Ein dritter Verstärker erzeugt das Kompensationssignal (S3) aus dem Kompensationsvorsignal (S3v) und versorgt typischerweise den Kompensationssender (K) mit elektrischer Energie. Hierdurch werden entweder der Sender (H) oder der Kompensationssender (K) mit dem Basissendesignal (S50) des Generators (G) moduliert, wobei das Regelsignal (S4) festlegt, welcher dieser beiden Sender (K, H) gerade sendet und moduliert wird. Der Sender (H) bestrahlt nun, wie oben beschrieben, über eine erste Übertragungsstrecke (I1) das Objekt (O) mit dem elektromagnetischen Sendesignal (S5i). Dieses Objekt (O) reflektiert und/oder transmittiert nun die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung in eine zweite Übertragungsstrecke (I2). Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass sowohl eine Vermessung der Eigenschaften der Übertragungsstrecke (I1, I2) als auch eine Vermessung von Objekteigenschaften des Objekts (O) möglich ist. Der Kompensationssender (K) strahlt in eine, in den meisten Anwendungsfällen bekannte, dritte Übertragungsstrecke (I3) ein. Eine derartige Vorrichtung wird typischerweise so angeordnet, dass der Sender (H) nicht direkt in den Empfänger (D) einstrahlen kann und der Kompensationssender (K) möglichst ausschließlich direkt in den Empfänger (D) einstrahlen kann. Für eine optimale Einstellung des Arbeitspunktes wird die elektromagnetische Strahlung des Kompensationssender (K) in der dritten Übertragungsstrecke (I3) typischerweise geschwächt, damit der Kompensationssender (K) im gleichen elektrischen und elektromagnetischen Arbeitspunkt arbeiten kann, wie der Sender (H). Vorzugsweise wird die Schwächung in der dritten Übertragungsstrecke (I3) so dimensioniert, dass diese Schwächung mit einer für den bestimmungsgemäßen Anwendungsfall auftretenden Schwächung der elektromagnetischen Strahlung des Senders (H) in der ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) und durch das Objekt (O) übereinstimmt. Die elektromagnetische Strahlung des Senders (H) und des Kompensationssenders (K) werden jeweils nach Durchgang durch ihre jeweiligen Übertragungsstrecken (I1, I2, I3) im Empfänger (D), wie erwähnt, überlagernd empfangen. Dieser erzeugt ein Empfängerausgangssignal (S0). Durch einen Filter (BP), der vorzugsweise ein Bandpassfilter (BP) ist, wird der Empfang auf das Frequenzspektrum der Modulation des Basissendesignals (S50) beschränkt. Dies dient beispielsweise einer Dämpfung des Einflusses beispielsweise von Störpegeln durch Sonnenbestrahlung bei optischen Anwendungen oder andere Fremdstrahler. Dieses kann trotz der nachfolgenden Signalverarbeitung aufgrund von Nichtlinearitäten ansonsten ohne eine solche Filterung immer noch zu Fehlern führen. Das Ausgangssignal des Filters (BP), das gefilterte Empfängerausgangssignal (S1) wird anschließend zum verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) durch einen ersten Verstärker verstärkt. Dem Fachmann ist offensichtlich, dass Filter (BP) und erster Verstärker (V1) als eine Einheit ausgeführt werden können. Besonders bevorzugt ist das verstärkte Empfängerausgangssignal (S3) ein differentielles Signal. In einem ersten Multiplizierer (M1) wird das verstärkte Empfängerausgangssignal (S2) mit dem Basissendesignal (S50) zum ersten Mischsignal (S6) multipliziert und damit gemischt. Dies kann im Falle eines differentiellen verstärkten Empfängerausgangssignals (S2) durch vertauschen bzw. nicht vertauschen der beiden Leitungen des differentiellen verstärkten Empfängerausgangssignals (S2) in Abhängigkeit vom logischen Zustand des Basissendesignals (S50) geschehen. Dies entspräche dann jeweils einer Multiplikation mit –1 und 1. Im Folgenden wird aber auch eine Multiplikation mit 0 und 1 ebenso beschrieben. Ein Vorzeichengenerator (VG) erzeugt ein Vorzeichensignal (S4i), das das Vorzeichen des Regelsignals (S4) angibt. Mit diesem Vorzeichensignal (S4i) wird das Mischsignal (S7) in einem zweiten Multiplizierer (M2) zum demodulierten Empfängerausgangssignal (S7) multipliziert. Auch dies kann bei einem differentiellen Signal durch Vertauschung der beiden Leitungen des differentiellen Signales geschehen. Ein erster Filter (F1) filtert das demodulierte Empfängerausgangssignal (S7) zum Regelvorsignal (S8). Typischerweise handelt es sich bei dem ersten Filter (F1) um einen einfachen Integrator oder Tiefpass oder einen Bandpass, der nur die interessierenden Frequenzen durchlässt. Ein Komparator oder Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) wandelt das Regelvorsignal (S8) in das digitale Regelvorsignal (S9) um. In einer Verzögerungsstufe (FF) wird das digitale Regelvorsignal (S9) um einen Takt des Basissendesignals (S50) zum Regelsignal (S4) verzögert. Das Regelsignal (S4) stellt den Messwert als seriellen Delta-Sigma-Datenstrom dar.
  • Bei dieser in der EP 2 602 635 B1 offengelegten Vorrichtung werden in Abhängigkeit vom Komparatorausgang der Sender (H) und der Kompensationssender (K) mit konstanter Amplitude gepulst. Eine Delta-Sigma-Schleife steuert die Anzahl Pulse des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) derart, dass gemittelt über die Zeit die gleiche Menge elektromagnetischer Sendestrahlung, beispielsweise eine gleiche Lichtmenge, der beiden Sendekanäle, des Senders (H) und des Kompensationssenders (K) auf den Empfänger (D) trifft. An dieser Stelle sollte erwähnt werden, dass dies jedoch bereits eine vereinfachte Darstellung ist. In einer typischen Realisierung der technischen Lehre der EP 2 602 635 B1 ist in Wirklichkeit ist die Signalmenge eines Signalpulses, beispielsweise die Lichtmenge eines Lichtpulses, wegen des Bandpasses (BP) nicht linear proportional zu den demodulierten elektrischen Pulsen des demodulierten Empfängerausgangssignals der EP 2 602 635 B1 . In dieser typischen Realisierung der technischen Lehre der EP 2 602 635 B1 steuert dann eine Delta-Sigma-Schleife die Anzahl der Pulse des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) derart, dass gemittelt über die Zeit die Fläche der demodulierten Empfangspulse des demodulierten Empfängerausgangssignals (S7), der beiden Sendekanäle, des Senders (H) und des Kompensationssenders (K), gleich ist (siehe 2). Das demodulierte Empfängerausgangssignal (S7) wird im Folgenden genauer beschrieben. Als Messsignal wird der Delta-Sigma-Strom des einsynchronisierten Analog-zu-Digital-Wandler-Ausgangs, typischerweise der Ausgangs eines Komparators, das Regelsignal (S4), verwendet.
  • Bei der Umsetzung haben sich folgende Probleme gezeigt: Da bei dem Patent EP 2 602 635 B1 nur zu 50% der Zeit einer der beiden Sender, der Kompensationssender (K) oder der Sender (H), eingeschaltet ist, wird im Empfänger (D) immer die volle Pulshöhe der beiden Sender (H, K) empfangen. Daher ist im Vergleich zum alten HALIOS®-Prinzip, in welchem nur das Differenzsignal verstärkt wird, die Verstärkung des empfangenen Signals eingeschränkt. Dies beschränkt die theoretische Messauflösung des Systems.
  • Ein weiteres Problem ist, dass der Bandpassmittelwert in der analogen Verstärkerstrecke vom aktuellen Pulsverhältnis der beiden Sendekanäle abhängt. Dadurch ist es sehr schwer, das System störungsfrei zeitweise pausieren zu lassen, was in Anwendungen jedoch erfahrungsgemäß regelmäßig der Fall ist. Wenn der Integrator angehalten wird, fehlt die Information, welcher Sendekanal pulsen soll. Der Bandpassmittelwert ändert sich und damit auch die zu integrierende Pulshöhe.
  • Eine Notwenigkeit zum Pausieren ergibt sich z. B. bei einer Störung der Referenzspannung durch andere parallel durchgeführte Messungen durch die gleiche integrierte Schaltung als deren Teil ggf. die erfindungsgemäße Vorrichtung realisiert wird.
  • Des Weiteren wurde bei der Verwendung von LEDs als Sender und Kompensationssender in optischen Systemen vereinzelt beobachtet, dass die zeitlich nicht konstante Ansteuerung der Sendedioden entsprechend der Offenbarung des Patents EP 2 602 635 B1 zu weiteren parasitären Effekten führen kann. Ein solcher Effekt wird insbesondere z. B. für den Fall eines verzögerten Einschaltens der LED-Treiber nach langer Aus-Phase nicht ausgeschlossen. Auch thermische Effekte durch niedrige Pulsraten einer Sendediode können auftreten.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung eine kompensierende Messvorrichtung anzugeben, die die Vorteile des HALIOS®-Prinzips auch für die im Schutzrecht EP 2 602 635 B1 offenbarte technische Lehre verfügbar machen:
    • 1. In der analogen Kette soll das Differenzsignal des Kompensationssendes (K) und des Senders (H) verbessert werden, damit eine höhere Auflösung erreicht werden kann.
    • 2. Der Integrator soll störungsfrei angehalten werden können.
    • 3. Eine zeitlich konstante Ansteuerung des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) zur Vermeidung von parasitären Effekten soll sichergestellt sein.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 3 und eine Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 6 gelöst.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Für die Lösung dieser technischen Aufgabenstellung wurde das aus der EP 2 602 635 B1 bekannte System erfindungsgemäß nun so abgeändert, dass eine Mischung des alten HALIOS®-Prinzips und des Nachfolgeprinzips der EP 2 602 635 B1 entstanden ist, die für sich genommen aber bereits eine für sich selbst stehende Idee ist. Anstatt die Lichtmenge über die Anzahl der Pulse des Kompensationssenders (K) bzw. des Senders (H) zu regeln, wird die Lichtmenge erfindungsgemäß über die Anzahl der demodulierten elektrischen Pulse des Demodulators geregelt.
  • Hierzu werden der Kompensationssender (K) bzw. der Sender (H) mit einer konstanten Amplitude unabhängig vom Komparatorausgang immer abwechselnd gepulst, sodass immer entweder der Kompensationssender (K) oder der Sender (H) zu jeweils 50% der Gesamtzeit eingeschaltet ist. Dadurch wird, wie bei dem alten HALIOS®-Prinzip und im Gegensatz zur EP 2 602 635 B1 , das Differenzsignal verstärkt. Vom alten HALIOS®-Prinzip unterscheidet sich das erfindungsgemäße Prinzip nun dadurch, dass beim alten HALIOS®-Prinzip die Amplitude des Senders (H) und/oder Kompensationssenders (K) geregelt wurde, während beim erfindungsgemäßen Prinzip die Amplitude konstant ist. Vom neueren Prinzip der EP 2 602 635 B1 unterscheidet sich das erfindungsgemäße Prinzip auch dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Prinzip immer entweder der Kompensationssender (K) oder der Sender (H) zu jeweils 50% der Gesamtzeit eingeschaltet ist, währen beim Prinzip der EP 2 602 635 B1 der zeitliche Anteil von Kompensationssender (K) und Sender (H) geregelt wird und damit von einem zeitlichen Anteil (englisch: Duty-Cycle) 50% mit den beschriebenen Nachteilen in typischen Betriebsfällen abweicht.
  • Im Gegensatz zum Demodulationsverfahren der EP 2 602 635 B1 moduliert der Demodulator, der erste Multiplizierer (M1), einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht immer zum gleichen Zeitpunkt innerhalb einer Sendeperiode, sondern in Abhängigkeit vom einsynchronisierten Ausgangssignal des Eingangskomparators auch um 180° phasenverschoben. Wenn das Regelsignal (S4) logisch 1 ist, wird der eine Sendekanal über den Sender (H) demoduliert und wenn das Regelsignal (S4) logisch 0 ist, wird der andere Sendekanal über den Kompensationssender (K) demoduliert. Dies ist bei der in der Patentschrift EP 2 602 635 B1 offenbarten Technik zwar auch so, aber dort senden beide Kanäle, Sende- und Kompensationskanal, immer phasengleich, während hier der zweite Kanal, der Kompensationskanal, um 180° phasenverschoben ist.
  • Die normale Invertierung wie bei in der Patentschrift EP 2 602 635 B1 offenbarten Technik reicht bei konstanter Ansteuerung des Senders (H) und des Kompensationssenders (K) aber eben nicht aus. Beide Sendekanäle hätten durch die Bandpassfilterung immer dieselbe positive und negative Amplitude.
  • Daher wird eine zusätzlich niedrige Referenzspannung (vref2) erzeugt, mit der ein herabgesetztes invertiertes Signal der Verstärkerkette erzeugt wird. Dieses wird als invertiertes Signal eines ersten Mischsignals (S6) durch den zweiten Multiplizierer (M2) erzeugt. Der der erste Multiplizierer (M1) und der zweite Multiplizierer (M2) und der erste Filter (F1), der beispielsweise ein Integrator ist, benutzen die zusätzliche niedrige Referenzspannung (vref2) als jeweiliges Bezugspotential. Durch dieses Bezugspotenzial und die Konstruktion des ersten Multiplizierers (M1) und des zweiten Multiplizierers (M2) werden die logischen Werte (–1, 1, 0) und Beträge den als Faktoren dienenden Eingangssignalen der beiden Multiplizierer (M2) zugewiesen. Dies ist bei einer Nacharbeit der Erfindung ggf. zu beachten.
  • Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt die Vorrichtung aus dem Stand der Technik gemäß der EP 2 602 635 B1 .
  • 2 zeigt die Signale entsprechend dem Stand der Technik gemäß der EP 2 602 635 B1 .
  • 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine optische Vermessung mittels LEDs, wobei die Übertragungsstrecke (I1, O, I2) des Senders (H) zum Empfänger (D) vermessen werden soll.
  • 4 zeigt schematisch wichtige Signale in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3.
  • 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine optische Vermessung mittels LEDs, wobei die Übertragungsstrecke (I3, O2, I4) des Kompensationssenders (K) zum Empfänger (D) vermessen werden soll.
  • 6 zeigt schematisch wichtige Signale in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 6.
  • 7 zeigt eine Anwendung für die induktive Vermessung einer Übertragungsstrecke korrespondierend zu 3.
  • 8 zeigt eine Anwendung für die induktive Vermessung einer Übertragungsstrecke korrespondierend zu 5.
  • 9 zeigt eine Anwendung für die kapazitive Vermessung einer Übertragungsstrecke korrespondierend zu 3.
  • 10 zeigt eine Anwendung für die kapazitive Vermessung einer Übertragungsstrecke korrespondierend zu 5.
  • 11 zeigt 3, wobei die Reihenfolge der Digitalisierung durch einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit der Filterung durch den ersten Filters (F1) vertauscht ist.
  • 12 zeigt 3, wobei der zweite Schalter (SW2) durch einen funktionell äquivalenten dritten Multiplizierer (M3) ersetzt ist.
  • Fig. 1
  • 1 zeigt eine Vorrichtung entsprechend dem nicht beanspruchten Stand der Technik. Ein Signalgenerator (G) erzeugt das Basissendesignal (S50). Das Basissendesignal (S50) ist typischerweise ein Rechtecksignal mit vorzugsweise 50% Duty-Cycle und einer typischerweise konstanten Frequenz.
  • Ein erster Schalter (SW1) leitet in einer ersten Schalterstellung dieses Basissendesignal (S50) als Kompensationsvorsignal (S3v) an einen dritten Verstärker (V3), der das Kompensationssignal (S3) erzeugt. Mit Hilfe des Kompensationssignals (S3) wird der Kompensationssender (K) betrieben. Während sich der erste Schalter (SW1) in der ersten Schalterstellung befindet, erzeugt ein zweiter Verstärker (V2) das Sendesignal (S5) zum Betreiben des Senders (H) in der Art, dass dieser typischerweise, während der erste Schalter (SW1) sich in der ersten Schalterstellung befindet, nicht sendet.
  • In dem Beispiel der 1 handelt es sich um ein beispielhaftes optisches System mit einer ersten LED als beispielhaften elektromagnetischen Sender (H), einer zweiten LED als beispielhaften elektromagneitschen Kompensationssender (K) und einer Fotodiode als zugehörigen beispielhaften elektromagnetischen Empfänger (D).
  • Der erste Schalter (SW1) leitet in einer zweiten Schalterstellung das Basissendesignal (S50) als Sendevorsignal (S5v) an den zweiten Verstärker (V2), der das Sendesignal (S5) erzeugt. Mit Hilfe des Sendesignals (S5) wird der Sender (H) betrieben. Während sich der erste Schalter (SW1) in der zweiten Schalterstellung befindet, erzeugt der dritte Verstärker (V3) das Kompensationssignal (S3) zum Betreiben des Kompensationssenders (K) in der Art, dass dieser typischerweise, während der erste Schalter (SW1) sich in der zweiten Schalterstellung befindet, nicht sendet.
  • Der Sender (H) bestrahlt über eine erste Übertragungsstrecke (I1) das Objekt (O). Dieses transmittiert und/oder reflektiert das elektromagnetische, moduliert Signal (S5i) des Senders (H), hier ein beispielhaftes Lichtsignal, als moduliertes elektromagnetisches Signal (S5s) in eine zweite Übertragungsstrecke (I2) hinein, die an einem Empfänger (D) endet. Gleichzeitig strahlt der Kompensationssender (K) über eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ebenfalls linear summierend und/oder multiplizierend in den Empfänger (D) ebenfalls ein. Dabei wird in einer speziellen Ausprägung der Erfindung die beispielhafte Optik des beispielhaft dargestellten optischen Systems vorzugsweise so gestaltet, dass der Kompensationssender (K) das Objekt (O), das der Sender (H) bestrahlt, nicht bestrahlen kann oder zumindest keine elektromagnetische Strahlung, hier beispielhaft kein Licht, des Kompensationssenders (K) auf anderem Wege als über die dritte und vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) zu dem Empfänger (D) gelangen kann. Gleichzeitig wird die beispielhafte Optik des beispielhaften optischen Systems so gestaltet, dass möglichst keine elektromagnetische Strahlung, hier kein Licht, des Senders (H) zu dem Empfänger (D) gelangen kann, wenn es nicht an einem Objekt (O) reflektiert wurde. Aus der Literatur ist bekannt, dass es in einigen Fällen allerdings sinnvoll sein kann, abweichend hiervon eine Bias-Kopplung in Form eines vordefinierten direkten elektromagnetischen Strahlungspfades, hier eines direkten optischen Pfades, vom Sender (H) zum Empfänger (D) vorzusehen. Der Empfänger (D), der in der 1 durch eine beispielhafte Fotodiode symbolisiert wird und der auch auf einer anderen Empfangstechnik basieren kann, wandelt das überlagerte, elektromagnetische Signal, hier ein Lichtsignal, bestehend aus dem modulierten Sendesignal (S5i) des Senders (H), das durch das Objekt (O) und die beiden Übertragungstrecken (I1, I2) zum modifizierten Sendesignal (S3s) modifiziert wurde, und aus dem modulierten elektromagnetischen Kompensationssendesignal (S3i) des Kompensationssenders (K), das durch die Übertragungsstrecke (I3, I4) zum modifizierten Kompensationssignal (S3s) modifiziert wurde, in das Empfängerausganssignal (S0) um. Das Empfängerausgangssignal (S0) wird in einem optionalen Bandpassfilter (BP), der auch ein Hochpassfilter sein kann, gefiltert. Diese Filterung kann erfahrungsgemäß auch weggelassen werden, was aber die Empfindlichkeit des Systems gegen Störungen jedoch erfindungsgemäß erhöhen kann. Der Bandpassfilter (BP) erzeugt aus dem Empfängerausgangssignal (S0) das gefilterte Empfängerausgangssignal (S1). Dieses wird in einem ersten Verstärker (V1) zum verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) verstärkt. Das verstärkte Empfängerausgangssignal (S2) wird in einem ersten Multiplizierer (M1) mit dem Basissendesignal (S50) multipliziert. Hierdurch werden die Anteile aus dem verstärkten Empfängerausgangssignal (S2), die mit dem Basissendesignal (S50) korrelieren, in einen Modulationsfrequenzbereich um 0 Hz herum verschoben, während im Gegensatz dazu Gleichtaktstörungen in einen Bereich um die Frequenz des Basissendesignals (S50) herum im Modulationsfrequenzspektrum verschoben werden. Dies funktioniert jedoch nur dann, wenn der erste Multiplizierer M1 so konstruiert ist, dass er die digitalen Pegel des Basissendesignals (S50) als logische Werte –1 und 1 interpretiert. Ist der erste Multiplizierer (M1) hingegen so konstruiert, dass er die digitalen Pegel des Basissendesignals (S50) als logische Werte 0 und 1 interpretiert, so hat das zur Folge, dass der erste Multiplizierer (M1) Sende-Pulse zu der Zeit aus dem verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) ausschneidet, zu denen der Sender (H) und/oder der Kompensationssender (K) sendet. Dies hat den Vorteil dass der im Folgenden beschriebene nachfolgende erste Filter (F1), der typischerweise ein Integrator ist, zu der Zeit, wo der Sender (H) und/oder der Kompensationssender (K) nicht senden, nicht irgendwelche Störsignale integriert. Dabei wird auch der Bandpassmittelwert des verstärkten Empfängerausgangssignals (S2) eliminiert. Dies ist typischerweise die Fläche unter einem Referenzpotenzial (vref2), auf das die analoge Multiplikation als Offset bezogen wird.
  • Es sollte noch erwähnt werden, dass in dem Fall, wenn der erste Multiplizierer (M1) so konstruiert ist, dass er die digitalen Pegel des Basissendesignals (S50) als logische Werte 0 und 1 interpretiert, eine nachfolgende Multiplikation mit einem Vorzeichensignal (S4i), das noch erläutert werden wird, notwendig wird. Allgemeiner ist hier die Multiplikation mit den Werten –1 und 1.
  • Es ergibt sich das erste Mischsignal (S6). Dieses erste Mischsignal (S6) wird nun noch einmal in einem zweiten Multiplizierer (M2) mit dem später weiter erläuterten Vorzeichensignal (S4i) multipliziert, dass im Wesentlichen mit der Schalterstellung des ersten Schalters (SW1) korreliert. Es ergibt sich das demodulierte Empfängerausgangssignal (S7). Diese Multiplikation im zweiten Multiplizierer (M2) führt dazu, dass Anteile im ersten Mischsignal (S6), die mit der Hüllkurve des Kompensationssendesignals (S3) korrelieren, mit einem ersten Vorzeichen in die nachfolgende Integration eingespeist werden und Anteile im ersten Mischsignal (S6), die mit der Hüllkurve des Sendesignals (S5) korrelieren, mit dem entgegengesetzten Vorzeichen in die nachfolgende Integration eingespeist werden. Unter Korrelation zweier beliebiger Signale A(t) und B(t) wird im Sinne dieser Erfindung verstanden, dass die Autokorrelationsfunktion der beiden Signale zumindest an einer Stelle einen Schwellwert überschreitet und dass diese Überschreitung nicht auf Systemrauschen zurückzuführen ist. Das demodulierte Empfängerausgangssignal (S7) wird nun in einem ersten Filter (F1) gefiltert. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Tiefpassfilter und/oder Integrator. Der erste Filter (F1) erzeugt aus dem demodulierten Empfängerausgangssignal (S7) das Regelvorsignal (S8). Dieses wird durch einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), der im einfachsten Fall ein Komparator sein kann, zu einem digitalen Regelvorsignal (S9) gewandelt. Das digitale Regelvorsignal kann ein einzelnes digitales Signal und/oder ein Datenbus sein. Ein digitales Filter (FF), das im einfachsten Fall eine einfache Verzögerungsstufe in Form eines einfachen Flip-Flops (FF) ist, erzeugt aus dem digitalen Regelvorsignal (S9) das Regelsignal (S4) mit dem der erste Schalter (SW1) gesteuert wird. Dieses digitale Filter (FF) wird typischerweise mit dem Basissendesignal (S50) oder einem daraus abgeleiteten Signal oder einem Signal getaktet, das Basis des Basissendesignals (S50) ist. Je nach Gestaltung der Regelschleife muss das Vorzeichen des Regelsignals (S4) für die Multiplikation im zweiten Multiplizierer (M2) angepasst werden. Dies geschieht im Vorzeichengenerator (VG), der aus dem Regelsignal (S4) das Vorzeichensignal (S4i) erzeugt. Ggf. kann dieser Vorzeichengenerator (VG) auch entfallen. Das Regelsignal (S4) stellt den Delta-Sigma-Datenstrom des Messwertes dar, repräsentiert diesen also. Das Regelsignal (S4) gibt durch seinen Duty-Cycle den Messwert für die Dämpfung in der Übertragungsstrecke (I1, I2, O) wieder. In der 1 ist der Regler (CT) als gestrichelte Linie eingezeichnet um zu markieren, welche der zuvor erwähnten Komponenten von diesem umfasst werden.
  • Fig. 2
  • 2 zeigt typische Signale für eine Vorrichtung gemäß dem nicht beanspruchten Stand der Technik in schematischer, vereinfachter Form. Hierbei wird beispielhaft angenommen, dass der Kompensationssender (K) zu 60% gedämpft wird. Oben ist das Basissendesignal (S50) dargestellt. Das Sendesignal (S5) weist beispielhaft zur Veranschaulichung der Situation bei 60% Dämpfung in der Übertragungsstrecke (I3, I4, O2) nur einen Puls pro Periode auf, während das Kompensationssendesignal (S3) vier Sendepulse aufweist. Die beiden elektromagnetischen Sendesignale (S5s, S3i), die aus dem Sendesignal (S5) und dem Kompensationssignal (S3) herrühren, überlagern sich im Empfänger (D) und ergeben als verstärktes Empfängerausgangssignal (S2) das eingezeichnete Signal. Durch die Multiplikation mit dem Basissendesignal (S50) und dem Vorzeichensignal (S4i) ergibt sich in etwa das in 2 gezeichnete demodulierte Empfängerausgangssignal (S7). Die Tiefpassfilterung im ersten Filter (F1) ergibt das besagte Regelvorsignal (S8). Als erstes Filter (F1) wird bevorzugt ein Integrator eingesetzt. Der Komparator (ADC) verwandelt das Regelvorsignal (S8) in das digitale Regelvorsignal (S9). Durch das digitale Filter, hier beispielhaft ein Flip-Flop (FF), ergibt sich das Regelsignal (S4). Wie leicht zu erkennen ist, weist das Regelsignal (S4) einen Duty-Cycle auf. Erfindungsgemäß ist dieser Duty-Cycle eine Funktion der Dämpfung in der Übertragungsstrecke (I3, I4, O2). Der Regler (CT) gibt somit PWM-kodiert den Messwert aus, der die Dämpfung des Lichts des Senders in der Übertragungsstrecke (I3, I4, O) repräsentiert.
  • Fig. 3 und Fig. 5
  • 3 zeigt beispielhaft schematisch eine beanspruchte, erfindungsgemäße beispielhaft optisch arbeitende Vorrichtung. Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der EP 2 602 635 B1 erzeugt nun ein zweiter Signalgenerator (G2) das Sendevorsignal (S5v) nicht über den Umweg über ein Basissendesignal (S50), sondern direkt. Diese 3 zeigt beispielhaft ein optisches System mit einer LED als Sender (H) und einer weiteren LED als Kompensationssender (K), sowie einer symbolisch dargestellten Fotodiode als Empfänger (D).
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der EP 2 602 635 B1 entspricht das Kompensationsvorsignal (S3v) zu jedem Zeitpunkt dem invertierten Sendevorsignal (S5v). Damit entspricht im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der EP 2 602 635 B1 das Kompensationssignal (S3) zu jedem Zeitpunkt dem invertierten Sendesignal (S5). Im Gegensatz zu allen anderen HALIOS®-Techniken aus dem Stand der Technik senden also Sender (H) und Kompensationssender (K) permanent moduliert mit einer vorzugsweise nicht modulierten Amplitude.
  • In diesem Beispiel der 3 sendet der Sender (H) in die zu vermessende Übertragungsstrecke (I1, O, I2) ein, die am Empfänger (D) endet. Die Kompensationsübertragungsstrecke (I3, O2, I4) ist hier als bekannt angenommen und verläuft dann typischerweise im Gerät selbst. Dies ist jedoch erfindungsgemäß nicht zwingend notwendig. Vielmehr ist es denkbar, dass statt der Senderübertragungsstrecke (I1, O, I2) die Kompensationsübertragungsstrecke (I3, O2, I4) vermessen wird und die Senderübertragungsstrecke (I1,O, I2) bekannt ist. Dies ist in der folgenden 5 dargestellt. In beiden Übertragungsstreckenpaaren (I1, I2 und I3, I4) können sich jeweils auch Objekte (O, O2) befinden, die vermessen werden sollen. Auch können die Übertragungstrecken (I1, I2, I3, I4) selbst das jeweilige Messobjekt darstellen. In einer speziellen Ausformung der Erfindung verlaufen alle Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4) außerhalb der Vorrichtung. In dem Fall kann beispielsweise das Verhältnis des Übertragungsverhaltens der beiden Übertragungsstreckenpaare (I1, I2 vs. I3, I4) ermittelt werden.
  • Diese andere Sendemethodik ermöglicht erst die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe und unterscheidet die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren vom Stand der Technik.
  • Die andere Sendemethodik erfordert aber auch ein anderes Demodulationsverfahren.
  • Das verstärkte Empfängerausgangssignal (S2) wird nun in einem ersten Multiplizierer (M1) mit einem Demodulationssignal (S5d) zum ersten Mischsignal (S6) multipliziert. Das Demodulationssignal (S5d) entspricht dem Kompensationsvorsignal (S3v), wenn sich ein zweiter Schalter (SW2) in einer ersten Schalterstellung befindet, und dem Sendevorsignal (S5v), wenn sich der zweite Schalter (SW2) in einer zweiten Schalterstellung befindet. Die Schalterstellung des zweiten Schalters (SW2) wird dabei durch den logischen Wert des Regelsignals (S4) bestimmt. Im Prinzip stellt dieses Umschalten das Multiplizieren des Sendevorsignals (S5v) mit einem Wert von 1 oder –1 dar, wobei beide Signale bei dieser Multiplikation die logischen Werte –1 und 1 annehmen können. In einer anderen Interpretation kann von einer 180° Phasenmodulation in Abhängigkeit vom logischen Wert des Regelsignals (S4) gesprochen werden. Wird der erste Multiplizierer (M1) dabei nicht so konstruiert, dass das digitale Signal den logischen Pegeln mit den Werten –1 und 1, sondern den logischen Werten 0 und 1 entspricht, so wird ein im Folgenden beschriebener nachfolgender zweiter Multiplizierer (M2) notwendig, der das Signal mit einem Vorzeichensignal (S4i) multipliziert und dann so für negative Pulse für die folgende Filterung bzw. Integration im ersten Filter (F1) sorgt.
  • Durch diese Multiplikation tragen die Anteile des Kompensationssendesignals (S3) im verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) mit einem ersten Vorzeichen zum Ergebnis der nachfolgenden Integration im ersten Filter (F1) bei und die die Anteile des Sendesignals (S5) im verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) mit einem zweiten Vorzeichen, das dem ersten Vorzeichen entgegengesetzt ist, zum Ergebnis der nachfolgenden Integration im ersten Filter (F1) bei.
  • Das digitale Filter (FF) wird bei dieser Implementation mit dem Sendevorsignal (S5v) getaktet.
  • Fig. 4
  • 4 zeigt beispielhaft die Signale in schematischer Weise, die in einer Vorrichtung entsprechend der 3 auftreten. Das Sendesignal (S5) wird durch einen zweiten Verstärker (V2) aus dem Sendevorsignal (S5v) erzeugt, das einem zweiten Signalgenerator (G2) entstammt.
  • Bei dem Sendesignal (S5) handelt es sich bevorzugt um ein vorzugsweise digitales und kontinuierliches Rechtecksignal mit einem bevorzugten Duty-Cycle von ca. 50%. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines bandbegrenzten Sendesignals (S5) mit einer unteren Grenzfrequenz (ωu) hinsichtlich des Betrages der Frequenz und einer oberen Grenzfrequenz (ωo) hinsichtlich des Betrages der Frequenz und einer Bandbreite (Δω = ωo – ωu), die typischerweise von Null verschieden ist. Dabei wird die untere Grenzfrequenz vorzugsweise so gewählt, dass sie betragsmäßig größer als die halbe Bandbreite (Δω) ist. Daher ist die Frequenz 0 Hz typischerweise in diesem Frequenzband des Sendesignals (S5) nicht enthalten.
  • Das Kompensationssignal (S3) ist invertiert zum Sendesignal (S5). Die Amplitude des Kompensationssignals (S3) kann übrigens von der Amplitude des Sendesignals (S5) abweichen. Das verstärkte Empfängerausgangssignal (S2) zeigt nun vorzugsweise das Kompensationssignal (S3) mit einer Amplitude, die von der Dämpfung des abgestrahlten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) in den Übertragungsstrecken (I1, I2) und von der Reflektion am Objekt (O) und/oder von der Transmission durch das Objekt (O) abhängt. Natürlich ist es auch denkbar, das Kompensationssignal (S3) so zu wählen, dass dessen Anteil im verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) kleiner als der Anteil des Sendesignals (S5) am Empfängerausgangssignal (S0) ist. Aus dem Sendevorsignal (S5v) und dem Kompensationsvorsignal (S3v) wird durch den zweiten Schalter (SW2) in Abhängigkeit vom Regelsignal (S4) das Demodulationssignal (S5d) gebildet. Das Regelsignal (S4) ist typischerweise periodisch und PWM moduliert. Alternativ handelt es sich um ein digitales Signal mit einem mittleren Füllfaktor, das ist der zeitliche Anteil in dem das Regelsignal (S4) 1 ist im Vergleich zu dem jeweiligen zeitlichen Bezugszeitraum in %. Entspricht der Duty-Cycle bzw. der Füllfaktor des Regelsignals (S4) der Dämpfung des abgestrahlten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) in der Übertragungsstrecke (I1, I2) und durch das Objekt (O), so ergibt sich im Mittel ein demoduliertes Empfängerausgangssignal (S7), das Null ist. Ist der Duty-Cycle zu klein, so weicht dieses Mittel nach unten ab. Der erste Filter (F1) ermittelt diesen Mittelwert in Form des Regelvorsignals (S8) dann ebenfalls tieferliegend. Hierdurch schaltet der Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), typischerweise ein Komparator (ADC) das digitale Regelvorsignal (S9) später um, wodurch sich der Duty-Cycle des Regelsignals (S4) verlängert bzw. der Füllfaktor erhöht und damit jeweils vergrößert. Ist der Duty-Cycle zu groß, so weicht der besagte Mittelwert des demodulierten Empfängerausgangssignals (S7) nach oben ab. Der erste Filter (F1) ermittelt diesen Mittelwert in Form des Regelvorsignals (S8) dann ebenfalls höher liegend. Hierdurch schaltet der Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), typischerweise ein Komparator (ADC) das digitale Regelvorsignal (S9) früher um, wodurch sich der Duty-Cycle des Regelsignals (S4) verkürzt bzw. der Füllfaktor verringert und damit jeweils verkleinert. Der Fachmann wird die Vorzeichen, Zeitkonstanten, Filtercharakteristika und Verstärkungen in diesem Regelkreis so wählen, dass sich Stabilität einstellt.
  • Es hat sich gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Ergebnis der ersten Multiplikation im ersten Multiplizierer (M1) und das Ergebnis der zweiten Multiplikation im zweiten Multiplizierer (M2) und das Ausgangssignal des ersten Filters (F1) jeweils mit einem festen, anwendungsabhängigen Offset vor der Weiterverwendung in der Vorrichtung zu versehen. Diese jeweiligen Offsets sind typischerweise von einem Referenzwert (vref2) abgeleitet, der einem Referenzwerggeber (LR) entstammt. Dieser gegenüber den Bezugspotenzial (vref1) des verstärkten Ausgangssignals (S2) tieferliegende Referenzwert (vre2) wird so zu den jeweiligen Signalen addiert, dass negative Pulse (eines Kanals) für das erste Filter (F1), typischerweise einen Integrator, erzeugt werden. Wird kein Offset vorgesehen, würden positive und negative Pulse immer gleich groß sein, egal wie stark gedämpft wird. Es bestünde eine Möglichkeit, dies durch eine geeignete Filterkonstruktion zu umgehen. Dies führt jedoch zu einer komplizierteren Filterkonstruktion. Erfindungsgemäß wurde daher erkannt, dass ein solcher Offset besonders vorteilhaft ist. Daher benutzen typischerweise der erste Multiplizierer (M1), der zweite Multiplizierer (M2) und das erste Filter (F1) den Referenzwert (vref2).
  • Fig. 6
  • 6 zeigt beispielhaft die Signale in schematischer Weise, die in einer Vorrichtung entsprechend der 6 auftreten. Das Sendesignal (S5) wird wieder durch einen zweiten Verstärker (V2) aus dem Sendevorsignal (S5v) erzeugt, das einem zweiten Signalgenerator (G2) entstammt.
  • Bei dem Sendesignal (S5) handelt es sich wieder bevorzugt um ein kontinuierliches Rechtecksignal mit einem bevorzugten Duty-Cycle von ca. 50%. Eine andere Möglichkeit ist wieder die Verwendung eines bandbegrenzten Sendesignals (S5) mit einer unteren Grenzfrequenz (ωu) hinsichtlich des Betrages der Frequenz und einer oberen Grenzfrequenz (ωo) hinsichtlich des Betrages der Frequenz und einer Bandbreite (Δω = ωo – ωu), die typischerweise von Null verschieden ist. Dabei wird die untere Grenzfrequenz vorzugsweise so gewählt, dass sie betragsmäßig größer als die halbe Bandbreite (Δω) ist. Daher ist die Frequenz 0 Hz typischerweise in diesem Frequenzband des Sendesignals (S5) nicht enthalten.
  • Das Kompensationssignal (S3) ist wieder invertiert zum Sendesignal (S5). Die Amplitude des Kompensationssignals (S3) kann übrigens von der Amplitude des Sendesignals (S5) abweichen. Das verstärkte Empfängerausgangssignal (S2) zeigt nun vorzugsweise das Sendesignal (S5) mit einer Amplitude, die von der Dämpfung des abgestrahlten elektromagnetischen Kompensationssendesignals (S3i) in den Übertragungsstrecken (I3, I4) und von der Reflektion am zweiten Objekt (O2) und/oder von der Transmission durch das zweite Objekt (O2) abhängt. Natürlich ist es auch denkbar, das Sendesignal (S5) so zu wählen, dass dessen Anteil im verstärkten Empfängerausgangssignal (S2) kleiner als der Anteil des Kompensationssendesignals (S3) am Empfängerausgangssignal (S0) ist. Aus dem Sendevorsignal (S5v) und dem Kompensationsvorsignal (S3v) wird durch den zweiten Schalter (SW2) in Abhängigkeit vom Regelsignal (S4) wieder das Demodulationssignal (S5d) gebildet. Das Regelsignal (S4) ist typischerweise periodisch und PWM-moduliert. Alternativ handelt es sich bevorzugt um ein digitales PDM-moduliertes Signal, mit einem mittleren Füllfaktor, das ist der zeitliche Anteil in dem das Regelsignal (S4) 1 ist im Vergleich zu dem jeweiligen zeitlichen Bezugszeitraum in %. Entspricht der Duty-Cycle bzw. der Füllfaktor des Regelsignals (S4) der Dämpfung des abgestrahlten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) in der Übertragungsstrecke (I3, I4) und durch das zweite Objekt (O2), so ergibt sich im Mittel ein demoduliertes Empfängerausgangssignal (S7), das Null ist. Ist der Duty-Cycle bzw. der Füllfaktor zu klein, so weicht dieses Mittel nach unten ab. Der erste Filter (F1) ermittelt diesen Mittelwert in Form des Regelvorsignals (S8) dann ebenfalls tieferliegend. Hierdurch schaltet der Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), typischerweise ein Komparator (ADC) das digitale Regelvorsignal (S9) später um, wodurch sich der Duty-Cycle des Regelsignals (S4) verlängert bzw. der Füllfaktor erhöht und damit jeweils vergrößert. Ist der Duty-Cycle bzw. der Füllfaktor zu groß, so weicht der besagte Mittelwert des demodulierten Empfängerausgangssignals (S7) nach oben ab. Der erste Filter (F1) ermittelt diesen Mittelwert in Form des Regelvorsignals (S8) dann ebenfalls höher liegend. Hierdurch schaltet der Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), typischerweise ein Komparator (ADC) das digitale Regelvorsignal (S9) früher um, wodurch sich der Duty-Cycle des Regelsignals (S4) verkürzt bzw. der Füllfaktor des Regelsignal (S4) verringert und damit jeweils verkleinert. Der Fachmann wird die Vorzeichen, Zeitkonstanten, Filtercharakteristika und Verstärkungen in diesem Regelkreis so wählen, dass sich Stabilität einstellt.
  • Es hat sich gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Ergebnis der ersten Multiplikation im ersten Multiplizierer (M1) und das Ergebnis der zweiten Multiplikation im zweiten Multiplizierer (M2) und das Ausgangssignal des ersten Filters (F1) jeweils mit einem festen, anwendungsabhängigen Offset vor der Weiterverwendung in der Vorrichtung zu versehen. Diese jeweiligen Offsets sind typischerweise von einem Referenzwert (vref2) abgeleitet, der einem Referenzwerggeber (LR) entstammt. Dieser gegenüber den Bezugspotenzial (vref1) des verstärkten Ausgangssignals (S2) tieferliegende Referenzwert (vre2) wird so zu den jeweiligen Signalen addiert, dass negative Pulse (eines Kanals) für das erste Filter (F1), typischerweise einen Integrator, erzeugt werden. Wird kein Offset vorgesehen, würden positive und negative Pulse immer gleich groß sein, egal wie stark gedämpft wird. Es bestünde eine Möglichkeit dies durch eine geeignete Filterkonstruktion zu umgehen. Dies führt jedoch zu einer komplizierteren Filterkonstruktion. Erfindungsgemäß wurde daher erkannt, dass ein solcher Offset besonders vorteilhaft ist. Daher benutzen typischerweise der erste Multiplizierer (M1), der zweite Multiplizierer (M2) und das erste Filter (F1) den Referenzwert (vref2).
  • Fig. 7
  • 7 zeigt schematisch vereinfacht die Vorrichtung der 3 mit dem Unterschied, dass der Sender (H) als eine Sendespule (L4) ausgeführt ist. Der Kompensationssender (K) ist als eine Kompensationsspule (L3) ausgeführt. Der Empfänger (D) ist als eine Zusammenschaltung einer ersten Empfängerspule (L1) mit einer zweiten Empfängerspule (L2) ausgeführt.
  • Dabei ist die zweite Empfängerspule (L2) mit der Kompensationsspule (L3) über einen gemeinsamen magnetischen Fluss, der hier die dritte und vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) darstellt, verkoppelt.
  • Die erste Empfängerspule (L1) ist über einen gemeinsamen magnetischen Fluss, der hier die zweite Übertragungsstrecke (I2) darstellt, mit dem zu vermessenden Objekt (O) verkoppelt, das wiederum über einen weiteren magnetischen Fluss, der hier die erste Übertragungsstrecke (I1) darstellt, mit der Sendespule (L4) verkoppelt ist. Dem Fachmann ist klar, dass der magnetische Fluss der Sendespule (L4) das Objekt (O) und die erste Empfangsspule durchdringen sollte. Ggf. ist es sinnvoll, das Demodulationssignal (S5d) durch einen einstellbaren Phasenschieber zu verzögern, um die integrierende Wirkung des Spulensystems zu kompensieren. Der hier erwähnte Phasenschieber wird im Stand der Technik typischerweise als Standard verwendet, da die analoge Verstärkerkette mit seinen vielen Filtern das Signal in der Realität stets verzögert. Insofern ist dem Fachmann bekannt, dass hier in der Regelkette eine Phasenkompensation zur Erzeugung einer Phasenreserve notwendig ist. Durch die Zusammenschaltung der ersten Empfängerspule (L1) mit der zweiten Empfängerspule (L2) wird die für das Verfahren kritische Überlagerung im Empfänger, der aus beiden Empfängerspulen (L1, L2) besteht, erreicht.
  • Fig. 8
  • 8 zeigt schematisch vereinfacht die Vorrichtung der 5 mit dem Unterschied, dass der Sender (H) als eine Sendespule (L4) ausgeführt ist. Der Kompensationssender (K) ist als eine Kompensationsspule (L3) ausgeführt. Der Empfänger (D) ist als eine Zusammenschaltung einer ersten Empfängerspule (L1) mit einer zweiten Empfängerspule (L2) ausgeführt.
  • Dabei ist die erste Empfängerspule (L1) mit der Sendespule (L4) über einen gemeinsamen magnetischen Fluss, der hier die erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) darstellt, verkoppelt.
  • Die zweite Empfängerspule (L2) ist über einen gemeinsamen magnetischen Fluss, der hier die vierte Übertragungsstrecke (I4) darstellt, mit dem zu vermessenden zweiten Objekt (O2) verkoppelt, das wiederum über einen weiteren magnetischen Fluss, der hier die dritte Übertragungsstrecke (I3) darstellt, mit der Kompensationssendespule (L3) verkoppelt ist. Dem Fachmann ist auch hier klar, dass der magnetische Fluss der Kompensationssendespule (L3) das zweite Objekt (O) und die zweite Empfangsspule (L2) durchdringen sollte. Ggf. ist es sinnvoll, das Demodulationssignal (S5d) durch einen einstellbaren Phasenschieber zu verzögern, um die integrierende Wirkung des Spulensystems zu kompensieren. Der hier erwähnte Phasenschieber wird im Stand der Technik typischerweise als Standard verwendet, da die analoge Verstärkerkette mit seinen vielen Filtern das Signal in der Realität stets verzögert. Insofern ist dem Fachmann bekannt, dass hier in der Regelkette eine Phasenkompensation zur Erzeugung einer Phasenreserve notwendig ist. Durch die Zusammenschaltung der ersten Empfängerspule (L1) mit der zweiten Empfängerspule (L2) wird die für das Verfahren kritische Überlagerung im Empfänger (D), der aus beiden Empfängerspulen (L1, L2) besteht, erreicht.
  • Fig. 9
  • 9 zeigt schematisch vereinfacht die Vorrichtung der 3 mit dem Unterschied, dass der Sender (H) als eine Sendeelektrode (C3a) ausgeführt ist. Der Kompensationssender (K) ist als eine Kompensationselektrode (C2a) ausgeführt. Der Empfänger (D) ist als eine Zusammenschaltung einer ersten Empfängerelektrode (C1b) mit einer zweiten Empfängerelektrode (C2b) ausgeführt.
  • Der Sender strahlt über die Sendeelektrode (C3a) in das Objekt (O) mittels elektrischer Felder ein. Hierbei koppelt am Objekt eine erste Koppelfläche (C3b) elektrostatisch mit der Sendeelektrode (C3a) und bildet die erste Übertragungsstrecke (I1) als dritten Kondensator (C3).
  • Das Objekt (O) wiederum koppelt elektrostatisch über eine zweite Koppelfläche (C1a) mit der ersten Empfangselektrode (C1b). Dabei wird die zweite Übertragungsstrecke hier als erster Kondensator (C1), bestehend aus der zweiten Koppelfläche (C1a) und der ersten Empfangselektrode (C1b) realisiert.
  • Die dritte Übertragungsstrecke (I3) wird hier durch einen zweiten Kondensator (C2) realisiert, der aus der Kompensationselektrode (C2a) und der zweiten Empfangselektrode (C2b) besteht.
  • Der Empfänger (D) wird durch die Zusammenschaltung der ersten Empfangselektrode (C1b) mit der zweiten Empfangselektrode (C2b) realisiert. Durch diese Zusammenschaltung wird der erfindungsgemäße überlagernde Empfang realisiert.
  • Fig. 10
  • 10 zeigt schematisch vereinfacht die Vorrichtung der 5 mit dem Unterschied, dass der Sender (H) als eine Sendeelektrode (C3a) ausgeführt ist. Der Kompensationssender (K) ist als eine Kompensationselektrode (C2a) ausgeführt. Der Empfänger (D) ist als eine Zusammenschaltung einer ersten Empfängerelektrode (C1b) mit einer zweiten Empfängerelektrode (C2b) ausgeführt.
  • Der Kompensationssender (K) strahlt über die Kompensationselektrode (C2a) in das zweite Objekt (O) mittels elektrischer Felder ein. Hierbei koppelt am zweiten Objekt (O2) eine vierte Koppelfläche (C4b) elektrostatisch mit der Kompensationselektrode (C2a) und bildet die dritte Übertragungsstrecke (I3) als zweiten Kondensator (C2).
  • Das zweite Objekt (O2) wiederum koppelt elektrostatisch über eine dritte Koppelfläche (C4a) mit der zweiten Empfangselektrode (C2b). Dabei wird die vierte Übertragungsstrecke (I4) hier als vierter Kondensator (C4), bestehend aus der dritten Koppelfläche (C4a) und der zweiten Empfangselektrode (C2b) realisiert.
  • Die erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) wird hier durch einen ersten Kondensator (C1) realisiert, der aus der Sendeelektrode (C3a) und der ersten Empfangselektrode (C1b) besteht.
  • Der Empfänger (D) wird durch die Zusammenschaltung der ersten Empfangselektrode (C1b) mit der zweiten Empfangselektrode (C2b) realisiert. Durch diese Zusammenschaltung wird der erfindungsgemäße überlagernde Empfang realisiert.
  • Fig. 11
  • 11 zeigt im Wesentlichen die 3, wobei jedoch im Gegensatz zur 3 die Reihenfolge der Digitalisierung und des ersten Filters (F1) vertauscht sind.
  • Fig. 12
  • 12 zeigt 3, wobei der zweite Schalter (SW2) durch einen dritten Multiplizierer (M3) ersetzt ist. Dies ist eine Verallgemeinerung der 3. Da das Kommutativgesetz gilt und im zweiten Multiplizierer (M2) nur eine Vorzeichenmultiplikation erfolgt, kann bei geeigneter Auslegung des ersten Multiplizierers (M1) und geeigneter Vorzeichenwahl des Vorzeichensignals (S4i) der zweite Multiplizierer (M2) entfallen. Eine Vorzeichenanpassung kann bei Bedarf gegenüber 12 beispielsweise dadurch erfolgen, dass der dritte Multiplizierer (M3) nicht mit dem Sendevorsignal (S5v), sondern mit dem Kompensationsvorsignal (S3v) betrieben wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient somit also zur Vermessung der Eigenschaften mindestens einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke und/oder mindestens eines Objekts (O, O2) innerhalb elektromagnetischen Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4) zur Anwendung während eines Betrachtungszeitraums. Dabei ist mit Betrachtungszeitraum ein Zeitraum gemeint, der typischerweise mehrere Pulse des Sendesignals (S5) und/oder Kompensationssignals (S3) umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens das Erzeugen eines modulierten Sendesignals (S5) mit einer zumindest im Betrachtungszeitraum konstanten ersten Modulationsamplitude sowie das analoge Erzeugen eines modulierten Kompensationssignals (S3), das im Vergleich zum Sendesignal (S5) um 180° phasenverschoben, also typischerweise invertiert, ist. Das Kompensationssignal (S3) weist dabei typischerweise eine abweichende zweite Modulationsamplitude auf. Beide Amplituden, also die des Sendesignals (S5) und des Kompensationssignals (S3), sind im Betrachtungszeitraum typischerweise konstant und werden im Gegensatz zum Stand der Technik dann nicht geregelt. Es folgt das Aussenden eines modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) durch einen Sender (H) in die erste Übertragungsstrecke (I1). Dabei muss erfindungsgemäß die Signalintensität (Signalenergie) dieses Sendesignals (S5i) nur mit dem Sendesignal (S5) in der Form korrelieren, dass zumindest Anteile des ausgesendeten Sendesignals (S5i) proportional zum Sendesignal (S5) sind. Zur Kompensation entsprechend dem HALIOS®-Prinzip erfolgt wieder das Aussenden eines modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) durch einen Kompensationssender (K) in eine dritte Übertragungsstrecke (I3), die in einigen Anwendungsfällen der Erfindung bekannt ist. Auch hier ist die Signalintensität (Signalenergie) des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des ausgesendeten modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) proportional zum Kompensationssignal (S3) sind.
  • Innerhalb der zu vermessenden Übertragungsstrecke (I1, I2, O bzw. I3, O2, I4) erfolgt dann die Reflektion des abgestrahlten modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) an einem Objekt (O) bzw. des abgestrahlten modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) an einem zweiten Objekt (O2). Natürlich ist auch eine Transmission des abgestrahlten modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) durch das Objekt (O) bzw. eine Transmission des abgestrahlten modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) durch das zweite Objekt (O2) möglich. Dies kann auch in Kombination geschehen. Auch ist die Vorrichtung nicht auf diese einfache Struktur der Übertragungswege (I1, I2, I3, I4) begrenzt. Vielmehr sind auch mehrere parallel verlaufender Übertragungswege jeweils ausgehend von einem Sender (H) und einem Kompensationssender (K) denkbar, die letztlich am Empfänger (D) enden. Hierzu speist das Objekt (O) das empfangene modulierte elektromagnetische Sendesignal (S5i) nun aber als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) in eine zweite Übertragungsstrecke (I2) ein und/oder das zweite Objekt (O2) das empfangene modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) nun aber als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3s) in eine vierte Übertragungsstrecke (I2) ein. Dem Fachmann wird klar sein, dass die zweite Übertragungsstrecke (I2) und/oder die erste Übertragungsstrecke (I1) mit dem Objekt (O) identisch sein können. Ebenso ist dem Fachmann klar, dass die dritte Übertragungsstrecke (I2) und/oder die vierte Übertragungsstrecke (I1) mit dem zweiten Objekt (O2) identisch sein können. D. h. die Übertragungsstrecken können selbst das jeweilige Messobjekt sein. Auch können beide Übertragungsmessstrecken (I1, I2 und I3, I4) das Gleiche Objekt vermessen.
  • Das modifizierte elektromagnetische Sendesignal (S5s) des Senders (H) tritt aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2), nach Durchgang durch dieselben aus und trifft den Empfänger (D). Dieser empfängt somit das modifizierte elektromagnetische Sendesignal (S5s). Ebenso tritt das modifizierte elektromagnetische Kompensationssignals (S3s) des Kompensationssenders (K) aus der vierten Übertragungsstrecke (I4) nach Durchgang durch die selbige aus und trifft ebenfalls den Empfänger (D). Somit empfängt der Empfänger (D) das modifizierte elektromagnetische Kompensationssignals (S3s) und das modifizierte elektromagnetische Sendesignal (S5s) überlagernd. Dieser überlagerte Empfang erfolgt summierend und/oder multiplizierend. Der Empfänger (D) bildet dann aufgrund seiner Empfindlichkeitskurve, die linear oder nichtlinear sein kann, in Abhängigkeit von der empfangenen Überlagerung des aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2) ausgetretenen modifizierten Sendesignals (S5s) und des aus der dritten Übertragungsstrecke (I3) ausgetretenen Kompensationssendesignals (S3s) das Empfängerausgangssignal (S0). Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, wird das Empfängerausgangssignal (S0) durch Verstärker (V1) und Filter (BP) weiter aufbereitet. Um das so aufbereitete Empfängerausgangssignal (S0) oder ein daraus abgeleitetes Signal (S1, S2) demodulieren zu können, wird erfindungsgemäß ein Demodulationssignal (S5d) aus einem Sendevorsignal (S5v) und einem Kompensationssignal (S3v) gebildet. Dabei korreliert das Sendevorsignal (S5v) mit dem Sendesignal (S5) in der Form, dass zumindest Anteile des Sendevorsignals (S5v) proportional zum Sendesignal (S5) sind. Unter Korrelation kann man hier verstehen, dass die Kreuzkorrelationsfunktion des Sendevorsignal (S5v) und des Sendesignals (S5) zu zumindest einem Zeitpunkt der Kreuzkorrelationsfunktion einen von Null verschiedenen Wert annehmen, der nicht auf Systemrauschen beruht. Ebenso gilt in analoger Weise für ein erfindungsgemäßes Verfahren, dass das Kompensationsvorsignal (S3v) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des Kompensationsvorsignals (S3v) proportional zum Kompensationssignal (S3) sind. Das Demodulationssignal (S5d) ist vorzugsweise periodisch und weist vorzugsweise die gleiche Periode wie das Regelsignal (S4) auf. Es entspricht vorzugsweise zu einem ersten zeitlichen Anteil, der vorzugsweise eine erste zeitliche Hälfte seiner Periode ist, dem Sendevorsignal (S5v) und zu einem zweiten zeitlichen Anteil, der vorzugsweise eine zweite zeitliche Hälfte seiner Periode ist, dem Kompensationsvorsignal (S3v). Im Idealfall ist das Sendesignal (S5) synchron mit dem Sendevorsignal (S5v) und das Kompensationssignal (S3) ist in diesem Idealfall synchron mit dem Kompensationsvorsignal (S3v). Bei der Erprobung der Erfindung hat es sich im Falle des Betriebs von Leuchtdioden als optischen Sendern als nützlich erwiesen, wenn das Sendesignal (S5) und das Kompensationssignal (S3) Strompegel sind. Bei anderen elektromagnetischen Sendern, Beispielsweise Sendeelektroden für kapazitive Sender und Empfänger, ist es sinnvoll, wenn die Pegel des Sendesignals (S5) und des Kompensationssendesignals (S3) Spannungspegel sind. Somit ist in diesem Idealfall das Sendevorsignal (S5v) invertiert zum Kompensationsvorsignal (S3v). In dem Fall entspricht das Demodulationssignal (S5d) dem Sendevorsignal (S5v), das mit einer 180° Phasenmodulation in Abhängigkeit vom Regelsignal (S4) nun phasenmoduliert wird. Allgemeiner kann gesagt werden, dass das Verhältnis des ersten zeitlichen Anteils mit einer Phasenverschiebung von 0° dividiert durch die Summe aus dem ersten zeitlichen Anteil mit einer Phasenverschiebung von 0° und dem zweiten zeitlichen Anteil mit einer Phasenverschiebung von 180° von dem Regelsignal (S4) abhängt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren folgt dann das Bilden eines ersten Mischsignals (S6) durch Multiplikation des Empfängerausgangssignals (S0) oder eines aus dem Empfängerausgangssignal abgeleiteten Signals, insbesondere eines gefilterten Empfängerausgangssignals (S1) oder eines verstärkten Empfängerausgangssignals (S2), auf der einen Seite mit dem Demodulationssignal (S5d) in einem ersten Multiplizierer (M1). Um das aus der HALIOS®-Technologie bekannte Skalarprodukt vollständig zu bilden, folgt dann eine Filterung, insbesondere Tiefpassfilterung und/oder Integration, des ersten Mischsignals (S6) in einem ersten Filter (F1) zur Bildung eines Regelvorsignals (S8). Nun erfolgt eine anschließende Analog-zu-Digitalwandlung des Regelvorsignals (S8) zu einem digitalisierten Regelsignal (S9) in einem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), vorzugsweise einem Komparator (ADC).
  • Dem Fachmann ist offenbar, dass diese Digitalisierung auch vor der Filterung im ersten Filter (F1) erfolgen kann. In dem Fall würde der Analog-zu Digital-Wandler (ADC) die Daten direkt aus der vorausgehenden ersten Multiplikationseinheit (M1) erhalten und mit seinem Ergebnis das erste Filter (F1), das dann digital realisiert würde, speisen. In dem Fall könnte das erste Filter (F1) ggf. auch mit dem folgenden Filter (FF) zusammengefasst werden. Die Digitalisierung kann also insofern auch vor der Filterung durch den ersten Filter (F1) erfolgen. Das Ergebnis ist ein digitales Regelvorsignal (S9), das weiterverarbeitet werden kann. Typischerweise folgt dann ein digitales Filter (FF), das ggf. mit dem ersten Filter (F1) zusammengefast werden kann, wenn dieses erste Filter (F1) bereits digitalisiert realisiert wird. Dieser nächste Schritt der Filterung und/oder Verzögerung des digitalen Regelvorsignals (S9) in einem digitalen Filter (FF) führt zu dem Regelsignal (S4). Um den Messwert verwenden zu können, wird das Regelsignal (S4) ausgegeben oder in weiteren Verarbeitungsstufen der Vorrichtung oder extern verwendet. Es erfolgt also die Ausgabe des Regelsignals (S4) als Messwertsignal für die Eigenschaften der jeweiligen Übertragungsstrecke und/oder des Objekts (O, O2) innerhalb der jeweilige Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4). Von diesem Basisverfahren können in weiteren Ausprägungen der Erfindung Varianten verwendet werden. Insbesondere kann bei Festlegung der logischen Pegel der Eingangssignale des ersten Multiplizierers (M1) mit 0 und 1 durch in einem Vorzeichengenerator (VG) das Vorzeichen des Regelsignals (S4) bestimmt werden. Es ergibt sich dann ein Vorzeichensignal (S4i). Bei der Ausarbeitung der Erfindung hat sich bestätigt, dass der Vorzeichengenerator (VG) das Vorzeichensignal (S4i) genau passend zur gesamten Kette bestimmen muss. Die Polarität des Vorzeichensignals (S4i) kann somit nicht frei gewählt werden. Der Vorzeichengenerator (VG) ist somit typischerweise entweder ein Inverter oder ein Buffer bzw. Draht. In der erprobten Realisierung wurden der erste Multiplizierer (M1), der zweite Multiplizierer (M2) und der Vorzeichengenerator (VG) zu einer Einheit zusammengefasst, die aus drei Schaltern für die Realisierung der Multiplikationen und einem invertierenden Operationsverstärker besteht. Bei geeigneter Auslegung der anderen Komponenten kann das Vorzeichensignal (S4i) identisch mit dem Regelsignal (S4) sein, wodurch in diesen Fällen der Vorzeichengenerator (VG) entfällt oder durch einen Buffer ersetzt wird. Statt das erste Mischsignal (S6) in das erste Filter (F1) zu geben kann das erste Mischsignal (S6) mit dem Vorzeichensignal (S4i) in einem zweiten Multiplizierer (M2) zu einem demodulierten Empfängerausgangssignal (S7) multipliziert werden. Dieses demodulierte Empfängerausgangssignal (S7) wird dann wie zuvor das erste Mischsignal (S6) stattdessen einer Filterung, insbesondere einer Tiefpassfilterung und/oder einer Integration, anstelle des ersten Mischsignals (M6) in dem ersten Filter (F1) zur Bildung des Regelvorsignals (S8) unterzogen. Bei der Ausarbeitung der Erfindung hat es sich herausgestellt, dass diese Variante der Erfindung die bevorzugte Variante ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein Verfahren zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (I1, I2, O) zwischen einem Sender (H) und einem Empfänger (D), bei dem der Sender (H) ein mit einer ersten Modulationsamplitude moduliertes elektromagnetisches Sendesignal (S5i) in die Übertragungsstrecke (I1, O, I2) hineinsendet, das nach Durchgangs durch mindestens einen Teil der Übertragungsstrecke (I1, O, I2) als modifiziertes Sendesignal (S5s) von dem Empfänger (D) detektiert wird, und bei dem ein Kompensationssender (K) ein mit einer zweiten Modulationsamplitude moduliertes, moduliertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3i) in eine dritte und vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) hineinsendet und bei dem in dem Empfänger (D) das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) nach Durchgang durch mindestens einen Teil der dritten und vierten Übertragungsstrecke (I3, I4) als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3s) empfangen wird und mit dem modifizierten elektromagnetischen Sendesignal (S5s) im Empfänger (D) überlagert wird. Das Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, dass das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) invertiert, d. h. komplementär, zum elektromagnetischen Sendesignal (S5i) moduliert wird und gleichzeitig die erste Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) zumindest zeitweise, vorzugsweise in einem Betrachtungszeitraum der mehrere Pulse des Sendesignals (S5) und/oder des abgestrahlten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) oder des Sendevorsignals (S5v) umfasst, konstant ist und ebenso die zweite Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) zumindest zeitweise in dem gleichen Betrachtungszeitraum gleichzeitig zur Konstanz der ersten Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) konstant ist. Dies unterscheidet das erfindungsgemäße Verfahren vom Stand der Technik. Die zuvor beschriebenen Vorrichtungsteile sind Teil des Reglers (CT). Das Verfahren zeichnet sich daher grob gesagt dadurch aus, dass durch den Regler (CT) ein typischerweise periodisches Regelsignal (S4) mit einer PWM-Modulation ermittelt wird, wobei der Duty-Cycle bzw. der Füllfaktor des Regelsignals (S4) ein Maß für eine Übertragungseigenschaft der Übertragungsstrecke (I1, I2, O) zwischen dem Sender (H) und dem Empfänger (D) ist. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert des Regelsignals (S4) führen Signalwerte des Empfängerausgangssignals (S0) des Empfängers (D) zu einer Verminderung oder Vergrößerung eines Regelvorsignals (S8) innerhalb des Reglers (CT) oder eines zugehörigen digitalen Regelvorsignals (S9) innerhalb des Reglers (CT). Gleichzeitig wird erfindungsgemäß das Regelsignal (S4) innerhalb des Reglers (CT) aus dem Regelvorsignal (S8) und/oder dem digitalen Regelvorsignal (S9) durch eine Teilvorrichtung des Reglers (CT), insbesondere durch ein Filter (FF), so abgeleitet, dass sich bei Stabilität im Regelkreis und bei unveränderter Übertragungseigenschaft der Übertragungsstrecke (I1, I2, O) zwischen dem Sender (H) und dem Empfänger (D) sich das Regelvorsignal (S8) bis zu einer Änderung der Übertragungseigenschaft der Übertragungsstrecke (I1, I2, O) nicht mehr ändert. Hierbei ist zu beachten, dass das Regelvorsignal (S8) ein dynamisches Signal ist. D. h. es ist ein permanent moduliertes Signal. Wenn also hier davon gesprochen wird, dass das Regelvorsignal (S8) sich nicht ändert, so ist damit gemeint, dass die Modulation dieses Signals sich nicht ändert. Typischerweise bedeutet dies, dass die Kurvenform des Regelvorsignals (S8) sich zeitabschnittweise periodisch wiederholt. Diese Kurvenform bleibt für diese Zeit der Nichtänderung zeitabschnittsweise gleich und wiederholt sich in diesem Zeitraum bis sich ein einflussnehmender Parameter der Übertragungsstrecke (I1, I2, O) ändert und damit dieser Zeitraum der Gleichheit beendet wird. Erst dann ändert sich die besagte Kurvenform des Regelvorsignals (S8).
  • Eine weitere Ausprägung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (I1, I2, O) zwischen einem Sender (H) und einem Empfänger (D) und der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (I3, I4) zwischen einem Kompensationssender (K) und einem Empfänger (D). Es ist nämlich auch ein symmetrischer Betrieb von Kompensationssender (K) und Sender (H) möglich. Auch können beide Sender und die zugehörigen Übertragungsstrecken die Rollen tauschen, sodass nicht die erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) mit einem Objekt (O) darin sondern die Dritte Übertragungsstrecke (I3) mit einem zweiten Objekt (O2) darin ausgemessen wird. Auch können alle drei Übertragungsstrecken im Verhältnis zueinander bewertet werden, wobei dann das Regelsignal (S4) dieses Verhältnis wiederspiegelt.
  • In dieser speziellen Ausprägung sendet dann der Sender (H) ein mit einer ersten Modulationsamplitude moduliertes elektromagnetisches Sendesignal (S5i) in die erste Übertragungsstrecke (I1, O, I2) mit dem optionalen Objekt (O) hinein. Nach Durchgang durch mindestens einen Teil der Übertragungsstrecke (I1, O, I2) wird dieses dann als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) von dem Empfänger (D) detektiert. Ein Kompensationssender (K) sendet wie zuvor ein mit einer zweiten Modulationsamplitude moduliertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3i) in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) hinein. Diese kann nun aber ebenfalls ein zweites Objekt (O2) enthalten, das die Sequenz aus dritter und vierter Übertragungsstrecke (I3, I4) als Übertragungsmessstrecke in ihren Eigenschaften modifizieren kann. Das zweite Objekt (O2) kann dabei mit dem Objekt (O) gleich sein. In dem Empfänger (D) überlagern sich wieder das modifizierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3s), das ach Durchgang durch die vierte Übertragungsstrecke (I4) empfangen wird, mit dem modifizierten elektromagnetischen Sendesignal (S5s) nach dessen Durchgang durch die entsprechende Übertragungsstrecke (I1, O, I2). Der Kompensationssender (K) strahlt dabei wieder das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) invertiert, d. h. komplementär, zum elektromagnetischen Sendesignal (S5i) moduliert ab. Die erste Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) ist dabei wieder zumindest in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) umfasst, konstant. Die zweite Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) ist zumindest in dem Betrachtungszeitraum gleichzeitig zur Konstanz der ersten Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) ebenfalls konstant. Eine Teilvorrichtung eines Reglers (CT) ermittelt ein periodisches Regelsignal (S4) mit einer Puls-Weiten-Modulation (PWM-Signal) oder mit einer Plus-Dichte-Modulation (PDM-Signal). Der Duty-Cycle des PWM-Signals oder der Füllfaktor des PDM-Signals in Form der relativen Dichte der 1-Pegel dieses Regelsignals (S4) pro Zeiteinheit ist dabei wieder ein Maß für eine Übertragungseigenschaft der ersten Übertragungsstrecke (I1, I2, O) zwischen dem Sender (H) und dem Empfänger (D) ist und/oder ein Maß für eine Übertragungseigenschaft der dritten und vierten Übertragungsstrecke (I3, O2) zwischen dem Kompensationssender (K) und dem Empfänger (D). In Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert des Regelsignals (S4) führen Signalwerte des Empfängerausgangssignals (S0) des Empfängers (D) zu einer Verminderung oder Vergrößerung eines Regelvorsignals (S8) innerhalb des Reglers (CT) oder eines zugehörigen digitalen Regelvorsignals (S9) innerhalb des Reglers (CT). Eine Teilvorrichtung (FF) des Reglers (CT), insbesondere ein digitales Filter und/oder ein Flipflop, leiten das Regelsignal (S4) innerhalb des Reglers (CT) aus dem Regelvorsignal (S8) und/oder dem digitalen Regelvorsignal (S9) ab. Das Regelsignal (S4) wird als Messwertsignal für die Eigenschaften der jeweiligen Übertragungsstrecke und/oder des Objekts (O) innerhalb der optischen Übertragungsstrecke (I1, I2) ausgegeben oder zu Weiterverarbeitung an andere Teile der Vorrichtung weitergegeben. Alternativ und/oder parallel wird das Regelsignal (S4) als Messwertsignal für die Eigenschaften der dritten optischen Übertragungsstrecke und/oder des zweiten Objekts (O2) innerhalb der dritten optischen Übertragungsstrecke (I3) ausgegeben oder zu Weiterverarbeitung an andere Teile der Vorrichtung weitergegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • ADC
      Analog-zu-Digital-Wandler, der typischerweise als Komparator ausgelegt wird.
      BP
      Bandpassfilter, vorzugsweise zumindest aber ein Hochpassfilter.
      C1
      erster Kondensator
      C1a
      zweite Koppelfläche
      C1b
      erste Empfängerelektrode
      C2
      zweiter Kondensator
      C2a
      Kompensationselektrode
      C2b
      zweite Empfängerelektrode
      C3
      dritter Kondensator
      C3a
      Sendeelektrode
      C3b
      erste Koppelfläche
      C4
      vierter Kondensator
      C4a
      dritte Koppelfläche
      C4b
      vierte Koppelfläche
      CT
      Regler
      D
      Empfänger
      F1
      erster Filter (Als Filter ist insbesondere auch ein Integrator geeignet.)
      FF
      Verzögerungsstufe, typischerweise ein Flip-Flop, oder ein erfindungsgemäßes digitales Filter
      G
      Signalgenerator für das Basissendesignal (S50)
      H
      Sender
      I1
      erste Übertragungsstrecke vom Sender (H) zum Objekt (O)
      I2
      zweite Übertragungsstrecke vom Objekt (O) zum Empfänger (D)
      I3
      dritte Übertragungsstrecke vom Kompensationssender (K) zum zweiten Objekt (O2) oder zur vierten Übertragungsstrecke (I4)
      I3
      vierte Übertragungsstrecke vom zweiten Objekt (O2), das auch die dritte Übertragungsstrecke (I3) sein kann zum Empfänger (D)
      K
      Kompensationssender
      L1
      erste Empfängerspule
      L2
      zweite Empfängerspule
      L3
      Kompensationssendespule
      L4
      Sendespule
      LR
      Referenzwertgeber
      M1
      erster Multiplizierer
      M2
      zweiter Multiplizierer
      M3
      dritter Multiplizierer
      O
      Objekt
      O
      optionales zweites Objekt in der dritten und vierten Übertragungsstrecke (I3, I4)
      S0
      Empfängerausgangssignal
      S1
      gefiltertes Empfängerausgangssignal
      S2
      verstärktes Empfängerausgangssignal
      S3
      Kompensationssignal
      S3i
      elektromagnetisches, moduliertes Kompensationssignal mit zumindest in einem Betrachtungszeitraum konstanter Amplitude.
      S3s
      modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal
      S3v
      Kompensationsvorsignal
      S4
      Regelsignal. Das Regelsignal repräsentiert den Messwert des Messsystems in Form eines digitalen seriellen Delta-Sigma-Datenstroms.
      S4i
      Vorzeichensignal
      S5
      Sendesignal
      S5d
      Demodulationssignal
      S5i
      elektromagnetisches, moduliertes Sendesignal mit zumindest in einem Betrachtungszeitraum konstanter Amplitude.
      S50
      Basissendesignal
      S5s
      modifiziertes elektromagnetisches, moduliertes Sendesignal
      S5v
      Sendevorsignal
      S6
      erstes Mischsignal
      S7
      demoduliertes Empfängerausgangssignal
      S8
      Regelvorsignal
      S9
      digitales Regelvorsignal
      SW1
      erster Schalter
      SW2
      zweiter Schalter
      V1
      erster Verstärker
      V2
      zweiter Verstärker. Der zweite Verstärker erzeugt das Sendesignal (S5) aus dem Sendevorsignal (S5v) und versorgt typischerweise den Sender (H) mit elektrischer Energie.
      V3
      dritter Verstärker. Der dritte Verstärker erzeugt das Kompensationssignal (S3) aus dem Kompensationsvorsignal (S3v) und versorgt typischerweise den Kompensationssender (K) mit elektrischer Energie.
      vref1
      Bezugspotenzial des verstärkten Ausgangssignals (S2)
      vref2
      Referenzwert
      VG
      Vorzeichengenerator

Claims (7)

  1. Verfahren zur Vermessung der Eigenschaften mindestens einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke und/oder eines Objekts (O) innerhalb mindestens einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4) zur Anwendung während eines Betrachtungszeitraums gekennzeichnet durch die Schritte – Erzeugen eines modulierten Sendesignals (S5) mit einer zumindest im Betrachtungszeitraum konstanten ersten Modulationsamplitude; – Erzeugen eines modulierten Kompensationssignals (S3), das im Vergleich zum Sendesignal (S5) invertiert ist und eine von der ersten Modulationsamplitude abweichende zweite Modulationsamplitude aufweisen kann, die im Betrachtungszeitraum konstant ist; – Aussenden eines modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) durch einen Sender (H) in die erste Übertragungsstrecke (I1), wobei die Signalintensität (Signalenergie) dieses modulierten Sendesignals (S5i) mit dem Sendesignal (S5) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des ausgesendeten modulierten Sendesignals (S5i) in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des Sendesignals (S5) umfasst, proportional zum Sendesignal (S5) sind; – Aussenden eines elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) durch einen Kompensationssender (K) in die dritte Übertragungsstrecke (I3), wobei die Signalintensität (Signalenergie) dieses modulierten Kompensationssignals (S3i) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des ausgesendeten elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des Kompensationssignals (S3) umfasst, proportional zum Kompensationssignal (S3) sind; – Einen oder mehrere der beiden Schritte a. Reflektion des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) an einem ersten Objekt (O) und/oder Transmission des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) durch ein erstes Objekt (O) und anschließende Einspeisung des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) in eine zweite Übertragungsstrecke (I2), wobei die zweite Übertragungsstrecke (I2) und/oder die erste Übertragungsstrecke (I1) mit dem ersten Objekt (O) identisch sein können, und/oder b. Reflektion des elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) an einem zweiten Objekt (O2) und/oder Transmission des elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) durch ein zweites Objekt (O2) und anschließende Einspeisung des elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3s) in eine vierte Übertragungsstrecke (I4), wobei die vierte Übertragungsstrecke (I4) und/oder die dritte Übertragungsstrecke (I3) mit dem zweiten Objekt (O2) identisch sein können und c. wobei das erste Objekt (O) mit dem zweiten Objekt (O2) ebenfalls identisch sein kann; – Austritt des modifizierten elektromagnetischen Sendesignals (S5s) des Senders (H) aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2), nach Durchgang durch dieselbe und Empfang des modifizierten elektromagnetischen Sendesignals (S5s) durch einen Empfänger (D); – Austritt des modifizierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3s) des Kompensationssenders (K) aus der vierten Übertragungsstrecke (I4) nach Durchgang durch die selbige und Empfang des ausgetretenen modifizierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3s) durch den Empfänger (D), wobei der Empfang summierend und/oder multiplizierend mit dem modifizierten elektromagnetischen Sendesignal (S5s) des Senders (H), das aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2) ausgetreten ist, als Empfang einer Überlagerung erfolgt; – Bilden eines Empfängerausgangssignals (S0) durch den Empfänger (D) in Abhängigkeit von der empfangenen Überlagerung des aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2) ausgetretenen modifizierten Sendesignals (S5s) und des aus der vierten Übertragungsstrecke (I3) ausgetretenen modulierten elektromagnetischen Kompensationssendesignals (S3s); – Bilden eines Demodulationssignals (S5d) aus einem Sendevorsignal (S5v) und/oder einem Kompensationssignal (S3v), • wobei das Sendevorsignal (S5v) mit dem Sendesignal (S5) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des Sendevorsignals (S5v) in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des Sendesignals (S5) umfasst, proportional zum Sendesignal (S5) sind, und • wobei das Kompensationsvorsignal (S3v) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des Kompensationsvorsignals (S3v) im Betrachtungszeitraum proportional zum Kompensationssignal (S3) sind, und • wobei das Demodulationssignal (S5d) zu einem ersten zeitlichen Anteil dem Sendevorsignal (S5v) entspricht und zu einem zweiten zeitlichen Anteil dem Kompensationsvorsignal (S3v) entspricht und • wobei das Verhältnis des ersten zeitlichen Anteils dividiert durch die Summe aus dem ersten zeitlichen Anteil und dem zweiten zeitlichen Anteil von einem Regelsignal (S4) abhängt; – Bilden eines ersten Mischsignals (S6) durch Multiplikation des Empfängerausgangssignals (S0) oder eines aus dem Empfängerausgangssignal abgeleiteten Signals, insbesondere eines gefilterten Empfängerausgangssignals (S1) oder eines verstärkten Empfängerausgangssignals (S2), auf der einen Seite mit dem Demodulationssignal (S5d) in einem ersten Multiplizierer (M1) auf der anderen Seite; – Filterung, insbesondere Tiefpassfilterung und/oder Integration, des ersten Mischsignals (S6) in einem ersten Filter (F1) zur Bildung eines Regelvorsignals (S8); – Analog-zu-Digital-Wandlung des Regelvorsignals (S8) zu einem digitalisierten Regelsignal (S9) in einem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), wobei die Digitalisierung auch im Signalpfad vor der Filterung durch den ersten Filter (F1) erfolgen kann, um ein digitales Regelvorsignal (S9) zu erhalten; – Filterung und/oder Verzögerung des digitalen Regelvorsignals (S9) in einem digitalen Filter (FF) zu dem Regelsignal (S4), wobei das digitale Filter (FF) eine Einheit mit dem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) und/oder bei digitaler Realisierung des ersten Filters (F1) mit diesem ersten Filter (F1) eine Einheit bilden kann; – Ausgabe des Regelsignals (S4) als Messwertsignal für die Eigenschaften zumindest einer der optischen Übertragungsstrecken und/oder zumindest eines der Objekte (O, O2) innerhalb zumindest einer der optischen Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1 zusätzlich umfassend die Schritte – Bestimmen des Vorzeichens des Regelsignals (S4) zur Bildung des Vorzeichensignals (S4i) ggf. in einem Vorzeichengenerator (VG); – Multiplikation des ersten Mischsignals (S6) mit dem Vorzeichensignal (S4i) in einem zweiten Multiplizierer (M2) zu einem demodulierten Empfängerausgangssignal (S7); – Filterung, insbesondere Tiefpassfilterung und/oder Integration, des demodulierten Empfängerausgangssignals (S7) anstelle des ersten Mischsignals (S6) in dem ersten Filter (F1) zur Bildung des Regelvorsignals (S8).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 zusätzlich umfassend die Schritte – Bilden eines Demodulationssignals (S5d) aus einem Sendevorsignal (S5v) und/oder einem Kompensationssignal (S3v), wobei die Bildung Demodulationssignals (S5d) aus einem Sendevorsignal (S5v) und/oder einem Kompensationssignal (S3v) in der Art erfolgt, dass das Sendevorsignal (S5v) und/oder das Kompensationssignal (S3v) mit einem Vorzeichensignal (S4i) in einem dritten Multiplizierer (M3) multipliziert wird, der ein Schalter (SW2) sein kann.
  4. Verfahren zur Vermessung der Übertragungseigenschaften mindestens einer Übertragungsmessstrecke bestehend aus Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4, O, O2) zwischen mindestens einem Sender (H) und/oder Kompensationssender (K) auf der einen Seite und einem Empfänger (D) auf der anderen Seite, umfassend die Schritte – Einstrahlen eines modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) in die erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, O, I2) durch den Sender (H) mit einer ersten Modulationsamplitude, wobei das modulierte elektromagnetische Sendesignal (S5i) nach Durchgang durch mindestens einen Teil einer ersten und/oder zweiten Übertragungsstrecke (I1, O, I2) von dem Empfänger (D) detektiert wird; – Einstrahlen eines modulierten elektromagnetischen Kompensationssignal (S3i) in eine dritte und vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) durch den Kompensationssender (K) mit einer zweiten Modulationsamplitude, wobei das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) nach Durchgang durch mindestens einen Teil der dritten und/oder vierten Übertragungsstrecke (I3, O2, I4) von dem Empfänger (D) detektiert wird; – Empfangen des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) in dem Empfänger (D) nach Durchgang durch die dritte und/oder vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3s), wobei das modulierte elektromagnetische Sendesignal (S5i) nach Durchgang durch die erste und/oder zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) überlagernd mit dem modifizierten elektromagnetischen Kompensationssignal (S3s) empfangen wird; – Bilden eines periodischen Regelsignals (S4) durch einen Regler (CT) mit einer Pulsweiten-Modulation (PWM-Signal) mit einem Duty-Cycle und/oder mit einer Pulsdichte-Modulation (PDM-Signal) mit einem Füllfaktor ermittelt wird, wobei der Duty-Cycle des PWM-Signals und/oder der Füllfaktor des PDM-Signals ein Maß für eine Übertragungseigenschaft mindestens einer Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4, O, O2) zwischen dem Sender (H) und dem Empfänger (D) und/oder zwischen dem Kompensationssender (K) und dem Empfänger (D) ist, wobei diese Übertragungsstrecke und/oder Übertragungsstrecken die Übertragungsmesstrecke bilden; – Änderung eines Regelvorsignals (S8) des Reglers (CT) oder eines zugehörigen digitalen Regelvorsignals (S9) des Reglers (CT) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert des Regelsignals (S4) bei Änderungen von Signalwerten des Empfängerausgangssignals (S0) des Empfängers (D); – Ableiten des Regelsignals (S4) innerhalb des Reglers (CT) aus dem Regelvorsignal (S8) und/oder dem digitalen Regelvorsignal (S9) durch eine Teilvorrichtung des Reglers (CT), insbesondere durch einen Filter (FF), in der Art, dass das bei Stabilität im Regelkreis und unveränderter Übertragungseigenschaft der jeweiligen Übertragungsmessstrecke (I1, I2, I3, I4, O, O2) zwischen dem Sender (H) und dem Empfänger (D) und/oder zwischen dem Kompensationssender (K) und dem Empfänger (D) sich die Modulation des Regelvorsignals (S8) bis zu einer Änderung der Übertragungseigenschaft der ersten Übertragungsstrecke (I1, I2, O) nicht mehr ändert wobei das modulierte elektromagnetische Kompensationssignals (S3i) und das modulierte elektromagnetische Sendesignal (S5i) dadurch gekennzeichnet sind, – dass das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) invertiert, d. h. komplementär, zum modulierten elektromagnetischen Sendesignal (S5i) moduliert wird und – dass die erste Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) zumindest zeitweise konstant ist und – dass die zweite Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) zumindest zeitweise gleichzeitig zur Konstanz der ersten Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) konstant ist.
  5. Vorrichtung zur Vermessung der Eigenschaften mindestens einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4) und/oder mindestens eines Objekts (O, O2) innerhalb mindestens einer elektromagnetischen Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4) zur Anwendung während eines Betrachtungszeitraums gekennzeichnet dadurch, – dass sie einen ersten Signalgenerator (G2) aufweist und ggf. einen zweiten Verstärker (V2) aufweist, die ein moduliertes Sendesignal (S5) erzeugen, das zumindest im Betrachtungszeitraum eine konstante erste Modulationsamplitude aufweist, und – dass sie einen zweiten Signalgenerator, der gleich dem ersten Signalgenerator (G2) sein kann, und ggf. einen dritter Verstärker (V3) aufweist, die ein moduliertes Kompensationssignal (S3) erzeugen, das im Vergleich zum modulierten Sendesignal (S5) invertiert ist und eine abweichende zweite Modulationsamplitude aufweisen kann, die im Betrachtungszeitraum aber konstant ist, und – dass sie mindestens einen Sender (H) aufweist, der ein elektromagnetisches moduliertes Sendesignal (S5i) in die eine erste Übertragungsstrecke (I1) einstrahlt, wobei die Signalintensität (Signalenergie) dieses modulierten Sendesignals (S5i) mit dem modulierten Sendesignal (S5) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des ausgesendeten modulierten Sendesignals (S5i) während eines Betrachtungszeitraums, der mehrere Pulse des ausgesendeten modulierten Sendesignals (S5i) umfasst, proportional zum Sendesignal (S5) sind, und – dass sie einen Kompensationssender (K) aufweist, der ein elektromagnetisches moduliertes Kompensationssignal (S3i) in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) einspeist, wobei die Signalintensität (Signalenergie) des elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des ausgesendeten elektromagnetischen modulierten Kompensationssignals (S3i) während des besagten Betrachtungszeitraums proportional zum Kompensationssignal (S3) sind, und – dass das elektromagnetische modulierte Sendesignal (S5i) und/oder das elektromagnetische modulierte Kompensationssignal (S3i) an mindestens einem Objekt (O, O2) in mindestens einer Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4) reflektiert und/oder durch mindestens ein Objekt (O, O2) transmittiert wird und dass das Objekt (O) anschließend das elektromagnetische modulierte Sendesignal (S5i) als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) in eine zweite Übertragungsstrecke (I2) einspeist und/oder dass das zweite Objekt (O2) anschließend das elektromagnetische modulierte Kompensationssignal (S3i) als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationsssignal (S3s) in eine vierte Übertragungsstrecke (I4) einspeist, wobei eine oder mehrere Übertragungsstrecken (I1, I2, I3, I4) mit dem jeweiligen Objekt (O, O2) identisch sein können, und – dass sie einen Empfänger (D) aufweist, der das modifizierte elektromagnetische Sendesignal (S5s) des Senders (H) nach Austritt aus der ersten und/oder zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) und nach Durchgang durch mindestens eine von diesen empfängt, und – dass der Empfänger (D) das modifizierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3s) des Kompensationssenders (K) nach Austritt aus der dritten und/oder vierten Übertragungsstrecke (I3, I4) und nach Durchgang durch mindestens eine von diesen empfängt, wobei der Empfang summierend und/oder multiplizierend mit dem modifizierten elektromagnetischen Sendesignal (S5s) des Senders (H) erfolgt, und – dass der Empfänger (D) ein Empfängerausgangssignal (S0) in Abhängigkeit von der empfangenen Überlagerung des modifizierten Sendesignals (S5s) und des Kompensationssendesignals (S3s) erzeugt und – dass sie eine Teilvorrichtung aufweist, die insbesondere einen zweiten Schalter (SW2) und/oder einen dritten Multiplizierer (M3), umfasst, die ein Demodulationssignal (S5d) aus einem Sendevorsignal (S5v) und einem Kompensationssignal (S3v) bildet, • wobei das Sendevorsignal (S5v) mit dem Sendesignal (S5) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des Sendevorsignals (S5v) in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des Sendesignals (S5) umfasst, proportional zum Sendesignal (S5) sind, und • wobei das Kompensationsvorsignal (S3v) mit dem Kompensationssignal (S3) in der Form korreliert, dass zumindest Anteile des Kompensationsvorsignals (S3v) in dem Betrachtungszeitraum proportional zum Kompensationssignal (S3) sind, und • wobei das Demodulationssignal (S5d) zu einem ersten zeitlichen Anteil dem Sendevorsignal (S5v) entspricht und zu einem zweiten zeitlichen Anteil dem Kompensationsvorsignal (S3v) entspricht und • wobei das Verhältnis des ersten zeitlichen Anteils dividiert durch die Summe aus dem ersten zeitlichen Anteil und dem zweiten zeitlichen Anteil von einem Regelsignal (S4) abhängt, und – dass sie einen ersten Multiplizierer (M1) aufweist, der ein erstes Mischsignal (S6) durch Multiplikation des Empfängerausgangssignals (S0) oder eines aus dem Empfängerausgangssignal abgeleiteten Signals, insbesondere eines gefilterten Empfängerausgangssignals (S1) oder eines verstärkten Empfängerausgangssignals (S2), auf der einen Seite mit dem Demodulationssignal (S5d) auf der anderen Seite erzeugt, und – dass sie einen ersten Filter (F1) aufweist – der insbesondere ein Tiefpassfilter und/oder ein Integrator sein kann – und der das erste Mischsignals (S6) und/oder ein daraus abgeleitetes Signal zu einem Regelvorsignal (S8) filtert und – dass sie einen ein Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) aufweist, der das Regelvorsignal (S8) zu einem digitalisierten Regelsignal (S9) wandelt, wobei die Digitalisierung durch den Analog-zu-Digitalwandler (ADC) auch vor der Filterung durch den ersten Filter (F1) erfolgen kann, und – wobei sie ein digitales Filter (FF), das insbesondere ein Flipflop (FF) sein kann, aufweist und wobei dieses digitale Filter (FF) das digitale Regelvorsignals (S9) zu dem Regelsignal (S4) filtert und/oder verzögert und – dass die Vorrrichtung das Regelsignal (S4) als Messwertsignal für die Eigenschaften zumindest einer optischen Übertragungsmessstrecke (I1, I2, I3, I4) und/oder zumindest eines Objekts (O, O2) innerhalb einer oder mehrerer optischer Übertragungsmessstrecken (I1, I2, I3, I4) ausgibt oder zur Weiterverarbeitung an andere Teile der Vorrichtung weitergibt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 gekennzeichnet dadurch, – dass die Vorrichtung ggf. einen Vorzeichengenerator (VG) aufweist, der das Vorzeichen des Regelsignals (S4) bestimmt und ein Vorzeichensignal (S4i) bildet, und – dass die Vorrichtung einen zweiten Multiplizierer (M2) aufweist, der das erste Mischsignal (S6) mit dem Vorzeichensignal (S4i) oder dem Regelsignal (S4) zu einem demodulierten Empfängerausgangssignal (S7) multipliziert, und – dass der erste Filter (F1), der insbesondere ein Tiefpassfilter und/oder ein Integrator sein kann, das demodulierte Empfängerausgangssignal (S7) an Stelle des ersten Mischsignals (S6) zu einem Regelvorsignal (S8) filtert.
  7. Vorrichtung zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (I1, I2, I3, I4, O, O2), der Übertragungsmessstrecke, zwischen einem Sender (H) und/oder einem Kompensationssender (K) auf der einen Seite und einem Empfänger (D) auf der anderen Seite, wobei – der Sender (H) ein mit einer ersten Modulationsamplitude moduliertes elektromagnetisches Sendesignal (S5i) in eine erste und zweite Übertragungsstrecke (I1, O, I2) hineinsendet, das nach Durchgang durch mindestens einen Teil der ersten und zweiten Übertragungsstrecke (I1, O, I2) als modifiziertes elektromagnetisches Sendesignal (S5s) von dem Empfänger (D) detektiert wird, – ein Kompensationssender (K) ein mit einer zweiten Modulationsamplitude moduliertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3i) in eine dritte und vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) hineinsendet, das nach Durchgang durch mindestens einen Teil der dritten und vierten Übertragungsstrecke (I3, O2, I4) als modifiziertes elektromagnetisches Kompensationssignal (S3s) von dem Empfänger (D) überlagernd zum empfangenen modifizierten elektromagnetischen Sendesignal (S5s) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kompensationssender (K) das modulierte elektromagnetische Kompensationssignal (S3i) invertiert, d. h. komplementär, zum elektromagnetischen Sendesignal (S5i) moduliert, abstrahlt und – dass die erste Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) zumindest in einem Betrachtungszeitraum, der mehrere Pulse des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) umfasst, konstant ist und – dass die zweite Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Kompensationssignals (S3i) zumindest in dem Betrachtungszeitraum gleichzeitig zur Konstanz der ersten Modulationsamplitude des modulierten elektromagnetischen Sendesignals (S5i) konstant ist und – dass eine Teilvorrichtung eines Reglers (CT) ein periodisches Regelsignal (S4) mit einer Puls-Weiten-Modulation (PWM-Signal) und einem Duty-Cycle und/oder mit einer Puls-Dichte-Modulation (PDM-Signal) mit einem Füllfaktor ermittelt wird, wobei der Duty-Cycle des PWM-Signals und/oder der Füllfaktor des PDM-Signals ein Maß für eine Übertragungseigenschaft der jeweiligen Übertragungsmessstrecke (I1, I2, I3, I4, O, O2) zwischen dem Sender (H) und/oder dem Kompensationssender (K) auf der einen Seite und dem Empfänger (D) auf der anderen Seite ist und – dass in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert des Regelsignals (S4) Signalwerte des Empfängerausgangssignals (S0) des Empfängers (D) zu einer Verminderung oder Vergrößerung eines Regelvorsignals (S8) innerhalb des Reglers (CT) oder eines zugehörigen digitalen Regelvorsignals (S9)) innerhalb des Reglers (CT) führen und – dass eine Teilvorrichtung (FF) des Reglers (CT), insbesondere ein digitales Filter und/oder ein Flipflop, das Regelsignal (S4) innerhalb des Reglers (CT) aus dem Regelvorsignal (S8) und/oder dem digitalen Regelvorsignal (S9) ableiten.
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