DE10224761B3 - Laser beam interferometer has radiation divider feeding measurement arm, reference branch, beam combiner superimposing individual beams from reference branch, measurement arm onto detector in pairs - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a laser source (5) supplying a measurement arm (3) and a reference branch (4), a radiation divider (7) that produces a fan with a number of individual beams in the measurement arm and reference branch from the beam output by the laser source and a beam combiner that superimposes the individual beams from the reference branch and the individual beams returned from the measurement arm onto a detector in pairs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Laserstrahlinterterometer zur berührungslosen Abstandsmessung, das eine Laserstrahlungsquelle, welche einen Meßarm und einen Referenzzweig speist, aufweist.The invention relates to a laser beam interterometer for contactless Distance measurement, which is a laser radiation source, which a measuring arm and feeds a reference branch.
  • Derartige Laserstrahlinterferometer bieten sich zur berührungslosen Abstandsmessung mit sehr hoher Meßgenauigkeit an, insbesondere wenn die Messung über einen Abstand im Meterbereich erfolgen soll. Das dabei ausgenutzte physikalische Wirkprinzip beruht auf der Kohärenz von sich überlagernden Laserstrahlen. Diese überlagerten Laserstrahlen stammen aus einer Quelle, haben jedoch nach einer Teilung in einem Referenz- bzw. einem Meßpfad unterschiedliche Wege zurückgelegt. Laserstrahlinterterometer können dieses Prinzip sowohl zu einer inkrementellen als auch zu absoluten Messungen umsetzen. Für eine absolute Messung wird in einem Laserstrahlinterterometer Strahlung bei mindestens zwei Wellenlängen benötigt.Such laser beam interferometer offer for contactless Distance measurement with very high measuring accuracy, in particular if the measurement over a distance should be in the meter range. The exploited physical principle of action is based on the coherence of overlapping Laser beams. These overlaid Laser beams come from a source, but have after division different paths in a reference path or a measurement path kilometer. Laser interinterometers can this principle to both an incremental and an absolute Implement measurements. For an absolute measurement is made in a laser beam interterometer at at least two wavelengths needed.
  • Dies ist in einem inkohärenten Längenmeßverfahren möglich, bei dem eine Sendestrahlleistung hinsichtlich der Sendefrequenz moduliert wird, so daß die Messung einer Phasendifferenz zwischen hin- und rücklaufender Strahlleistung eine Längeninformation über das Objekt vermittelt. Dieses Prinzip ermöglicht ein kohärent arbeitendes, frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar (auch FMCW-Laserradar oder Chirped Laser Radar bezeichnet), das den Abstand zum Objekt unter Ausnutzung der Signallaufzeit durch Messung der Differenz zwischen Sende- und Empfangsfrequenz ermittelt. Ein solches Laserradar ist in der Veröffentlichung A., Slotwinski et al., „Utilizing GaAIAs Laser Diodes as a Source for Frequency Modulated Contineous Wave (FMCW) Coherent Laser Radars", Proc. SPIE Vol. 1043, Laser Diode Technology and Applications, 1989, S. 245–251 beschrieben. Auch die DE 35 87 492 T2 , die DE 33 06 709 C2 , die DE 1960 0491 C1 und die DE 31 36 993 C2 schildern laserbasierte Abstandsmeßverfahren.This is possible in an incoherent length measuring method, in which a transmission beam power is modulated with respect to the transmission frequency, so that the measurement of a phase difference between the beam power going back and forth conveys length information about the object. This principle enables a coherently working, frequency-modulated continuous wave laser radar (also called FMCW laser radar or chirped laser radar), which determines the distance to the object using the signal propagation time by measuring the difference between the transmission and reception frequency. Such a laser radar is described in publication A., Slotwinski et al., "Utilizing GaAIAs Laser Diodes as a Source for Frequency Modulated Contineous Wave (FMCW) Coherent Laser Radars", Proc. SPIE Vol. 1043, Laser Diode Technology and Applications, 1989 , Pp. 245–251 DE 35 87 492 T2 , the DE 33 06 709 C2 , the DE 1960 0491 C1 and the DE 31 36 993 C2 describe laser-based distance measurement processes.
  • Ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserstrahlinterferometer kann zwar eine Abstandsmessung durchführen, jedoch ist eine Vermessung eines Objektes damit nicht möglich.A frequency-modulated continuous wave laser beam interferometer can carry out a distance measurement, but it is a measurement of an object is not possible.
  • Eine solche kontaktlose Objektvermessung ist aber für viele Anwendungen wünschenswert, beispielsweise, wenn die Form eines Objektes überprüft werden soll, wie dies u. a. bei Verschleißmessungen, z. B. von Fahrdrähten elektrischer Bahnen, der Fall ist.Such a contactless object measurement is but for many applications desirable for example, if the shape of an object is to be checked, as u. a. for wear measurements, e.g. B. of contact wires electrical railways, the case is.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Laserstrahlinterferometer mit einer Laserstrahlungsquelle, die einen Meßarm und einen Referenzzweig speist, so weiterzubilden, daß eine berührungslose Vermessung eines Objektes möglich ist.The object of the invention is therefore based on a laser beam interferometer with a laser radiation source, the one measuring arm and feeds a reference branch, so that a non-contact Measurement of an object is possible.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Laserstrahlinterferometer das eine Laserstrahlungsquelle, die einen Meßarm und einen Referenzzweig speist, eine Strahlaufspaltungseinrichtung, die aus einem von der Laserstrahlungsquelle abgegebenem Strahlbündel im Meßarm und im Referenzzweig je einem Fächer mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen erzeugt, und eine Strahlvereinigungseinrichtung aufweist, die Einzelstrahlen aus dem Referenzzweig und die vom Objekt rückgestreuten Einzelstrahlen aus dem Meßarm auf einer Detektoreinrichtung jeweils paarweise überlagert.According to the invention, this object is achieved by a laser beam interferometer which is a laser radiation source which a measuring arm and feeds a reference branch, a beam splitter, which from a beam emitted by the laser radiation source in measuring arm and one subject each in the reference branch generated with a plurality of individual beams, and a beam combining device comprises the individual beams from the reference branch and those from the object backscattered Single beams from the measuring arm superimposed in pairs on a detector device.
  • Das erfindungsgemäße Konzept erzeugt im Meßarm einen Fächer mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen, die auf das Objekt gerichtet werden. Die vom Objekt jeweils in Richtung der auftreffenden Einzelstrahlen zurückgestreute Strahlungsleistung wird mit dem Referenzstrahl, der ebenfalls in einen Fächer aus Einzelstrahlen aufgeteilt wurde, zur Interferenz gebracht. Durch die Aufteilung der Strahlbündel in Fächer aus Einzelstrahlen wirkt der erfindungsgemäße Aufbau für jeden Einzelstrahl wie ein eigenständiges Laserstrahlinterferometer, soweit die Vermessung des Objektes betroffen ist. Durch die Vielzahl von Einzelstrahlen kann damit zu entsprechend vielen Punkten des Objektes der Abstand gemessen werden, woraus sich automatisch eine Information über den Umriß des Objektes und damit eine Vermessung des Objektes ergibt.The concept according to the invention produces one in the measuring arm subjects with a multitude of single beams directed at the object become. The one from the object in the direction of the individual rays hitting it backscattered Radiant power is measured with the reference beam, which is also in a fan was divided from individual beams, brought to interference. By the division of the beam into subjects from individual beams, the structure according to the invention acts like a single beam independent Laser beam interferometer, as far as the measurement of the object is concerned is. Due to the large number of individual beams, there can be too many Points of the object's distance are measured, which automatically results information about the outline of the Object and thus a measurement of the object results.
  • Unter dem Begriff „Objekt" wird dabei eine zu vermessende Struktur verstanden, es kann sich also dabei durchaus um ein Element eines größeren Gegenstandes handeln.Under the term "object" one understood structure to be measured, so it may well around an element of a larger object act.
  • Im erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometer werden zur Vermessung eines Objektes die Einzelstrahlen aus Referenzzweig und Meßarm paarweise zur Überlagerung gebracht. Dabei ist unter diesem Begriff zu verstehen, daß im Meßarm die Strahlung erfaßt wird, die in Richtung der auf das Objekt gerichteten Einzelstrahlen zurückgestreut wird. Deren Intensität kann abhängig vom Rückstreuvermögen bzw. der Geometrie des vermessenden Objektes stark variieren. Mitunter wird überhaupt keine Strahlungsenergie in Richtung eines eingestrahlten einzelnen Meßstrahles zurückgestreut, beispielsweise weil das Objekt vollständig absorbiert oder der in Rede stehende Einzelstrahl überhaupt nicht auf das Objekt trifft. Auch solche Fälle mit verschwindend rückgestreuter Strahlungsintensität werden hier als paarweise Überlagerung mit dem zugehörigen Einzelstrahl des Referenzzweiges aufgefaßt.In the laser beam interferometer according to the invention the individual beams from the reference branch are used to measure an object and measuring arm in pairs for overlay brought. It is to be understood by this term that the radiation in the measuring arm detected that is in the direction of the individual beams directed at the object backscattered becomes. Their intensity can be dependent of the backscattering capacity or vary the geometry of the surveying object greatly. from time to time will at all no radiant energy towards an irradiated individual measuring beam backscattered, for example because the object is completely absorbed or the one in question standing single jet at all does not hit the object. Even such cases with vanishingly backscattered radiation intensity are overlaid here in pairs with the associated Detected single beam of the reference branch.
  • Für jeden Einzelstrahl kann der Objektabstand ermittelt werden. Dabei ist das erfindungsgemäße Laserstrahlinterferometer allerdings nicht auf die Anwendung des Prinzips eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Laserradars eingeschränkt, sondern kann auch anderweitig in bekannter Weise als kohärentes Interferometer eingesetzt werden, das eine gleichzeitige Vermessung einer Vielzahl von Punkten eines Objektes ermöglicht.The object distance can be determined for each individual beam. However, the laser beam interferometer according to the invention is not restricted to the application of the principle of a frequency-modulated continuous wave laser radar, son it can also be used in a known manner as a coherent interferometer, which enables simultaneous measurement of a large number of points of an object.
  • Beispielsweise kann der Laserstrahl gepulst und die Impulslaufzeit erfaßt werden. Auch kann bei geeigneten Objekten eine kohärente Aufsummation der im Interferenzpunkt überlagerten Strahlung, die je nach ihrer Teilung in Referenzzweig und Meßarm unterschiedliche Wege zurückgelegt hat, erfolgen. Wird dabei nur eine Wellenlänge im Interferometer ausgewertet, so liegt ein inkrementelles Verfahren vor. Für eine nicht-inkrementelle, d. h. absolut messende Laserstrahlinterferometrie ist eine Meßinformation bei mindestens zwei verschiedenen Laserwellenlängen erforderlich. Dann kann die Längendifferenz zwischen Meßarm und Referenzzweig eindeutig innerhalb der halben synthetischen Wellenlänge der beiden Laserwellenlängen bestimmt werden, wobei sich die synthetische Wellenlänge aus dem durch die Betragsdifferenz dividierten Produkt der Laserwellenlängen ergibt. Alternativ kann zur absoluten Laserstrahlinterferometrie auch die Emissionswellenlänge der Laserstrahlungsquelle von einem Anfangswert zu einem Endwert durchgestimmt werden. Bei diesen Meßverfahren ist allerdings die Kohärenz im Meßstrahl unabhängig vom Meßort erforderlich, weshalb sich diese Verwendungen des erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometers nur bei die Kohärenz nicht zerstörenden, sogenannten kooperativen Objektoberfläche anbieten werden.For example, the laser beam pulsed and the pulse transit time are recorded. Also, if appropriate Objects a coherent Summation of the radiation superimposed in the interference point, each after their division into reference branch and measuring arm different ways traveled has to be done. If only one wavelength is evaluated in the interferometer, so there is an incremental procedure. For a non-incremental, d. H. absolutely measuring laser beam interferometry is measurement information required for at least two different laser wavelengths. Then can the difference in length between measuring arm and reference branch clearly within half the synthetic wavelength of the two laser wavelengths can be determined, the synthetic wavelength the product of the laser wavelengths divided by the difference in magnitude. As an alternative to absolute laser beam interferometry Emission wavelength the laser radiation source from an initial value to an end value be tuned. With these measuring methods, however, the coherence in the measuring beam independently from the measurement site required, which is why these uses of the laser beam interferometer according to the invention only with the coherence not destructive, so-called cooperative object surface will offer.
  • Bei technischen, sogenannten nicht-kooperativen Oberflächen stellt sich bei der Vermessung eines Objektes dagegen die Problematik, daß die Wechselwirkung eines Laserstrahls mit dem Objekt die räumliche Kohärenz zerstört, da an solchen Oberflächen gestreutes Licht nur noch in benachbarten Raumpunkten feste Phasenbeziehungen aufweist. Eine inkrementelle Laserstrahlinterferometrie ist deshalb an technischen Objekten meist nicht möglich. Zwar könnte man dieses Problem durch die Montage spezieller Reflektoren am zu vermessenden Objekt umgehen, jedoch wäre damit ein nachteiliger Übergang von berührungsloser zu berührender Vermessung verbunden. In solchen Fällen bietet sich deshalb die erwähnte Verwendung des Interferometers als frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar an, indem der Objektabstand unter Ausnutzung der Signallaufzeit durch Messung der Differenz zwischen einer Sende- und einer Empfangsfrequenz bestimmt wird.In the case of technical, so-called non-cooperative surfaces On the other hand, the problem arises when measuring an object, that the interaction of a laser beam with the object destroys the spatial coherence, since such surfaces are scattered Light only has fixed phase relationships in neighboring spatial points having. Incremental laser beam interferometry is therefore mostly not possible on technical objects. You could this problem by mounting special reflectors on the surface to be measured Bypass object, however an adverse transition of non-contact to be touched Survey connected. In such cases, therefore mentioned Use of the interferometer as a frequency-modulated continuous wave laser radar by the object distance using the signal propagation time by measuring the difference between a transmit and a receive frequency is determined.
  • Das erfindungsgemäße Laserstrahlinterferometer ist insbesondere zur Fernvermessung von Objekten aus großen Abständen geeignet, d. h. wenn die Objektabmessung zwischen einem Zehntel und einem Zehntausendstel des Meßabstandes liegt, oder Auflösungen zwischen einem Hundertstel und einem Millionstel des Meßabstandes erreicht werden sollen. Da in solchen Fällen naturgemäß die Anforderung an ein möglichst großes Signal/Rausch-Verhältnis besteht, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, eine Laserstrahlungsquelle zu verwenden, die zwei überlagerte, linear polarisierte Lichtbündel abgibt, wobei die Polarisationsrichtungen der Lichtbündel um 90° gegeneinander verdreht sind und eine Detektoreinrichtung verwendet wird, die einen Polteiler und zwei Detektoren aufweist. Im Laserstrahlinterferometer propagieren dann zwei unterschiedliche Polarisationsrichtungen, wodurch im Endeffekt jeder Einzelstrahl verdoppelt ist, da er nach beiden Polarisationsrichtungen ausgewertet wird. Bei dieser Weiterbildung werden in einem Aufbau zwei Meßinterferometer verwirklicht, die zugleich eine Objektvermessung vornehmen, wobei der instrumentelle Aufwand nur unwesentlich steigt, insbesondere nicht verdoppelt wird.The laser beam interferometer according to the invention is particularly suitable for remote measurement of objects from large distances, d. H. if the object dimension is between a tenth and a Ten thousandths of the measuring distance lies, or resolutions between one hundredth and one millionth of the measuring distance should be achieved. Because in such cases the requirement is natural to one if possible great Signal / noise ratio consists in an advantageous development of the invention intended to use a laser radiation source, the two superimposed, linearly polarized light beams emits, the polarization directions of the light beams around Twisted 90 ° against each other and a detector device is used which has a pole divider and has two detectors. Propagate in the laser beam interferometer then two different directions of polarization, which ultimately results every single beam is doubled because it is in both polarization directions is evaluated. This training course is being built up two measuring interferometers realized who also make an object measurement, the Instrumental expenditure increases only insignificantly, especially not is doubled.
  • Wird ein derart weitergebildetes Laserstrahlinterferometer als frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar betrieben, kann die Frequenzmodulierung der überlagerten, linarpolarisierten Lichtbündel gegenläufig erfolgen, so daß sich die beiden, in Laserstrahlinterferometer propagierenden überlagerten Lichtbündel nicht nur durch die um 90° gegeneinander verdrehte Polarisationsrichtung, sondern auch in der momentanen Wellenlänge, bzw. Frequenz unterscheiden. Dadurch ist eine verstärkte Entkopplung erreicht und ein Übersprechen zwischen den beiden Polarisationsrichtungen weitestgehend vermieden.Is such a further developed Laser beam interferometer operated as a frequency-modulated continuous wave laser radar, can the frequency modulation of the superimposed, linearly polarized light beam opposite take place so that the two superimposed propagating in laser beam interferometers light beam not only through the 90 ° against each other twisted direction of polarization, but also in the current one Wavelength, or differentiate frequency. This means increased decoupling reached and a crosstalk largely avoided between the two polarization directions.
  • Die Länge des Referenzzweiges wirkt sich im erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometer unmittelbar auf die zur Objektvermessung ausgewertete Interferenzerscheinung aus. Die optische Weglänge des Referenzzweiges sollte deshalb unter normalen Betriebsbedingungen möglichst konstant bleiben. Dies kann besonders einfach erreicht werden, indem der Referenzzweig eine Glasfaserstrecke aufweist. Eine solche Glasfaserstrecke bringt zusätzlich den Vorteil, daß die Länge des Referenzzweiges relativ einfach auf die Länge des Meßarms abgestimmt werden kann, ohne daß dabei die Größe des Aufbaus des Laserstrahlinterferometers wesentlich beeinflußt würde. Es ist deshalb vorteilhaft, die Glasfaserstrecke auf die Länge des Meßarms abzustimmen, so daß der Referenzzweig im wesentlichen der Länge des zu erwartenden Meßarms entspricht, auf den sich der Abstand zum Objekt unmittelbar auswirkt.The length of the reference branch is effective themselves in the laser beam interferometer according to the invention directly on the interference phenomenon evaluated for object measurement out. The optical path length The reference branch should therefore be used under normal operating conditions preferably remain constant. This can be achieved particularly easily by using the Has a fiber optic link. Such an optical fiber link brings additional the advantage that the Length of Reference branch can be adjusted relatively easily to the length of the measuring arm, without doing it the size of the construction of the Laser beam interferometer would be significantly affected. It is therefore advantageous the fiber optic line on the length of the measuring arm vote so that the Reference branch essentially corresponds to the length of the measuring arm to be expected, which is directly affected by the distance to the object.
  • Wird das erfindungsgemäße Laserstrahlinterferometer als frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar betrieben, ermöglicht der kohärente Überlagerungsempfang bereits im optischen Bereich eine erhebliche Verstärkung des Nutzsignals, womit sehr große Dynamikbereiche und Empfindlichkeiten erreicht werden können. Dabei treten allerdings mitunter erhebliche Nichtlinearitäten gegenüber Parametern der Betriebsbedingungen auf, beispielsweise sind die Durchstimmeigenschaften von Laserstrahlungsquellen regelmäßig stark nichtlinear. Je nach Einsatz, insbesondere zu erwartendem Temperaturbereich, kann eine Kalibrierung bzw. Korrektur des Laserstrahlinterferometers erforderlich werden. Um hierbei den Meßbetrieb aufrechterhalten zu können, ist es zweckmäßig, die Umgebungsbedingungen während der Messung zu erfassen und eine entsprechende Korrektur, beispielsweise gemäß einer vorher bestimmten Kalibrierkurve vorzunehmen.If the laser beam interferometer according to the invention is operated as a frequency-modulated continuous wave laser radar, the coherent overlay reception enables a considerable amplification of the useful signal even in the optical range, with which very large dynamic ranges and sensitivities can be achieved. However, considerable non-linearities with respect to parameters of the operating conditions sometimes occur, for example the tuning properties of laser radiation sources are regularly highly non-linear. Depending on the application, in particular the expected temperature range, calibration or correction can be carried out ture of the laser beam interferometer. In order to be able to maintain measuring operation, it is expedient to record the ambient conditions during the measurement and to carry out a corresponding correction, for example in accordance with a previously determined calibration curve.
  • In einer diesbezüglich besonders vorteilhaft weitergehenden Ausbildung ist eine Korrekturinterferometeranordnung vorgesehen, die Strahlung aus der Laserstrahlungsquelle analysiert. Dabei ist es der Korrekturgüte besonders förderlich, wenn die Korrekturinterferometeranordnung möglichst viele Komponenten mit dem Laserstrahlinterferometer gemeinsam hat, also Strahlung aus dem eigentlichen Interferometer zur Analyse auskoppelt. Eine besonders gute Korrektur kann erreicht werden, wenn die Korrekturinterferometeranordnung hinsichtlich der Bauteile, die nicht mit dem eigentlichen Laserstrahlinterterometer geteilt werden oder werden können, einen parallelen Aufbau aufweist.In a particularly advantageous way in this regard Training, a correction interferometer arrangement is provided, the radiation from the laser radiation source is analyzed. It is it the correction goodness particularly beneficial, if the correction interferometer arrangement has as many components as possible common to the laser beam interferometer, i.e. radiation from decouples the actual interferometer for analysis. A particularly good one Correction can be achieved if the correction interferometer arrangement regarding the components that are not with the actual laser beam interterometer can be shared or become has a parallel structure.
  • Wenn der Referenzzweig eine Glasfaserstrecke aufweist, ist es zweckmäßig, daß die Korrekturinterferometeranordnung ebenfalls eine entsprechende Glasfaserstrecke umfaßt. Werden zwei überlagerte, linear polarisierte Lichtbündel im Laserstrahlinterterometer eingesetzt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese überlagerten Lichtbündel ebenfalls in der Korrekturinterferometeranordnung propagieren und in zwei durch einen Polteiler beaufschlagten Detektoren erfaßt werden. Die Detektorsignale der Korrekturinterferometeranordnung können sowohl für eine Meßdatenkorrektur als auch für einen entsprechenden Abgleich der Laserstrahlungsquelle eingesetzt werden.If the reference branch is a fiber optic link it is expedient that the correction interferometer arrangement also includes a corresponding fiber optic link. Become two layered, linearly polarized light beams used in the laser beam interterometer, it has proven to be advantageous if they overlap Beams of light as well propagate in the correction interferometer arrangement and in two detectors acted upon by a pole divider. The detector signals of the correction interferometer arrangement can both for one Meßdatenkorrektur for as well a corresponding adjustment of the laser radiation source is used become.
  • Für die Verwendung des Laserstrahlinterferometers als frequenzmoduliertes Laserradar ist es zweckmäßig, daß die Laserstrahlungsquelle innerhalb gewisser Grenzen durchstimmbar ist. Natürlich könnte eine Frequenzmodulation auch durch nachgeschaltete Elemente erfolgen, jedoch ist dies regelmäßig baulich aufwendig. Besonders bevorzugt sind aufgrund der geringen Baugroße frequenzmodulierbare Laserdioden.For the use of the laser beam interferometer as a frequency modulated Laser radar, it is appropriate that the laser radiation source is tunable within certain limits. Of course one could Frequency modulation also take place through downstream elements, however, this is regularly structural consuming. Due to the small size, frequency modulators are particularly preferred Laser diodes.
  • Die Strahlaufspaltungseinrichtung erzeugt im Laserstrahlinterferometer die Fächer mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen, mit denen das Objekt vermessen wird. Prinzipiell kann diese Aufspaltung an beliebiger Stelle im Laserstrahlinterterometer erfolgen, solange sichergestellt ist, daß das Objekt mit dem Fächer aus Einzelstrahlen beleuchtet wird, und die entsprechend rückgestreute Strahlung des Objektes mit den entsprechend zugeordneten Einzelstrahlen des Referenzzweiges zur Überlagerung gebracht wird. Unter dem Gesichtspunkt, daß diese Überlagerung für das Meßergebnis bedeutsam ist, hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, die Fächererzeugung vor der Aufteilung des Strahlengangs in Meßarm und Referenzzweig vorzunehmen, da dann ein identischer Divergenzwinkel der Fächer sichergestellt ist, der eine einfache und dennoch exakte paarweise Überlagerung der Einzelstrahlen erlaubt. Es ist deshalb eine Weiterbildung des Laserstrahlinterferometers bevorzugt, bei der die Strahlaufspaltungseinrichtung ein Gitter, das die Fächer mit der Vielzahl von Einzelstrahlen erzeugt, sowie einen ersten Strahlteiler aufweist. Ist der Strahlteiler dann dem Gitter nachgeschaltet, ergibt sich der geschilderte Vorteil der einfachen Überlagerung, da in den Referenzzweig sowie den Meßarm bereits von Anfang an ein entsprechender Fächer aus Einzelstrahlen eingekoppelt wird.The beam splitter generates the subjects with a multitude of in the laser beam interferometer Single beams with which the object is measured. in principle this splitting can take place anywhere in the laser beam interterometer as long as it is ensured that the object with the fan out Single beams are illuminated, and the correspondingly backscattered Radiation of the object with the correspondingly assigned individual beams of the reference branch for overlay brought. From the point of view that this overlap for the measurement result What is significant, it has proven to be particularly expedient, the subject production before dividing the beam path into measuring arm and reference branch, because then an identical divergence angle of the subjects is ensured, the a simple yet exact paired overlay of the individual beams allowed. It is therefore a further development of the laser beam interferometer preferred, in which the beam splitting device is a grating, that the subjects generated with the large number of individual beams, as well as a first Has beam splitter. If the beam splitter is then connected downstream of the grating, there is the described advantage of simple superimposition, since in the reference branch and the measuring arm right from the start a corresponding subject Single beams is injected.
  • Natürlich kann die Anordnung von Gitter und Strahlteiler auch umgekehrt werden, so daß zuerst der Strahlteiler das von der Laserstrahlungsquelle erzeugte Strahlenbündel eine in Strahlung für den Meßarm und Strahlung für den Referenzzweig aufteilt. Die derart aufgeteilten Anteile können dann durch ein oder mehrere Gitter aufgefächert werden. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß die Länge des Referenzzweiges zu einem großen Teil nur von einem Strahlbündel, nicht dagegen von einem Fächer von Einzelstrahlen durchlaufen wird, was unter dem Gesichtspunkt der Strahlführung bzw. geringerer Anfälligkeit für störende strahlabschwächende Effekte vorteilhaft ist. Insbesondere bietet sich dann die Möglichkeit, in die Referenzstrecke eine Glasfaser einzubinden, die die erforderliche optische Weglänge bereitstellt. Lägen dagegen zu diesem Punkt im Strahlgang bereits ein Fächer aus Einzelstrahlen vor, würde eine entsprechende Vielzahl an Glasfaserstrecken benötigt, was einen erheblichen apparativen Aufwand darstellt.Of course, the arrangement of Grid and beam splitter are also reversed, so that the first Beam splitter the beam generated by the laser radiation source in radiation for the measuring arm and radiation for splits the reference branch. The shares so divided can then by one or more grids fanned out become. This structure has the advantage that the length of the reference branch increases a big one Part of just one beam, not against it from a fan is traversed by single rays, which is from the point of view the beam guidance or less vulnerability for annoying beam attenuating effects is advantageous. In particular, there is the possibility to incorporate a glass fiber into the reference path that meets the requirements optical path length provides. BE REDUCED on the other hand, a fan already exists in the beam path at this point Single rays before, would a corresponding variety of fiber optic lines needs what represents a considerable expenditure on equipment.
  • Das Gitter zur Erzeugung der Einzelstrahlen muß für die erforderliche Strahltrennung sorgen. Besonders bevorzugt ist ein holographisches Gitter, da dieses kostengünstig herstellbar und unkritisch gegenüber Fehljustierungen ist.The grid for generating the individual beams must be the required Ensure beam separation. A holographic is particularly preferred Grid because this is inexpensive producible and uncritical to Is misalignments.
  • In der erwähnten Variante, bei der die Aufteilung in die Fächer mit Einzelstrahlen erst nach der Trennung des Strahlenbündels in Meßarm und Referenzzweig erfolgt, bietet es sich unter dem Gesichtspunkt einer möglich paßgenauen Überlagerung der Einzelstrahlen des Fächers vor dem Detektor als vorteilhaft an, die Auffächerung der Strahlbündel in Meßarm und Referenzzweig durch ein und dasselbe Gitter zu bewirken, insbesondere wenn in den Referenzzweig eine Glasfaserstrecke eingebunden ist. Es ist deshalb bevorzugt, daß bei der oben erwähnten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometers mit einem Gitter und einem ersten Strahlteiler, der erste Strahlteiler das von der Laserstrahlungsquelle abgegebene Strahlbündel in ein in die Glasfaserstrecke des Referenzzweiges eingespeistes Referenzstrahlbündel und in ein in den Meßarm eingespeistes Meßstrahlbündel aufteilt, wobei das Gitter vom Referenzstrahlbündel und vom Meßstrahlbündel parallel durchstrahlt wird und die Strahlvereinigungseinrichtung mittels eines zweiten Strahlteilers dann die Einzelstrahlen der Fächer paarweise überlagert. Mit diesem Ansatz wird nicht nur ein sehr kompakter Aufbau erreicht, da nur eine Glasfaserstrecke zur Erzeugung der erforderlichen optischen Weglänge im Referenzzweig benötigt wird, es kann auch, insbesondere bei der Verwendung eines holographischen Gitters, durch die Verwendung nur eines einzigen Gitters für eine identische Auffächerung der beiden Strahlbündel gesorgt werden, was vorteilhaft für eine einfache und dennoch exakte, paarweise Überlagerung der Einzelstrahlen ist.In the variant mentioned, in which the division into the compartments with individual beams only takes place after the beam bundle has been separated into the measuring arm and reference branch, it is advantageous from the point of view of a possible precisely fitting superposition of the individual beams of the fan in front of the detector, the fanning out of the To effect beam bundles in the measuring arm and reference branch through one and the same grating, in particular if a glass fiber link is integrated in the reference branch. It is therefore preferred that in the above-mentioned development of the laser beam interferometer according to the invention with a grating and a first beam splitter, the first beam splitter divides the beam bundle emitted by the laser radiation source into a reference beam bundle fed into the glass fiber path of the reference branch and into a measuring beam bundle fed into the measuring arm, the grating being irradiated in parallel by the reference beam and by the measuring beam and the beam combining device then superimposing the individual beams of the subjects in pairs by means of a second beam splitter. With this approach will not only a very compact design is achieved, since only one glass fiber link is required to generate the required optical path length in the reference branch, and in particular when using a holographic grating, the use of only a single grating can ensure an identical fanning out of the two beam bundles , which is advantageous for a simple, yet exact, pair-wise superposition of the individual beams.
  • Das erfindungsgemäße Laserstrahlinterferometer ist besonders für die Vermessungen von Objekten aus großer Ferne geeignet. Die maximale Meßgenauigkeit bei der Vermessung eines Objektes wird dabei natürlich immer dann erreicht, wenn der Bereich, über den die Einzelstrahlen des Fächers verteilt sind, möglichst genau der zu vermessenden Objektgeometrie entspricht, d. h. wenn möglich alle Einzelstrahlen auf den zu vermessenden Objektbereich fallen. Um diese Bedingung zu erfüllen, muß der Divergenzwinkel des Strahlenfächers an den Abstand zum vermessenden Objekt sowie an dessen Größe angepaßt sein. Hierzu ist es denkbar, die Eigenschaften der Strahlaufteilungseinrichtung anzupassen, beispielsweise ein entsprechendes Gitter zu verwenden. Da dann aber mitunter bei der Anpassung an unterschiedliche Objekt- bzw. Vermessungsgeometrien ein erheblicher Eingriff in den optischen Aufbau des Interferometers erforderlich wäre, ist es vorteilhaft, im Meßarm einer Optik anzuordnen, die den Divergenzwinkel der Einstrahlen des Fächers im Meßarm an die Entfernung zum Objekt und an die Objektgröße anpaßt. Auch kann dann auf sich während der Vermessung auftretende Änderungen von Objektabstand oder -größe reagiert werden.The laser beam interferometer according to the invention is especially for suitable for the measurement of objects from a great distance. The maximum measurement accuracy of course, when measuring an object, if the area over which the individual beams of the fan distribute are, if possible corresponds exactly to the object geometry to be measured, d. H. if possible all individual rays fall on the object area to be measured. To meet this requirement must the Divergence angle of the fan of rays be adapted to the distance to the object being measured and its size. For this purpose, it is conceivable for the properties of the beam splitting device to adapt, for example to use an appropriate grid. But then sometimes when adapting to different object or surveying geometries a considerable intervention in the optical structure of the interferometer would be necessary, it is advantageous in measuring arm arrange an optics that the divergence angle of the irradiation of the fan in the measuring arm adapts to the distance to the object and the object size. Even then can on itself while changes occurring during the measurement reacted by object distance or size become.
  • Wie bereits erwähnt, sollte das Objekt durch die im Meßarm ausgefächerten Einzelstrahlen möglichst vollständig erfaßt werden. Dies bedingt eine entsprechende Ausrichtung des Laserstrahlinterterometers zum Objekt. Oftmals ist es jedoch nicht möglich, das Laserstrahlinterferometer in der dazu erforderlichen Lage anzuordnen. Ein Beispiel dafür ist die Vermessung von Fahrdrähten elektrischer Bahnen, bei denen die Lage eines Laserstrahlinterferometers an einem Meßfahrzeugs innerhalb enger Grenzen vorgegeben ist, so daß das Laserstrahlinterferometer nicht immer die wunschgemäße Blickrichtung zum Objekt hat. Für solche Anwendungen ist es zweckmäßig, einen entsprechenden Spiegel im Meßarm vorzusehen, der den Fächer auf das Objekt richtet. Ändert sich nun die Lage des Objektes, kann eine ansonsten unvermeidliche Neuausrichtung des Laserstrahlinterferometers zum Objekt vermieden werden, wenn der Spiegel als Drehspiegel ausgestaltet wird, der so eingestellt wird, daß der Fächer im Meßarm auf das Objekt fällt.As mentioned earlier, the object should be through the in the measuring arm fanned out Single beams if possible Completed detected become. This requires an appropriate alignment of the laser beam interterometer to the object. However, it is often not possible to use the laser beam interferometer to be arranged in the required position. One example of this is surveying of contact wires electrical orbits where the location of a laser beam interferometer a measuring vehicle is specified within narrow limits so that the laser beam interferometer does not always the direction you want to the object. For such applications, it is appropriate to to provide the corresponding mirror in the measuring arm, the fan aimed at the object. change now the location of the object can be an otherwise inevitable Realignment of the laser beam interferometer to the object avoided if the mirror is designed as a rotating mirror, the is set so that the subjects in the measuring arm the object falls.
  • Die Intensität der jeweils paarweise überlagerten Einzelstrahlen muß, insbesondere bei einem frequenzmodulierten Dauerstrich-Laserradar mit einer möglichst geringen Nachweisgrenze erfaßt werden. Hier bieten sich zuvorderst entsprechende Detektortelder, beispielsweise Arrays oder Zeilen an. Dabei kann es jedoch beträchtlichen Aufwand mit sich bringen, Detektoren, die eine niedrige Nachweisgrenze haben, in einem Detektorfeld zusammenzufassen, das die entsprechenden Abmessungen hat. Für solche Fälle ist es vorteilhaft, Einzeldetektoren zu verwenden, denen jeweils ein Faserkoppler derart vorgeschattet ist, daß die Eingänge der Faserkoppler mit der erforderlichen geometrischen Struktur angeordnet sind, in der die überlagerten Einzelstrahlen auf die Detektoreinheit fallen. Diese geometrische Anordnung wird regelmäßig die Aufreihung entlang einer Gerade sein. Das Konzept, Faserkoppler zu verwenden, bietet einen beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteil, da kostengünstige, massenproduzierte aber dennoch hochempfindliche Einzelphotoempfänger eingesetzt werden können. Darüber hinaus können solche Einzelempfänger auch relativ einfach hinsichtlich ihrer Detektionscharakteristiken korrigiert werden, was bei feldförmigen Detektoren zwar prinzipiell auch möglich ist, meist jedoch aufwendiger oder hinsichtlich der Leistungsfähigkeit eingeschränkt ist. Besonders bieten sich als Detektoren dabei Gallium-Arsenid-Avalanche-Dioden an, die eine geringe Nachweisgrenze und ein sehr gutes Dynamikverhalten aufweisen.The intensity of the two superimposed in pairs Single rays, especially with a frequency-modulated continuous wave laser radar with one if possible low detection limit become. Corresponding detector fields are available here first for example arrays or rows. However, it can be considerable Bring effort to use detectors that have a low detection limit have to summarize in a detector field that the corresponding Has dimensions. For such cases it is advantageous to use individual detectors, each of which a fiber coupler is pre-shaded so that the inputs of the fiber coupler with the required geometric structure are arranged in which the superimposed Single beams fall onto the detector unit. This geometric The arrangement is regular Lined up along a straight line. The concept, fiber coupler to use offers a considerable economic Advantage because inexpensive, mass-produced but still highly sensitive single photo receivers used can be. Furthermore can such individual recipients also corrected relatively easily with regard to their detection characteristics become what at field-shaped Although detectors are also possible in principle, they are usually more complex or in terms of performance limited is. Gallium arsenide avalanche diodes, one of which are particularly suitable as detectors have a low detection limit and very good dynamic behavior.
  • Das erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometer kann vielfältig dort eingesetzt werden, wo es auf die kontaktlose Fernvermessung der Geometrie eines Objektes ankommt. Da das erfindungsgemäße Laserstrahlinterferometer, insbesondere, wenn das Prinzip des frequenzmodulierten Dauerstrich-Laserradars verfolgt wird, eine besonders schnelle Vermessung ermöglicht, kann es mit besonderem Gewinn überall dort verwendet werden, wo kurze Meßzeiten bzw. ein hoher Meßtakt nötig sind. Eine solche Anwendung findet sich beispielsweise bei der Vermessung des Verschleißzustandes eines Fahrdrahtes einer elektrischen Bahn, da dann mit dem erfindungsgemäßen Laserstrahlinterferometer eine Strecke, deren Fahrdraht es zu vermessen gilt, mit hoher Geschwindigkeit abgefahren werden kann.The laser beam interferometer according to the invention can be varied be used where it is based on contactless remote measurement arrives at the geometry of an object. Since the laser beam interferometer according to the invention, especially when the principle of frequency modulated continuous wave laser radar tracked, enables a particularly fast measurement, can do it anywhere with special profit be used where short measuring times or a high measuring cycle are necessary. Such an application can be found, for example, in measurement the state of wear a contact wire of an electric train, since then with the laser beam interferometer according to the invention a route whose contact wire needs to be measured at high speed can be driven.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention is described below Reference to the drawing is explained in more detail by way of example. In the drawings show:
  • 1 schematisch ein Laserstrahlinterferometer, mit dem ein Objekt vermessen wird, 1 schematically a laser beam interferometer with which an object is measured,
  • 2 den Frequenzverlauf eines modulierten Sendelaserstrahls sowie den Frequenzverlauf eines empfangenen Laserstrahls bei einem als frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar arbeitenden Laserstrahlinterferometer, 2 the frequency profile of a modulated transmission laser beam and the frequency profile of a received laser beam in a laser beam interferometer operating as a frequency-modulated continuous wave laser radar,
  • 3 einen zeitlichen Verlauf der Intensität eines Signals mit einer Zwischenfrequenz, die bei der Verwendung eines Laserstrahlinterferometers als frequenzmoduliertes Dauerstrich-Laserradar anfällt, 3 a time course of the intensity of a signal with an intermediate frequency, which occurs when using a laser beam interferometer as a frequency-modulated continuous wave laser radar,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Laserstrahlinterferometers mit zwei Korrekturinterferometern, 4 a schematic representation of a Laser beam interferometer with two correction interferometers,
  • 5 eine detailliertere Darstellung eines Laserstrahlinterferometers, ähnlich dem Aufbau der 4, 5 a more detailed representation of a laser beam interferometer, similar to the structure of the 4 .
  • 6 eine weitere Ausführungsform eines Laserstrahlinterferometers, ähnlich dem Aufbau der 4, 6 a further embodiment of a laser beam interferometer, similar to the structure of 4 .
  • 7 eine detailliertere Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Laserstrahlinterferometers, 7 a more detailed representation of a further embodiment of a laser beam interferometer,
  • 8 ein Profil eines mit einem Laserstrahlinterferometers zu vermessenden Fahrdrahtes und 8th a profile of a contact wire to be measured with a laser beam interferometer and
  • 9 zeigt eine Anordnung eines Laserstrahlinterferometers auf einem Meßfahrzeug zur Erfassung des Verschleißzustandes eines Fahrdrahtes einer elektrischen Bahn. 9 shows an arrangement of a laser beam interferometer on a measuring vehicle for detecting the state of wear of a contact wire of an electrical train.
  • In 1 ist ein Laserradar 1 schematisch dargestellt, um das Funktionsprinzip erläutern zu können. Es dient zur Vermessung eines Objektes 2, in einem Meßarm 3 des Interferometeraufbaus des Laserradars 1 liegt. Dabei wird vom Objekt 2 in den Meßarm 3 rückgestreute Strahlung mit in einen Referenzarm 4 eingekoppelter Strahlung zur Interferenz gebracht und aus der Auswertung der Interferenzerscheinungen auf den Abstand zum Objekt 2 geschlossen.In 1 is a laser radar 1 shown schematically to explain the principle of operation. It is used to measure an object 2 , in a measuring arm 3 of the interferometer setup of the laser radar 1 lies. The object 2 in the measuring arm 3 backscattered radiation into a reference arm 4 Coupled radiation brought to interference and from the evaluation of the interference phenomena on the distance to the object 2 closed.
  • Der Laserradar 1 weist eine Laserdiode 5 auf, die monochromatisches kohärentes Licht mit einer Trägerfrequenz von 300 THz erzeugt, d. h. die Wellenlänge liegt in der Größenordnung von 1 μm. Die Strahlung der Laserdiode 5 wird dabei nach einem noch zu beschreibenden Schema durchgestimmt, wobei der Modulationshub in der Größenordnung von 300 GHz bzw. 1 nm liegt, und passiert einen optischen Isolator 6, der die Laserdiode 5 vor eventuell zurückreflektierter Strahlung schützt. Dann wird das Lichtstrahlbündel von einem Strahlteiler 7 in zwei Bündel geteilt. Ein Referenzstrahl wird in den Referenzarm 4 geleitet und gelangt dort zu einem Spiegel 8. Das andere Bündel wird als Meßstrahl mit einem Objektiv 9 auf das Objekt 2 fokussiert. Nach der Reflektion am Spiegel 9 bzw. der Rückstreuung am Objekt 8 treffen beide Strahlen wieder auf den Strahlteiler 7 und werden kohärent überlagert zur Photodiode 10 geleitet. Das Signal der Photodiode 10 wird von einem Verstärker 11 ausgelesen, verstärkt und über eine (als gestrichelte Linie eingezeichnete) Verbindung an eine Auswerteeinheit 12 weiterleitet. Diese wiederum gibt entsprechende Steuersignale an eine Modulatorsteuerung 13, die die Wellenlängendurchstimmung der Laserdiode 5 steuert.The laser radar 1 has a laser diode 5 which generates monochromatic coherent light with a carrier frequency of 300 THz, ie the wavelength is of the order of 1 μm. The radiation from the laser diode 5 is tuned according to a scheme yet to be described, the modulation swing being in the order of magnitude of 300 GHz or 1 nm, and passes through an optical isolator 6 which is the laser diode 5 protects against possibly back-reflected radiation. Then the beam of light from a beam splitter 7 divided into two bundles. A reference beam is in the reference arm 4 directed and arrives at a mirror there 8th , The other bundle is called a measuring beam with a lens 9 on the object 2 focused. After reflection on the mirror 9 or the backscatter on the object 8th both beams hit the beam splitter again 7 and are coherently superimposed on the photodiode 10 directed. The signal from the photodiode 10 is from an amplifier 11 read out, amplified and via a connection (shown as a dashed line) to an evaluation unit 12 forwards. This in turn sends corresponding control signals to a modulator control 13 that tune the wavelength of the laser diode 5 controls.
  • Die Überlagerung der Strahlung aus Referenzarm und Meßarm erfolgt dabei solange reproduzierbar kohärent, solange sich das Objekt innerhalb der Rayleigh-Länge des Fokusses der Optik 9 befindet.The radiation of the reference arm and measuring arm is reproducibly coherent as long as the object is within the Rayleigh length of the focus of the optics 9 located.
  • 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sendesignals 14 sowie des Empfangssignals 15 über der Zeit t aufgetragen. Wie zu sehen ist, wird die Frequenz des Sendesignals 14, d. h. die Frequenz der von der Laserdiode 5 ausgesandten Strahlung ausgehend von einer Trägerfrequenz TF über einen Frequenzhub FH sägezahnartig verstellt. Das Signal mit der Sendefrequenz 14 liegt in Form der Strahlung aus dem Referenzarm 4 an der Photodiode 10 an. Das Empfangssignal 15, das zeitlich verschoben an der Photodiode 10 ankommt, stammt dagegen aus dem Meßarm 3. Grund für diese zeitliche Verzögerung ist eine größere optische Weglänge des Meßarmes 3 gegenüber dem Referenzarm 4, welche durch den bis dahin nicht bekannten Abstand des Objektes 2 bedingt ist. Die Mischung der Strahlung aus Meßarm 3 und Referenzarm 4, d. h. aus Sendesignal 14 und Empfangssignal 15 führt zu einer Zwischenfrequenz ZF, die in 2 schematisch dargestellt ist. 2 shows the time course of the frequency of the transmission signal 14 as well as the received signal 15 plotted against time t. As can be seen, the frequency of the transmit signal 14 , ie the frequency of that of the laser diode 5 emitted radiation is adjusted sawtooth-like starting from a carrier frequency TF via a frequency deviation FH. The signal with the transmission frequency 14 lies in the form of radiation from the reference arm 4 on the photodiode 10 on. The receive signal 15 , which is shifted in time at the photodiode 10 arrives, however, comes from the measuring arm 3 , The reason for this time delay is a larger optical path length of the measuring arm 3 compared to the reference arm 4 , which is due to the previously unknown distance of the object 2 is conditional. The mixture of radiation from the measuring arm 3 and reference arm 4 , ie from the transmission signal 14 and reception signal 15 leads to an intermediate frequency IF, which in 2 is shown schematically.
  • 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität des Signales an der Photodiode 14, in Form eines Interferenzsignales 16. Die in diesem Signal auftretende Periode ist durch die Zwischenfrequenz ZF bedingt und damit ein Maß für den Abstand des Objektes 2. 3 shows the time course of the intensity of the signal at the photodiode 14 , in the form of an interference signal 16 , The period occurring in this signal is determined by the intermediate frequency IF and is therefore a measure of the distance of the object 2 ,
  • Die Zwischenfrequenz ZF oder Differenzfrequenz νDiff ist dabei zu jedem Zeitpunkt die Betragdifferenz zwischen Sendefrequenz νs und Empfangsfrequenz νr. Sie ergibt sich als mit dem gesuchten Abstand (Differenz der Längen von Meßarm 4 und Referenzarm 3) R multiplizierter Quotient aus doppeltem Frequenzhub Δν und Produkt aus Modulationsperiode Tm und Lichtgeschwindigkeit c:
    Figure 00100001
    The intermediate frequency ZF or difference frequency ν Diff is the difference in magnitude between the transmission frequency ν s and the reception frequency ν r at all times. It results as the distance sought (difference in the lengths of the measuring arm 4 and reference arm 3 ) R multiplied quotient of double frequency deviation Δν and product of modulation period T m and speed of light c:
    Figure 00100001
  • Somit kann bei Kenntnis der Zwischenfrequenz ZF der Abstand R als das durch den doppelten Frequenzhub dividierte Produkt aus Differenzfrequenz, Modulationsperiode und Lichtgeschwindigkeit bestimmt werden:
    Figure 00100002
    With knowledge of the intermediate frequency ZF, the distance R can be determined as the product of the difference frequency, modulation period and speed of light divided by the double frequency deviation:
    Figure 00100002
  • Man muß dazu lediglich aus dem Interferenzsignal 15 die Anzahl der Schwingungen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts erfassen. Die Auswerteeinheit 12 kann somit als einfacher Zähler realisiert werden. Werden zur Vereinfachung nur die Zahl von Intensitätsmaxima innerhalb der Modulationsperiode erfaßt, kann der Abstand sogar als durch die doppelte Differenzfrequenz geteiltes Produkt von Anzahl der Intensitätsmaxima und Lichtgeschwindigkeit bestimmt werden.You just have to use the interference signal 15 record the number of vibrations within a certain period of time. The evaluation unit 12 can thus be implemented as a simple counter. If, for simplification, only the number of intensity maxima is recorded within the modulation period, the distance can even be determined as the product of the number of intensity maxima and the speed of light divided by twice the difference frequency.
  • Dabei steigt die Auflösung mit der Zahl der erfaßten Maxima. Daraus folgt, daß bei ausreichender Signalstärke die Auflösung nicht von geometrischen Bedingungen abhängt, sondern nur noch vom Frequenzhub (FH-TF). Natürlich ist die Meßdauer von der Zahl der erfaßten Intensitätsmaxima abhängig. Die Auflösung ist damit auch von der Meßzeit abhängig, was im Ergebnis natürlich nicht überrascht.The resolution increases with the number of detected maxima. It follows that if the signal strength is sufficient, the resolution does not depend on geometric conditions, but only on the frequency swing (FH-TF). Of course, the measurement time is dependent on the number of recorded intensity maxima. The resolution is therefore also dependent on the measurement time, which of course is not surprising in the result.
  • 4 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Interferometers, das im wesentlichen dem Aufbau der 1 folgt. Das Interferometer 1 der 4 dient zur Vermessung Fahrdrahtes 17. Entsprechende Bauteile sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen belegt; bezüglich ihrer Beschreibung wird, soweit nötig, auf die Schilderung zu 1 verwiesen. 4 shows a more detailed representation of an interferometer, which is essentially the structure of the 1 follows. The interferometer 1 of the 4 is used to measure contact wire 17 , Corresponding components are therefore given the same reference numerals; with regard to their description, if necessary, the description 1 directed.
  • Ein wesentlicher Unterschied des Aufbaus der 4 zur Schemadarstellung der 1 besteht allerdings darin, daß neben der Laserquelle 5 noch eine zweite Laserquelle 18 vorgesehen ist. Die Strahlung beider Laserquellen speist das Laserstrahlradar 1. Dabei werden die beiden Laserstrahlquellen, wie in 4 schematisch dargestellt ist, gegentaktig frequenzverändernd durchgestimmt; dies ist durch entsprechende Sägezahnlinien neben den Laserdioden 5 bzw. 18 dargestellt. Durch die gegentaktige Ansteuerung wird eine Laserstrahlungsquelle in der Frequenz aufwärts verändert, während die andere abwärts gestimmt wird. Die Strahlung der Laserdioden 5, 18 wird polarisiert. Dazu ist der Laserdiode 18 ein Polfilter, der Laserdiode 5 ein Polfilter 2 nachgeordnet. Dabei erfolgt ein lineare Polarisation, wobei die Polarisationsrichtungen der beiden Strahlen um 90° zueinander verdreht sind, d. h. die Polarisationsrichtungen stehen senkrecht aufeinander.A major difference in the construction of the 4 for schematic representation of the 1 however, is that next to the laser source 5 a second laser source 18 is provided. The radiation from both laser sources feeds the laser beam radar 1 , The two laser beam sources, as in 4 is shown schematically, tuned frequency-changing by push-pull; this is through appropriate sawtooth lines next to the laser diodes 5 and 18 respectively. Due to the push-pull control, one laser radiation source is changed in frequency upwards, while the other is tuned downwards. The radiation from the laser diodes 5 . 18 is polarized. This is the laser diode 18 a polarizing filter, the laser diode 5 a polarizing filter 2 downstream. A linear polarization takes place, the polarization directions of the two beams being rotated through 90 ° to one another, ie the polarization directions are perpendicular to one another.
  • Die derart gegentaktig frequenzveränderten sowie senkrecht zueinander polarisierten Strahlen werden über einen Strahlteiler 21 vereinigt und fallen dann nach Durchlauf des optischen Isolators 6, der hier als Raumfilter durch zwischen zwei entsprechende Faserkoppler geschaltete Lichtleitfaser ausgebildet ist, auf ein holographisches Gitter 22, das den vereinigten Laserstrahl in siebzehn einzelne Laserstrahlen gleicher Intensität auftrennt. Aus dem derart gebildeten Fächer aus siebzehn Einzelstrahlen wird über einen Strahlteiler 23 ein Einzelstrahl abgeteilt und in eine noch zu erläuternde Korrekturinterferometeranordnung eingespeist. Die im Fächer verbleibenden sechzehn Einzelstrahlen werden dann über den Strahlteiler 7 entweder in den Referenzarm 4 oder in den Meßarm 3 geleitet.The beams that are frequency-modified in this way and polarized perpendicular to one another are transmitted via a beam splitter 21 combines and then fall after passing through the optical isolator 6 , which is designed here as a spatial filter by means of optical fibers connected between two corresponding fiber couplers, onto a holographic grating 22 which separates the combined laser beam into seventeen individual laser beams of the same intensity. The fan formed in this way from seventeen individual beams is turned over a beam splitter 23 a single beam is divided and fed into a correction interferometer arrangement to be explained. The sixteen individual beams remaining in the fan are then passed through the beam splitter 7 either in the reference arm 4 or in the measuring arm 3 directed.
  • Im Meßarm 3 ist ein Drehspiegel 26 vorgesehen, der die sechzehn Einzelstrahlen des Fächers auf den Fahrdraht 17 richtet. Das Objektiv 9 ist dabei so ausgestaltet, daß der Querschnitt des Fächers in der Objektebene im wesentlichen der Ausdehnung des Fahrdrahtes 17 entspricht. An der Oberfläche des Fahrdrahtes 17 haben die Einzelstrahlen dabei einen Durchmesser von etwa 0,2 mm und einen Rasterabstand von 1,7 mm. Damit ist ein Optimum zwischen Auflösung einerseits und Übersprechen der Strahlen untereinander andererseits erreicht. Die Breite des Fächers beträgt damit etwa 25 mm. Dies ist ein Meßfenster, in dem ein Fahrdraht 17 vermessen werden kann. Nach Reflexion am Spiegel 8 bzw. Rückstreuung am Fahrdraht 17 wird die Strahlung in den beiden Fächern zurückgeführt, durch den Strahlteiler 7 vereinigt und über eine Optik geleitet und so kohärent gemischt der Detektoreinrichtung zugeführt. Um im Referenzarm 4 ein unnötiges Auseinanderlaufen des Fächers zu vermeiden, ist im Referenzarm 4 eine Optik 24 angeordnet, die im wesentlichen dem Objektiv 9 entspricht. Der mittlere Abstand zwischen Drehspiegel 26 und Fahrdraht 17 beträgt etwa drei Meter, wobei die den Meßbereich vorgebenden Extremwerte zwischen 2,75 und 3,25 m liegen. Die Länge des Referenzarmes 4 ist deshalb auf 2,75 m abgestimmt.In the measuring arm 3 is a rotating mirror 26 provided the sixteen individual beams of the fan on the contact wire 17 directed. The objective 9 is designed so that the cross section of the fan in the object plane essentially the extension of the contact wire 17 equivalent. On the surface of the contact wire 17 the individual beams have a diameter of approximately 0.2 mm and a grid spacing of 1.7 mm. This achieves an optimum between resolution on the one hand and crosstalk between the beams on the other. The width of the compartment is about 25 mm. This is a measurement window in which a contact wire 17 can be measured. After reflection on the mirror 8th or backscattering on the contact wire 17 the radiation is returned in the two compartments, through the beam splitter 7 combined and passed through an optical system and thus fed coherently mixed to the detector device. To in the reference arm 4 To avoid unnecessary divergence of the fan is in the reference arm 4 an optic 24 arranged, which is essentially the lens 9 equivalent. The mean distance between the rotating mirror 26 and contact wire 17 is approximately three meters, the extreme values specifying the measuring range being between 2.75 and 3.25 m. The length of the reference arm 4 is therefore tuned to 2.75 m.
  • Die Detektoreinrichtung weist einen Pol-Strahlteiler 27 auf, der die aus zwei senkrecht zueinander polarisierten Anteilen bestehenden Einzelstrahlen aufteilt und eine Polarisationsrichtung auf eine Detektorzeile 28, die andere auf eine Detektorzeile 29 leitet. Die Detektorzeilen 28 und 29 geben entsprechende Signale des empfangenen kohärent überlagerten gemischten Lichtes der Einzelstrahlen wieder, wobei für jeden Einzelstrahl des Fächers ein eigenes Signal entsprechend dem in 3 dargestellten Interferenzsignal 16 erzeugt wird. Somit kann für jeden Einzelstrahl der Abstand nach den oben angegebenen Beziehungen bestimmt bzw. berechnet werden. Daraus läßt sich aufgrund der Kenntnis der Lage der Einzelstrahlen bzw. des Abstandes der Einzelstrahlen in der Objektebene ein genaues Profil des vermessenen Fahrdrahtes 17 gewinnen.The detector device has a pole beam splitter 27 which divides the individual beams consisting of two parts polarized perpendicular to one another and a direction of polarization onto a detector line 28 the other on a detector line 29 passes. The detector lines 28 and 29 reproduce corresponding signals of the received coherently superimposed mixed light of the individual beams, whereby for each individual beam of the fan a separate signal corresponding to that in 3 interference signal shown 16 is produced. The distance for each individual beam can thus be determined or calculated according to the relationships given above. Based on the knowledge of the position of the individual beams or the spacing of the individual beams in the object plane, an exact profile of the measured contact wire can be obtained from this 17 win.
  • Wie bereits erwähnt, geht in die Bestimmung der Abstände, d. h. in die Geometrievermessung des Objektes 17 die Differenzfrequenz der Strahlung der Laserdioden 5, 18 ein. Um diese möglichst genau bestimmen bzw. einstellen zu können, ist eine Korrekturmeßanordnung beschrieben, mit der die Strahlung der Laserdioden 5 und 18 analysiert wird. Dazu wird der am Strahlteiler 23 ausgekoppelte siebzehnte Strahl des vom Gitter 22 erzeugten Fächers über einen Pol-Strahlteiler 30 in zwei Korrekturinterferometer 31 und 32 eingeleitet, mit deren Hilfe Nichtlinearitäten und Drifterscheinungen der Laserdioden 5 und 18 sowie der Elektronen ausgeglichen werden. Weiter erlaubt der in den Korrekturinterferometern bekannte Gangunterschied zwischen den beiden Armen des Korrekturinterferometers, die Differenzfrequenz exakt zu bestimmen. Dabei analysiert das Korrekturinterferometer 31 die Strahlung aus der Laserdiode 18, das Korrekturinterferometer 32 die Strahlung aus der Laserdiode 5. Das Verhältnis der Längen der beiden Interferometerarme der Korrekturinterferometer 31 und 32 entspricht dabei vorzugsweise dem Längenverhältnis von Meßarm 3 zur Referenzarm 4, da damit eine einfachere Korrektur der Laserdioden bzw. der von den Detektoren 29 und 28 abgegebenen Signale erreicht werden kann.As already mentioned, the distance is determined, ie the geometry measurement of the object 17 the difference frequency of the radiation from the laser diodes 5 . 18 on. In order to be able to determine or set them as precisely as possible, a correction measuring arrangement is described with which the radiation from the laser diodes is used 5 and 18 is analyzed. For this, the one on the beam splitter 23 decoupled seventeenth beam from the grid 22 generated fan over a pole beam splitter 30 in two correction interferometers 31 and 32 initiated with the help of non-linearities and drift phenomena of the laser diodes 5 and 18 as well as the electrons are balanced. Furthermore, the path difference known in the correction interferometers between the two arms of the correction interferometer allows the difference frequency to be determined exactly. The correction interferometer analyzes this 31 the radiation from the laser diode 18 , the correction interferometer 32 the radiation from the laser diode 5 , The ratio of the lengths of the two interferometer arms of the correction interferometer 31 and 32 preferably corresponds to the length ratio of the measuring arm 3 to the reference arm 4 , because it makes it easier to correct the laser diodes or the detectors 29 and 28 emitted signals can be achieved.
  • Die Laserdiode 5 ist mit Blick auf eine stabile Ausstrahlung monomodaler Strahlung mit einem frequenzselektiven Resonator ausgestattet. Dabei wird für die verwendete Wellenlänge im Infrarotbereich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine in den Resonator integrierte Struktur verwendet, die den Vorteil hat, daß sie ohne mechanische bewegte Teile rein elektrisch ansteuerbar ist, wodurch eine hohe Durchstimmgeschwindigkeit von etwa 300 GHz in einem Zeitfenster von unter 0,2 ms erreicht wird. Diese hohen Durchstimmgeschwindigkeiten ermöglichen Abstandsmessungen über mehrere Meter. Für Messungen über geringere Entfernungen können aber auch andere Durchstimmittel verwendet werden, beispielsweise ein externer mechanisch-optischer Resonator.The laser diode 5 is equipped with a frequency-selective resonator with a view to stable radiation of monomodal radiation. For the wavelength used in the infrared range in the present exemplary embodiment, one is used in the reso nator integrated structure used, which has the advantage that it can be controlled purely electrically without mechanical moving parts, whereby a high tuning speed of about 300 GHz is achieved in a time window of less than 0.2 ms. These high tuning speeds enable distance measurements over several meters. However, other tuning means can also be used for measurements over short distances, for example an external mechanical-optical resonator.
  • Die Detektorzeilen 28 und 29 sind in der vorliegenden Ausführungsform Silizium-Avalanche-Diodenzeilen mit sechzehn als Detektorarray ausgebildeten Elementen. Dieser Diodentyp liefert ein für die vorliegende Messung ausreichendes Signal/Rausch-Verhältnis. Alternativ könnten auch Indium-Germanium-Arsenid-Detektoren verwendet werden.The detector lines 28 and 29 are silicon avalanche diode rows with sixteen elements designed as a detector array in the present embodiment. This type of diode provides a signal / noise ratio that is sufficient for the present measurement. Alternatively, indium germanium arsenide detectors could also be used.
  • Die Ansteuerung der Laserdioden 5 und 18 durch die in 4 schematisch dargestellten Dreiecksignale erfolgt so, daß eine Aufwärts- oder Abwärtsrampe der Frequenz mindestens 512 Perioden im Signal der Korrekturinterferometer 31 und 32 erzeugt. Nach einer Linearisierung der von den Detektorzeilen 28 und 29 gelieferten Meßdaten mit Hilfe der Signale der Korrekturinterferometer 31 und 32 erfolgt die Digitalisierung der Meßwerte und eine zur Eliminierung des Doppler-Effektes notwendige Multiplikation untereinander. Objekte, die eine Bewegungskomponente in Richtung des Meßstrahles haben, erzeugen eine geschwindigkeitsabhängige Zwischenfrequenz (Dopplereffekt), die sich zur entfernungsabhängigen Zwischenfrequenz addiert bzw. subtrahiert, je nach dem, ob der Laser in seiner Frequenz aufwärts oder abwärts durchgestimmt wird (Up-Chirp oder Down-Chirp). Werden die Interterenzsignale bei Laser mit Up-Chirp und mit Down-Chirp miteinander multipliziert, hebt sich der Einfluß der Geschwindigkeit des Objektes auf, und das Meßsignal (d. h. die Zwischenfrequenz) hängt nur noch von der zu bestimmenden Entfernung ab.The control of the laser diodes 5 and 18 through the in 4 The triangular signals shown schematically are such that an upward or downward ramp of the frequency is at least 512 periods in the signal of the correction interferometer 31 and 32 generated. After linearization of the detector lines 28 and 29 supplied measurement data using the signals of the correction interferometer 31 and 32 the measured values are digitized and a multiplication with one another necessary to eliminate the Doppler effect. Objects that have a component of motion in the direction of the measuring beam generate a speed-dependent intermediate frequency (Doppler effect), which adds or subtracts to the distance-dependent intermediate frequency, depending on whether the frequency of the laser is tuned up or down (up-chirp or down CHIRP). If the interference signals in the case of lasers are multiplied by up-chirp and down-chirp, the influence of the speed of the object is canceled out and the measurement signal (ie the intermediate frequency) only depends on the distance to be determined.
  • Danach liegen für jeden der sechzehn Meßorte 1024 Meßwerte vor, aus denen mittels einer sogenannten Fast-Fourier-Transformation (im folgendem als FFT bezeichnet) die Zwischenfrequenz und damit der Abstand der Meßorte am Fahrdraht 17 zum Interferometer bestimmt wird. Die Durchführung dieser FFT dauert etwa 0,2 ms. Um eine Meßgeschwindigkeit von 0,2 ms pro Profilschnitt zu erreichen, werden die sechzehn Datenströme in sechzehn parallel angeordneten spezifischen FFT-Prozessoren verarbeitet. Die dann parallel anfallenden sechzehn Ergebnisdaten werden einem Computer zur Profilberechnung zugeführt. Bei dieser wird unter anderem eine Mittelung der Profildaten durchgeführt, wobei eine Mittelwertbildung über ca. sechzehn Profile erfolgt. Damit wird bei einer Abtastgeschwindigkeit von 80 km/h eine Ortsauflösung von 18 cm entlang des Fahrdrahtes 17 erreicht.Then lie for each of the sixteen measuring locations 1024 Measured values in front of which the so-called Fast Fourier Transformation (hereinafter referred to as FFT) gives the intermediate frequency and thus the distance between the measuring locations on the contact wire 17 to the interferometer is determined. This FFT takes about 0.2 ms to complete. In order to achieve a measuring speed of 0.2 ms per profile section, the sixteen data streams are processed in sixteen specific FFT processors arranged in parallel. The sixteen result data then obtained in parallel are fed to a computer for profile calculation. This involves, among other things, averaging the profile data, averaging over approximately sixteen profiles. This results in a spatial resolution of 18 cm along the contact wire at a scanning speed of 80 km / h 17 reached.
  • Durch die Verwendung zweier, orthogonal zueinander linear polarisierter Strahlenbündel im Interferometer und die erwähnte Multiplikation der Interferometersignale können Fehlmessungen durch Dopplerverschiebungen der Meßfrequenz aufgrund der Relativbewegung von Fahrdraht 17 und Interferometer vermieden werden. Der von den Einzelstrahlen im Fächer des Meßarmes 3 umfaßte Bereich (sogenanntes Meßfenster) muß natürlich einer Lageveränderung des Fahrdrahtes 17 folgen, die üblicherweise aufgrund einer leichten Zick-Zack-Verlegung des Fahrdrahtes 17 über den Schienen der Fall ist. Es muß also separat die Drahtposition erfaßt werden, um sicherzustellen, daß möglichst viele Einzelstrahlen im Meßarm 3 auf den Fahrdraht 17 fallen. Dazu ist ein (nicht dargestelltes) Laufzeit-Laserradar vorgesehen, dessen Laserstrahl quer zur Längsrichtung des Fahrdrahtes 17 scannt, um die Position des Fahrdrahtes 17 zu erfassen. Die erfaßte Position wird dann zur Ansteuerung des Drehspiegels 26 ausgewertet.Due to the use of two orthogonally linearly polarized beams in the interferometer and the multiplication of the interferometer signals mentioned, incorrect measurements due to Doppler shifts in the measuring frequency due to the relative movement of the contact wire 17 and interferometers can be avoided. That of the single beams in the fan of the measuring arm 3 included area (so-called measuring window) must of course change the position of the contact wire 17 follow, usually due to a slight zigzag laying of the contact wire 17 is the case over the rails. The wire position must therefore be detected separately to ensure that as many individual beams as possible in the measuring arm 3 on the contact wire 17 fall. For this purpose, a transit time laser radar (not shown) is provided, the laser beam of which is transverse to the longitudinal direction of the contact wire 17 scans to the position of the contact wire 17 capture. The detected position is then used to control the rotating mirror 26 evaluated.
  • 5 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Laserradars 1, das im wesentlichen dem in 4 schematisch dargestellten Aufbau entspricht. Die Strahlung von den Laserdioden 5 und 18 wird über polarisationserhaltende Monomode-Fasern zugeführt. Diese Fasern sind der besseren Verständlichkeit halber in 5 mit den Bezugszeichen der Laserdioden versehen. 5 shows a more detailed representation of a laser radar 1 which is essentially the same as in 4 schematically shown structure corresponds. The radiation from the laser diodes 5 and 18 is fed via polarization-maintaining monomode fibers. These fibers are in for the sake of clarity 5 provided with the reference numbers of the laser diodes.
  • Nach Auskopplung der Strahlung über entsprechende Faserkoppler erfolgt durch die Polfilter 19 und 20 eine Polarisation der Strahlung, und die Teilstrahlbündel werden mittels eines Pol-Strahlteilers PT1 überlagert.After the radiation has been decoupled via appropriate fiber couplers, the polarizing filter is used 19 and 20 polarization of the radiation, and the partial beams are superimposed by means of a pole beam splitter PT1.
  • An einem nachgeschalteten ersten Teiler T1 wird das entstandene Bündel polarisationsneutral im Verhältnis 19:1 in ein Meß- und ein Referenzbündel geteilt, die jeweils in eine polarisationserhaltende Monomode-Faser RF, RM eingekoppelt werden.On a downstream first The resulting bundle becomes divisor T1 polarization-neutral in relation 19: 1 into a measuring and shared a reference bundle, each in a polarization-maintaining monomode fiber RF, RM be coupled.
  • Die vom Meßbündel durchlaufene Faser RF sorgt dafür, daß die Strahlgeometrie des Meßbündels nach Austritt aus der Faser der Geometrie des Referenzbündels nach Austritt aus der Faser RM gleicht. Während die Faser RF somit lediglich die Funktion eines Raumfilters erfüllt, erzeugt die Faser RM als Bestandteil des Referenzarmes zusätzlich die für die Messung erforderliche Wegdifferenz; sie ist also Bestandteil des Referenzarmes 4.The fiber RF traversed by the measuring bundle ensures that the beam geometry of the measuring bundle after emerging from the fiber is the same as the geometry of the reference bundle after emerging from the fiber RM. While the fiber RF thus only fulfills the function of a spatial filter, the fiber RM, as part of the reference arm, also generates the path difference required for the measurement; it is therefore part of the reference arm 4 ,
  • Das Meßbündel durchläuft im Meßarm 3 dann ein Gitter G, das unter einem bestimmten Winkel zueinander sechzehn Einzelbündel gleicher Intensität erzeugt; die Auffächerung erfolgt senkrecht zur Darstellungsebene. Der Fächer durchläuft einen zweiten Teiler T2 und wird von einer Linse L1 so abgebildet, daß in einer nachgeschalteten Blende BI1 ein verkleinertes Bild des am Objekt geforderten Punktrasters entsteht. Dieses Punktraster wird über den Spiegel Sp10 durch Linsen L2 und L3 auf das (in 5 nicht dargestellte) Objekt abgebildet.The measuring beam passes through the measuring arm 3 then a grating G, which generates sixteen individual bundles of the same intensity at a certain angle to one another; the fanning out is perpendicular to the display plane. The fan passes through a second divider T2 and is imaged by a lens L1 in such a way that a reduced image of the point grid required on the object is produced in a downstream aperture BI1. This grid of points is reflected on the mirror in Sp10 by lenses L2 and L3 (in 5 object not shown).
  • Ein Teil der am Objekt reflektierten bzw. zurückgestreuten Strahlung gelangt auf dem gleichen Weg zurück zum Teiler T2 und wird in Richtung der Blende BI2 abgelenkt. Aus den sechzehn dort vorliegenden, die Blende BI2 durchlaufenden Unendlichbündeln erzeugt die Linse L7 ein Bild des Objektpunktrasters, welches von einem Polteiler PT2 nach den Polarisationsebenen getrennt auf zwei als Detektorarrays ausgebildete Empfänger E1 und E2 aufgeteilt wird.Part of the radiation reflected or backscattered on the object reaches the same Way back to the divider T2 and is deflected towards the aperture BI2. From the sixteen infinity bundles present there, passing through the aperture BI2, the lens L7 generates an image of the object point raster, which is divided by a pole divider PT2 according to the polarization planes into two receivers E1 and E2 designed as detector arrays.
  • Die Empfänger E1 und E2 umfassen sechzehn (nicht dargestellte) Fasern, in deren Enden die sechzehn Unendlichbündel von der Linse L7 eingekoppelt werden. Am anderen Ende der Fasern befinden sich Gallium-Indium-Arsenid-Photodioden. Die Einheit aus den sechzehn Photodioden mit den vorgeschalteten Faserkopplern wirkt als Empfänger. Die Anordnung der offenen Enden der Faserkopplern entspricht dabei dem Punktraster, d. h. der Linie aus sechzehn Spots in den beiden Bildebenen der Meßinterferometer.The receivers E1 and E2 comprise sixteen Fibers (not shown), in the ends of which the sixteen infinity bundles of the lens L7 are coupled. Located on the other end of the fibers gallium indium arsenide photodiodes. The unit from the sixteen Photodiodes with the upstream fiber couplers act as receivers. The order the open ends of the fiber couplers correspond to the grid of points, d. H. the line of sixteen spots in the two image planes of the measuring interferometer.
  • Im Referenzarm 4 wird die aus der Weglängendifferenz erzeugenden Faser RM ausgekoppelte Strahlung über einen Spiegel Sp12 und einen Spiegel Sp2 zum Gitter G geleitet. Zuvor wird allerdings mit einem Teiler T3 das Referenzbündel noch einmal im Verhältnis 19:1 geteilt. Der geringere abgeteilte Anteil wird zum Betrieb einer Korrekturinterferometeranordnung verwendet, die einen Teiler T4 aufweist, welcher einen Referenzarm mit einem Spiegel Sp7 sowie einen dem Meßarm entsprechenden Zweig mit einer Faser FK und einem Spiegel Sp9 umfaßt. Der Teiler T4 überlagert die Strahlung aus Meß- und Referenzarm des Korrekturinterferometers. Die überlagerte Strahlung wird dann über einen Spiegel Sp8 und einer Linse L5 einem Pol-Strahlteiler PT3 zugeführt, der die Strahlung nach Polarisationsrichtungen separiert und zwei Empfängern EK1 und EK2 zuleitet. Die Weglängenverhältnisse dieser beiden Korrekturinterferometer entsprechen somit exakt denen des eigentlichen Meßinterferometers bei Nennlage des Meßobjekts.In the reference arm 4 the fiber coupled out from the path length difference producing the radiation is directed to the grating G via a mirror Sp12 and a mirror Sp2. Before that, however, the reference bundle is divided again in a ratio of 19: 1 with a divider T3. The smaller divided part is used to operate a correction interferometer arrangement which has a divider T4, which comprises a reference arm with a mirror Sp7 and a branch corresponding to the measuring arm with a fiber FK and a mirror Sp9. The divider T4 superimposes the radiation from the measuring and reference arm of the correction interferometer. The superimposed radiation is then fed via a mirror Sp8 and a lens L5 to a pole beam splitter PT3, which separates the radiation according to the directions of polarization and feeds it to two receivers EK1 and EK2. The path length ratios of these two correction interferometers thus correspond exactly to those of the actual measuring interferometer with the nominal position of the measurement object.
  • Das Referenzbündel im Meßinterferometer durchstrahlt das Gitter G parallel zum Meßbündel und wird ebenfalls in sechzehn Einzelbündel zerlegt. In gleicher Weise wie im Meßarm 3 erzeugt auch im Referenzarm 4 eine Linse L8 in einer Blende BI3 ein Zwischenbild, das dann von einer Linse L9 wieder nach unendlich abgebildet und dem Teiler T2 zugeführt wird. Zur Vereinfachung des Strahlengangs sind dabei noch Spiegel Sp3, Sp4 und Sp5 zwischengeschaltet.The reference beam in the measuring interferometer radiates through the grating G parallel to the measuring beam and is also broken down into sixteen individual beams. In the same way as in the measuring arm 3 also generated in the reference arm 4 a lens L8 in a diaphragm BI3 an intermediate image, which is then imaged to infinity by a lens L9 and fed to the divider T2. To simplify the beam path, mirrors Sp3, Sp4 and Sp5 are also interposed.
  • Um an den Empfängern E1 und E2 Interferenzen zu erhalten, werden die sechzehn Einzelstrahlen aus Meßarm 3 und Referenzarm 4 am Teiler T2 in jeweils gleicher Höhe und unter jeweils gleichen Winkeln zusammengeführt. Die 1:1-Abbildung durch die Linsen L8 und L9 im Referenzarm 4 ermöglicht dies.In order to obtain interference at the receivers E1 and E2, the sixteen individual beams become measuring arms 3 and reference arm 4 merged at the divider T2 at the same height and at the same angle. The 1: 1 image through the lenses L8 and L9 in the reference arm 4 enables this.
  • Im Unterschied zum scheniatisch dargestellten Laserradar 1 der 4 wird in der Variante der 5 das von den beiden Laserdioden 5 und 18 erzeugte Strahlbündel in Meßbündel und Referenzbündel nicht nach, sondern vor den Durchtritt durch das Gitter G aufgeteilt; der Teiler T1 liegt also vor dem Gitter, und nicht danach. Das hat den Vorteil, daß der größte Teil des Referenzarms 4 nur von einem Strahlbündel anstatt von allen Einzelbündeln durchlaufen wird. Die erforderliche Weglängendifferenz, die in Ausführungsbeispiel der 5 einer Weglänge von 10,8 m in Luft entspricht, kann so raumsparend und günstig durch die Monomode-Faser RM erzeugt werden.In contrast to the Sciatic laser radar 1 of the 4 is in the variant of 5 that of the two laser diodes 5 and 18 generated beam bundles into measurement bundles and reference bundles not after but divided before passing through the grating G; the divider T1 is therefore in front of the grid and not after it. This has the advantage that most of the reference arm 4 is traversed by only one beam instead of all individual beams. The required path length difference, which in the embodiment of the 5 corresponds to a path length of 10.8 m in air, can be generated in a space-saving and inexpensive manner by the monomode fiber RM.
  • Nach dem Durchlaufen der Fasern RF und RM passieren die beiden Bündel das Gitter G räumlich getrennt, d. h. seitlich versetzt, wodurch die sechzehn Einzelstrahlen des Referenzarms 4 und die sechzehn Einzelstrahlen des Meßarms 3 auf kurzem Wege überlagert werden können. Dies vermindert nicht nur die Baugröße des Laserradars 1, sondern erleichtert auch die exakte Überlagerung der Einzelbündel aus Meßarm 3 und Referenzarm 4 am Strahlteiler T2.After passing through the fibers RF and RM, the two bundles pass the grating G spatially separated, ie laterally offset, as a result of which the sixteen individual beams of the reference arm 4 and the sixteen individual beams of the measuring arm 3 can be overlaid in a short way. This not only reduces the size of the laser radar 1 , but also facilitates the exact superposition of the individual bundles from the measuring arm 3 and reference arm 4 at the beam splitter T2.
  • Die Verwendung der drei Teiler T1, T2 und T3 ermöglicht weiter eine für die Signalgewinnung günstige Aufteilung der Intensitäten von Meßarm 3 und Referenzarm 4 und stellt zugleich ein zusätzliches Bündel zum Betrieb der Korrekturinterferometer bereit.The use of the three dividers T1, T2 and T3 further enables a distribution of the intensities of the measuring arm which is favorable for signal acquisition 3 and reference arm 4 and at the same time provides an additional bundle for operating the correction interferometer.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Laserradar 1. Den Ausführungsformen der 4 und 5 entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Strahlung aus einer Laserdiode 5 wird mittels eines Gitters in Einzelstrahlen aufgefächert und über eine Optik sowie ein Objektiv in einem Meßarm 3 auf das Objekt 2 gerichtet. Zuvor wird allerdings mittels eines Strahlteilers 43 die Strahlung für den Referenzarm abgekoppelt. Zwei Spiegel 45 und 46 sorgen zusammen mit der Optik 24 und dem Spiegel 8 für die entsprechende Weglängendifferenz im Referenzarm 4. 6 shows a further embodiment for a laser radar 1 , The embodiments of the 4 and 5 corresponding components are provided with the same reference numerals. The radiation from a laser diode 5 is fanned out into individual beams by means of a grating and via optics and an objective in a measuring arm 3 on the object 2 directed. Before that, however, using a beam splitter 43 the radiation for the reference arm is decoupled. Two mirrors 45 and 46 care together with the optics 24 and the mirror 8th for the corresponding path length difference in the reference arm 4 ,
  • Die vom Objekt 2' rückgestreute Strahlung wird an einem Strahlteiler 44 zu einer Detektorzeile 28 geleitet. Ein weiterer Strahlteiler 47 vereinigt die Strahlung aus dem Meßarm 3 und dem Referenzarm 4.The from the object 2 ' backscattered radiation is at a beam splitter 44 to a detector line 28 directed. Another beam splitter 47 combines the radiation from the measuring arm 3 and the reference arm 4 ,
  • Die zwischen dem Gitter 22 und dem Objektiv 9 liegenden Linsen sorgen dafür, daß die Fokusebene der aufgetrennten Einzelbündel zwischen den beiden, dem Gitter 22 nachgeordneten Linsen, die Objektebene, in der sich das Objekt 2 befindet, und die Detektorebene, in der sich die Detektorzeile 28 befindet, alle zueinander konjugiert sind. Durch das Verhältnis der Brennweiten des Objektives 9 und der Optik 25 kann die Aufweitung des Einzelstrahlfächers am Objekt 2 an die Größe der Detektorzeile 28 angepaßt werden.The one between the grid 22 and the lens 9 lying lenses ensure that the focal plane of the separated individual bundles between the two, the grating 22 subordinate lenses, the object plane in which the object is 2 and the detector level in which the detector line is located 28 located, are all conjugated to each other. By the ratio of the focal lengths of the lens 9 and the optics 25 can widen the single beam fan on the object 2 the size of the detector line 28 be adjusted.
  • Die 7 zeigt einen weiteren Entwurf für ein Laserradar 1, in dem ebenfalls die Strahlung aus zwei Lasern, hier Diodenlaser DL1 und DL2 mittels eines Polteilers PTL, dem hier Kolliminatoren K1 und K2 vorgeschaltet sind, vereinigt werden. Der Polteiler PTL bewirkt dabei nicht nur die Überlagerung der Einzelstrahlen aus den Diodenlasern DL1, DL2, sondern auch die entsprechende Polarisierung. Über Teiler T1, T2 und T3 wird die Strahlung für das Meßinterferometer (Teiler T1 und T2) sowie das Korrekturinterferometer (T3 sowie nachgeschalteter Spiegel) abgeteilt.The 7 shows another design for a laser radar 1 , in which the radiation from two lasers, here diode lasers DL1 and DL2, are also combined by means of a pole splitter PTL, which is preceded by collimators K1 and K2. The pole divider PTL not only effects the superposition of the individual beams from the diode lasers DL1, DL2, but also the corresponding polarization. The radiation for the measuring interferometer (dividers T1 and T2) and the correction interferometer (T3 and downstream mirror) is divided via dividers T1, T2 and T3.
  • Über Faserkoppler FK1, FK3, FK5 und FK7 werden die aufgeteilten Strahlanteile in polarisationserhaltende Monomode-Fasern eingekoppelt. Der Faserkoppler FK1 speist dabei eine Faser RM, die Teil des Referenzarms 4 des Interferometers ist. Die über den Faserkoppler FK3 angeschlossene Faser RF hat dagegen die Funktion des bereits erwähnten Raumfilters und entspricht der Faser RF der 5.The split beam components are coupled into polarization-maintaining monomode fibers via fiber couplers FK1, FK3, FK5 and FK7. The fiber coupler FK1 feeds a fiber RM, which is part of the reference arm 4 of the interferometer. In contrast, the fiber RF connected via the fiber coupler FK3 has the function of the spatial filter already mentioned and corresponds to the fiber RF of 5 ,
  • Nach Austritt der durch die Faser RF geführten Strahlung am Faserkoppler FK4 wird das Meßbündel am Gitter G in einen (senkrecht zur Darstellungsebene) liegenden Fächer aus Einzelstrahlen aufgetrennt. Eine Linse L1, L2 und L3 sowie Blenden BI1 und BI2 aufweisende Optik fokussiert die Einzelstrahlbündel auf das (nicht dargestellte) Objekt in Meßarm 3. Die vom Objekt zurückgestreute Strahlung wird über einen zwischen den Linsen L2 und L3 liegenden Teiler T5 abgeteilt und über einen Spiegel Sp2 durch die Linsen L2, die Blende BI1 sowie die Linse L1 und weiteren Umlenkspiegeln sowie eine Linse L7 und eine Aperturblende ABI einem Polteiler PTE zugeführt, der die Strahlung nach den beiden Polarisationsrichtungen getrennt zu den Empfängern E1 und E2 leitet, denen jeweils eine Feldblende FBI1 und FBI2 vorgeschaltet ist.After the radiation guided through the fiber RF has emerged at the fiber coupler FK4, the measurement beam on the grating G is separated into a fan (consisting of individual beams) (perpendicular to the plane of the representation). A lens L1, L2 and L3 and apertures BI1 and BI2 having optics focus the single beam on the object (not shown) in the measuring arm 3 , The radiation backscattered from the object is divided via a divider T5 located between the lenses L2 and L3 and fed via a mirror Sp2 through the lenses L2, the diaphragm BI1 and the lens L1 and further deflecting mirrors as well as a lens L7 and an aperture diaphragm ABI to a pole divider PTE , which directs the radiation in the two polarization directions separately to the receivers E1 and E2, each of which is preceded by a field diaphragm FBI1 and FBI2.
  • Die Strahlung des Referenzarmes 4 wird, nachdem sie an einem Faserkoppler FK2 aus der Faser RM ausgekoppelt wurde, ebenfalls vom Gitter G in einen Fächer aus Einzelstrahlen aufgetrennt. Dieser Fächer durchläuft dann ebenfalls die Linse L2, die Blende BI1 sowie die Linse L2 und wird von einem Spiegel Sp2 zu einem Teiler T6 umgelenkt, der die Strahlung des Referenzarmes 4 mit der vom im Meßarm 3 befindlichen Objekt rückgestreuten Strahlung überlagert.The radiation of the reference arm 4 After it has been coupled out of the fiber RM on a fiber coupler FK2, it is also separated from the grating G into a fan of individual beams. This fan then also passes through the lens L2, the diaphragm BI1 and the lens L2 and is deflected by a mirror Sp2 to a splitter T6 which emits the radiation from the reference arm 4 with the one in the measuring arm 3 object is superimposed on backscattered radiation.
  • Die Besonderheit an dem Aufbau der 7 besteht darin, daß alle abgesandten und zurückkommenden Strahlen durch dieselbe, die Linsen L1, L2 und L3 umfassende Optik laufen. Dies wird durch einen leichten Winkelversatz zwischen den beiden Fächern erreicht. Da auch der Fächer des Referenzarmes 4 durch die Linsen L2 und L1 geleitet wird, ist insgesamt ein sehr symmetrischer und damit hinsichtlich eventueller Strahlungsabschwächungen unempfindlicher Aufbau erreicht.The peculiarity of the structure of the 7 consists in that all emitted and returning rays pass through the same optics comprising the lenses L1, L2 and L3. This is achieved by a slight angular offset between the two compartments. Since also the fan of the reference arm 4 is passed through the lenses L2 and L1, overall a very symmetrical and thus insensitive to possible radiation attenuation is achieved.
  • Die Strahlung für das Korrekturinterferometer durchläuft ebenfalls eine als optischer Isolator dienende zwischen zwei Faserkopplern FK5 und FK6 geschaltete Monomode-Faser RF sowie eine die nötige Wegstreckendifferenz erzeugende, ebenfalls zwischen zwei Faserkopplern FK7 und FK8 liegende Faser RK. Über Spiegel sowie einen Teiler T4 wird die Strahlung aus Meßarm und Referenzarm des Korrekturinterferometers an einem Teiler T4 überlagert und über eine Linse L8 auf zwei Empfänger EK1 und EK2 abgebildet, wobei ein der Linse L8 nachgeschalteter Polteiler PTK die Auftrennung nach den Polarisationsebenen bewirkt.The radiation for the correction interferometer goes through also one serving as an optical isolator between two fiber couplers FK5 and FK6 switched monomode fiber RF as well as the necessary distance difference producing fiber, also lying between two fiber couplers FK7 and FK8 RK. over Mirror and a divider T4, the radiation from the measuring arm and Reference arm of the correction interferometer superimposed on a divider T4 and over a lens L8 on two receivers EK1 and EK2 shown, with a lens L8 downstream Pole splitter PTK effects the separation according to the polarization planes.
  • 8 zeigt das Profil eines Fahrdrahtes 17, wie er mit dem Laserradar 1 vermessen werden kann. Fahrdrähte mit kreisförmigen Querschnitt sind im Bereich der Deutschen Bahn üblich. Der Fahrdraht 17 hat im Neuzustand eine Höhe H, die dem Durchmesser d entspricht. Mit zunehmendem Verschleiß verbleibt jedoch nur eine Resthöhe RH, da ein Anteil 41 vom Fahrdraht 17 im Betrieb abgeschliffen wird, wodurch nur ein Restdraht 42 verbleibt. Die Resthöhe RH muß oberhalb eines vorgegebenen Mindestwertes liegen. Sie läßt sich bei bekanntem Durchmesser d aus der Spiegelbreite a einfach bestimmen. 8th shows the profile of a contact wire 17 how he with the laser radar 1 can be measured. Contact wires with a circular cross-section are common in the area of Deutsche Bahn. The contact wire 17 has a new height H, which corresponds to the diameter d. With increasing wear, however, only a residual height RH remains, as a proportion 41 from the contact wire 17 is ground during operation, leaving only a residual wire 42 remains. The residual height RH must be above a predetermined minimum value. If the diameter d is known, it can easily be determined from the mirror width a.
  • Bei einem quadratischen oder rechteckigem Querschnittes eines Fahrdrahtes 17, wie er beispielsweise im Bereich der österreichischen Eisenbahnen Verwendung findet, kann die Resthöhe RH jedoch nicht aus einer Spiegelbreite a berechnet werden, sondern muß durch seitliche Vermessung des Fahrdrahtes 17 erfaßt werden.With a square or rectangular cross-section of a contact wire 17 As used, for example, in the area of Austrian railways, the residual height RH cannot, however, be calculated from a mirror width a, but must be measured from the side of the contact wire 17 be recorded.
  • 9 zeigt eine Vorrichtung zur Vermessung eines Fahrdrahtes 17, die ein Laserradar 1, beispielsweise mit dem Aufbau der 5 verwendet. Das Laserradar 1 ist auf einem Wagendach 33 angebracht und in einem Gehäuse 34 befestigt. Der vom Laserradar 1 erzeugte Strahlfächer 35 wird über einen Umlenkspiegel 36 auf den Fahrdraht 17 gerichtet. Der Fahrdraht 17 liegt dabei in der Darstellung der 9 nicht auf der Mittelsenkrechten durch die Wagenmitte 37, sondern ist seitlich versetzt dazu. Er befindet sich weiter in einer Fahrdrahthöhe 38 über der Oberkante des Wagendachs 33 bzw. über der Oberkante der Schienen. 9 shows a device for measuring a contact wire 17 that is a laser radar 1 , for example with the construction of the 5 used. The laser radar 1 is on a car roof 33 attached and in a housing 34 attached. The one from the laser radar 1 generated fan beams 35 is via a deflecting mirror 36 on the contact wire 17 directed. The contact wire 17 lies in the representation of the 9 not on the perpendicular to the middle of the car 37 , but is offset to the side. It is still at a contact wire height 38 over the top of the car roof 33 or above the top edge of the rails.
  • Der vom Umlenkspiegel 36 auf den Fahrdraht 17 gerichtete Fächer 35 tritt an einem Fenster 40 aus dem Gehäuse 34 aus. Das Fenster 40 schließt das Gehäuse 34, das das Laserradar 1 aufnimmt, so ab, daß die optischen Bauteile des Laserradars 1 vor Verschmutzung geschützt sind. Dabei ist das Fenster 40 vorzugsweise mit einer automatischen Reinigungseinrichtung versehen, beispielsweise einem Scheibenwischer oder einem Dampfstrahler. Darüber hinaus kann das Fenster 40 durch eine Verdunklungseinrichtung, beispielsweise eine Jalousie, abgedunkelt werden, um den Innenraum des Gehäuses 34 bei Nichtbetrieb des Laserradars 1 vor unnötiger Erwärmung durch Sonnenstrahlung zu schützen. Zusätzlich kann die Verdunkelungseinrichtung auch die Funktion des Strahlenschutzes bewirken, indem der Strahlfächer 35 am Austreten aus dem Gehäuse 34 gehindert wird.The one from the deflecting mirror 36 on the contact wire 17 targeted subjects 35 occurs at a window 40 out of the housing 34 out. The window 40 closes the case 34 that the laser radar 1 picks up so that the optical components of the laser radar 1 are protected against pollution. Here is the window 40 preferably provided with an automatic cleaning device, for example a windshield wiper or a steam jet. In addition, the window 40 can be darkened by a darkening device, for example a blind, around the interior of the housing 34 when the laser radar is not in operation 1 to protect against unnecessary heating by solar radiation. In addition, the darkening device can also effect the function of radiation protection by using the beam fan 35 exiting the case 34 is prevented.
  • Das Laserradar 1 ist bis auf den Drehspiegel 26 auf einem Schlitten 39 befestigt, der in Richtung eines (nicht näher bezeichneten) Pfeiles verschiebbar ist, um eine Anpassung des Laserradars 1 an unterschiedliche Fahrdrahthöhen 38 gewährleisten zu können.The laser radar 1 is down to the rotating mirror 26 on a sled 39 attached, which is displaceable in the direction of an arrow (not specified) in order to adapt the laser radar 1 an un different contact wire heights 38 to be able to guarantee.
  • Da bei einer elektrischen Bahn die Länge eines einzelnen Fahrdrahtes 17 auf etwa 1 km begrenzt ist, treten an den jeweiligen Enden Überlappungen zwischen dem vorhergehenden bzw. dem nachfolgendem Fahrdraht 17 auf. In den Überlappungsbereichen verlaufen zwei Drähte über eine Strecke von etwa 60 m Länge in fast gleicher Fahrdrahthöhe 38 in einem horizontalen Abstand von 20 bis 45 cm nebeneinander her. Dabei senkt sich ein Fahrdraht etwas ab, der andere steigt an. Die Höhendifferenz zwischen auf- und absteigenden Draht beträgt zwischen 0 und 15 cm.Because the length of a single contact wire in an electric train 17 is limited to approximately 1 km, overlaps occur at the respective ends between the preceding and the following contact wire 17 on. In the overlapping areas, two wires run over a distance of approximately 60 m in length at almost the same contact wire height 38 at a horizontal distance of 20 to 45 cm side by side. One contact wire sinks a little, the other rises. The height difference between ascending and descending wire is between 0 and 15 cm.
  • Da sich an den Überlappungsbereichen die Elastizität des Fahrdrahtsystems im Vergleich zur übrigen Strecke ändert, kann dort auch der Verschleiß des Fahrdrahtes 17 erhöht sein. Um nun sicherzustellen, daß solche kritischen Stellen vollständig erfaßt werden, sind auf dem Wagendach 33 vorzugsweise in einem Gehäuse 34 zwei unabhängige Laserradare 1 für jeden Draht vorgesehen. Um ein schnelles Auffinden des vom oben seitwärts neu hinzukommenden Fahrdrahtes 17 zu ermöglichen, wird das eingangs verwendete Laufzeit-Laserradar verwendet, dessen nach oben gerichteter Laserstrahl fortwährend quer zur Fahrtrichtung scannt und damit die Höhen- und Seitenlage mehrerer Fahrdrähte 17 erfassen kann, wobei die Meß-Unsicherheit kleiner ist als der vom Strahlenfächer 35 erfaßte Bereich.Since the elasticity of the contact wire system changes at the overlap areas compared to the rest of the route, wear on the contact wire can also occur there 17 be elevated. To ensure that such critical points are completely covered, are on the roof of the car 33 preferably in a housing 34 two independent laser radars 1 provided for each wire. To quickly find the contact wire that is newly added from the top to the side 17 To enable, the runtime laser radar used at the outset is used, whose upward laser beam continuously scans across the direction of travel and thus the height and lateral position of several contact wires 17 can detect, the measurement uncertainty is smaller than that of the beam fan 35 covered area.
  • Falls sich der Fahrdraht 17 senkrecht über dem Laserradar 1 befindet, kann bei einem rechteckigen Drahtprofil keine Resthöhe gemessen werden. Dies ist besonders im kritischen Bereich, in dem zwei Fahrdrähte überlappen, nachteilhaft. Um bei einem Überlappungsbereich, der in Wagenmitte liegt, dennoch bei rechteckigen Drahtprofil die Resthöhe des Fahrdrahtes 17 erfassen zu können, erfolgt, wie in 9 dargestellt, die Beleuchtung mit dem Strahlenfächer 35 über den Umlenkspiegel 36 von der Seite und nicht von der Mittelsenkrechten zur Wagenmitte 37 aus.If the contact wire 17 vertically above the laser radar 1 no residual height can be measured with a rectangular wire profile. This is particularly disadvantageous in the critical area in which two contact wires overlap. In the case of an overlap area that lies in the middle of the car, the remaining height of the contact wire is nevertheless required for a rectangular wire profile 17 To be able to record takes place as in 9 illustrated, the lighting with the fan of rays 35 over the deflecting mirror 36 from the side and not from the perpendicular to the middle of the car 37 out.

Claims (11)

  1. Laserstrahlinterferometer zur berührungslosen Vermessung eines Objektes (2), wobei – das Laserstrahlinterferometer (1) eine Laserstrahlungsquelle (5, 18), die einen Meßarm (3) und einen Referenzzweig (4) speist, aufweist, – eine Strahlaufspaltungseinrichtung (7, 22) vorgesehen ist, die aus einem von der Laserstrahlungsquelle (5, 18) abgegebenen Strahlbündel im Meßarm (3) und im Referenzzweig (4) je einen Fächer mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen erzeugt, und – eine Strahlvereinigungseinrichtung (7) vorgesehen ist, die Einzelstrahlen aus dem Referenzzweig (4) und die vom Objekt (2) rückgestreuten Einzelstrahlen aus dem Meßarm (3) auf einer Detektoreinrichtung (10) jeweils paarweise überlagert.Laser beam interferometer for the contactless measurement of an object ( 2 ), whereby - the laser beam interferometer ( 1 ) a laser radiation source ( 5 . 18 ) which has a measuring arm ( 3 ) and a reference branch ( 4 ) feeds, has, - a beam splitting device ( 7 . 22 ) is provided, which consists of a from the laser radiation source ( 5 . 18 ) emitted beam in the measuring arm ( 3 ) and in the reference branch ( 4 ) each creates a fan with a large number of individual beams, and - a beam combining device ( 7 ) is provided, the individual beams from the reference branch ( 4 ) and that of the object ( 2 ) backscattered individual beams from the measuring arm ( 3 ) on a detector device ( 10 ) superimposed in pairs.
  2. Laserstrahlinterferometer nach Anspruch 1, mit einer Laserstrahlungsquelle (5, 18), die zwei überlagerte, linear polarisierte Lichtbündel abgibt, wobei die Polarisationsrichtungen der Lichtbündel um 90° gegeneinander verdreht sind, und mit einer Detektoreinrichtung, die einen Polteiler (PT2) und zwei Detektoren (E1, E2) aufweist.Laser beam interferometer according to claim 1, with a laser radiation source ( 5 . 18 ), which emits two superimposed, linearly polarized light bundles, the polarization directions of the light bundles being rotated by 90 ° relative to one another, and with a detector device which has a pole divider (PT2) and two detectors (E1, E2).
  3. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, dessen Referenzzweig (4) eine auf die Länge des Meßarms (3) abgestimmte Glasfaserstrecke (RK) aufweist.Laser beam interferometer according to one of the above claims, the reference branch ( 4 ) one to the length of the measuring arm ( 3 ) has a coordinated fiber optic link (RK).
  4. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, das eine Korrekturinterferometeranordnung (31, 32) aufweist, die Strahlung aus der Laserstrahlungsquelle (5, 18) analysiert.Laser beam interferometer according to one of the above claims, comprising a correction interferometer arrangement ( 31 . 32 ), the radiation from the laser radiation source ( 5 . 18 ) analyzed.
  5. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, deren Laserstrahlungsquelle (5, 18) durchstimmbar ist.Laser beam interferometer according to one of the above claims, the laser radiation source ( 5 . 18 ) is tunable.
  6. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, deren Strahlaufspaltungseinrichtung (7, 22) ein die Fächer mit der Vielzahl von Einzelstrahlen erzeugendes Gitter (G) und einen ersten Strahlteiler (T1) aufweist.Laser beam interferometer according to one of the above claims, the beam splitting device ( 7 . 22 ) has a grid (G) generating the compartments with the plurality of individual beams and a first beam splitter (T1).
  7. Laserstrahlinterferometer nach den Ansprüchen 3 und 6, bei dem der erste Strahlteiler (T1) das von der Laserstrahlungsquelle (7, 22) abgegebene Strahlbündel in ein in die Glasfaserstrecke (RM) des Referenzzweiges (4) eingespeistes Referenzstrahlbündel und in ein in den Meßarm (3) eingespeistes Meßstrahlbündel aufteilt, wobei das Gitter (G) vom Referenzstrahlbündel und vom Meßstrahlbündel parallel durchstrahlt wird und die Strahlvereinigungseinrichtung mittels eines zweiten Strahlteilers (T2) die Einzelstrahlen der Fächer paarweise überlagert.Laser beam interferometer according to claims 3 and 6, in which the first beam splitter (T1) that from the laser radiation source ( 7 . 22 ) emitted beams into a fiber optic link (RM) of the reference branch ( 4 ) fed reference beam and into a into the measuring arm ( 3 ) feeds in the measuring beam bundle, the grating (G) being irradiated in parallel by the reference beam bundle and by the measuring beam bundle and the beam combining device being superimposed on the individual beams of the subjects in pairs by means of a second beam splitter (T2).
  8. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, dessen Meßarm (3) eine Optik (L2, L3) aufweist, die den Divergenzwinkel der Einzelstrahlen des Fächers im Meßarm (3) an die Entfernung zum Objekt (2, 17) und an die Objektgröße anpaßt.Laser beam interferometer according to one of the above claims, the measuring arm ( 3 ) has an optic (L2, L3) that detects the divergence angle of the individual beams of the fan in the measuring arm ( 3 ) to the distance to the object ( 2 . 17 ) and adapts to the object size.
  9. Laserstrahlinterferometer nach einem der obigen Ansprüche, das einen Drehspiegel (26) aufweist, der im Meßarm (3) den Fächer auf das Objekt (2, 17) richtet.Laser beam interferometer according to one of the above claims, comprising a rotating mirror ( 26 ) which is in the measuring arm ( 3 ) the fan on the object ( 2 . 17 ) judges.
  10. Laserstrahlinterterometer nach einem der obigen Ansprüche, dessen Detektoreinrichtung mehrere Photodioden mit vorgeschaltetem Faserkoppler aufweist, deren Eingänge in einer Linie aufgereiht sind und einen optischen Eingang der Detektoreinrichtung bilden.Laser beam interterometer according to one of the above Claims, whose detector device several photodiodes with upstream Has fiber couplers, the inputs of which are lined up in a line and form an optical input of the detector device.
  11. Verwendung eines Laserstrahlinterferometers nach einem der obigen Ansprüche zur Erfassung des Verschleißzustandes von Fahrdrähten elektrischer Bahnen.Using a laser beam interferome ter according to one of the above claims for detecting the state of wear of contact wires of electrical railways.
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