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Elektrooptischer Entfernungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf
elektrooptische Entfernungsmesser, bei denen durch Vergleich der Phasenlagen des
von einem Sender modulierten Lichtsignals, das die zu vermessende Strecke durchläuft,
am Ort der Entfernung reflektiert wird und des von einem Empfänger empfangenen Signals
auf die vom Signal durchlaufene Strecke geschlossen wird.
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Es ist bei diesen Geräten erforderlich, daß weder sender- noch empfängerseitig
Phasenverschiebungen auftreten, die eine Vergrößerung oder Verkleinerung der vom
Signal durchlaufenen Strecke vortäuschen.
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I)erartige Phasenverschiebungen treten z. B. in Geräten auf, bei
denen als Empfänger ein Elektronenvervielfacher benutzt wird. Auf Grund der Zeitkonstanten
des Vervielfachers wird die Phase des empfangenen Signals um einen Betrag verschoben,
der von der Betriebsspannung des Gerätes abhängt.
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Der Meßfehler, der dieser und anderen im Gerät verursachten Phasenverschiebungen
entspricht, läßt sich durch Eichung des elektrooptischen Entfernungsmessers ermitteln.
Es muß nun, um ein solches Gerät praktisch verwendungsfähig zu halten, offenbar
verlangt werden, daß dieser systematische Meßfehler von der Zeit unabhängig ist.
Bei den bisher bekannt gewordenen Geräten wurde dieser Umstand entweder vorausgesetzt
oder aber durch Stabilisierung aller diese Fehler verursachenden Geräteteile versucht,
die zeitliche Konstanz zu erzwingen. Eine derartige Stabilisierung ist im allgemeinen
für ein für die Bedürfnisse hinreichend leistungsfähiges Gerät äußerst aufwenig
und führt auch unter Umständen räumlich zu Gerätedimensionen, die die Brauchbarkeit
des Gerätes einschränken.
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Es wird daher folgende Einrichtung vorgeschlagen, die geeignet ist,
die Forderung nach der absoluten zeitlichen Konstanz des resultierenden systematischen
Fehlers dahingehend abzuschwächen, daß nunmehr nur noch die hinreichende Konstanz
für die Dauer etwa einer Messung verlangt werden muß.
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Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zur Ermittlung und Kompensation
von Meßfehlern, die an elektrooptischen Entfernungsmessern auftreten, bei denen
durch Vergleich der Phasenlagen eines von einem Sender modulierten Lichtsignals,
das die zu vermessende Strecke durchläuft, am Ort der Entfernung reflektiert und
von einem Empfänger empfangen wird, auf die vom Signal durchlaufene Strecke geschlossen
wird, vorgeschlagen, die sich dadurch auszeidhnet daß die Fehler, die bei Änderung
der Betriebsbedingungen des Gerätes auftreten, unter Zuhilfenahme einer mit dem
Gerät kombinierten festen Eichbasis unveränderlicher Länge ermittelt und durch entsprechendes
Schieben der Phase des Signals mit Hilfe eines phasenschiebenden Elementes kompensiert
werden.
Der Erfindungsvorschlag soll an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden.
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In der Zeichnung sind in einem Blockdiagramm die wesentlichen Bestandteile
eines elektrooptischen Entfernungsmeßgerätes wiedergegeben. Es bezeichnet 1 den
Sender der Einrichtung, 2 den Empfänger und 5 die Einrichtung zum Vergleich des
gesendeten mit dem empfangenen Signal. 3 kennzeichnet die dem Erfindungsvorschlag
entsprechende Laufzeitstrecke unveränderlicher Länge, die der Ermittlung der hier
in Rede stehenden Meßfehler dient und lediglich für den Vorgang der Fehlerbestimmung
in den Gang des modulierten Signals mit Hilfe optischer reflektierender Elemente
eingeschaltet wird. Diese Laufzeitstrecke 3 kann insbesondere aus einer Lichtschleife
bestehen, die fest mit dem Sender und Empfänger verbunden ist, so daß lediglich
durch wahlweises Einschalten der reflektierenden Elemente 6 und 6' das Signal über
diese Eichbasis geleitet werden kann. Um den zunächst als konstant angenommenen
systematischen Fehler dol zu ermitteln, wird das Gerät mit Hilfe einer bekannten
Meßstrecke 1 geeicht, d. h. die vom Gerät ermittelte Entfernung 1' wird mit der
Meßstrecke 1 verglichen. Hieraus ergibt sich der systematische Fehler dol. Nunmehr
wird die Länge der Eichbasis mit Hilfe des elektrooptischen Entfernungsmessers ermittelt,
es ergebe sich für ihre Länge ein Wert lo.
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Zu diesem Wert gehört eine bestimmte Modulationsfrequenz ,o des Lichtsignals,
sie werde als Eichfrequenz bezeichnet. Treten im Gerät nun Änderungen auf, die zu
einer Veränderung des systematischen Meßfehlers auf einen Wert dl = dol + dil führen,
so wird diese Veränderung durch erneutes Vermessen der Eichbasis festgestellt, da
sich derartige Änderungen als fiktive Längenänderungen der Eichbasis zu erkennen
geben. Es ist ersichtlich, daß bei kurzzeitiger Konstanz des Gerätes eine praktisch
brauchbare Messung durchgeführt werden kann, da es mit Hilfe der Eichbasis und der
Kenntnis der Eichfrequenz J0 jederzeit möglich ist, den systematischen Fehler der
Messung
zu kontrollieren und aus der Messung durch Rechnung zu eliminieren.
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Von der Notwendigkeit dieser Rechnung kann man sich befreien, falls
man wie folgt verfährt: Es wird bei der Vermessung der Eichbasis zur Ermittlung
des systematischen Fehlers dl in den Weg des modulierten Signals zusätzlich ein
phasenschiebendes Element 4 (z. B. ein optisches) gebracht, mit dessen Hilfe der
systematische Fehler ddt kompensiert werden kann.
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Zu dem Zweck wird das Lichtsignal mit der Eichfrequenz J0 moduliert,
passiert die Eichbasis und den Phasenschieber und wird vom Empfänger empfangen.
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Mit Hilfe des Schiebers wird die Phase des Signals so lange verschoben,
bis die Phasenlage des Signals der Eichbasislänge lo entspricht. Das zur Messung
einer unbekannten Strecke herangezogene Signal muß dann ebenfalls den Schieber passieren
und seine Phase wird vom Schieber um einen Betrag geschoben, der den Fehler dll
kompensiert. Alle so vorgenommenen Messungen brauchen dann nur noch um den Fehler
d01 korrigiert zu werden.
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Das Verfahren hat den Vorteil, daß es nicht an ein optisches phasenschiebendes
Element gebunden ist. Es kann insbesondere die Phase des Signals mit Hilfe elektrischer
oder magnetischer Hilfsmittel sowohl im Strahlengang als auch sender- oder empfängerseitig
geschoben werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine optische Eichbasis durch
derartige elektrische oder magnetische Hilfsmittel zu ersetzen.
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Die Einrichtung einer solchen Eichbasis erfordert über sie hinaus
keinen beträchtlichen zusätzlichen Aufwand und ermöglicht es, Fehler zu korrigieren,
die an den verschiedensten Stellen eines elektrooptischen Entfernungsmessers auftreten
können. Es ist nicht mehr notwendig, die systematischen Meßfehler der Anlage dadurch
zu kontrollieren, indem
man sie an den verschiedenen Fehlerquellen kontrolliert,
sondern diese Vielzahl wird durch eine einzige an einer bestimmten Stelle ersetzt.
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PATENTANSPROCHE 1. Einrichtung zur Ermittlung und Kompensation von
Meßfehlern, die an elektrooptischen Entfernungsmessern auftreten, bei denen durch
Vergleich der Phasenlagen eines von einem Sender modulierten Lichtsignals, das die
zu vermessende Strecke durchläuft, am Ort der Entfernung reflektiert und von einem
Empfänger empfangen wird, auf die vom Signal durchlaufene Strecke geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler, die bei Änderung der Betriebsbedingungen
des Gerätes auftreten, unter Zuhilfenahme einer mit dem Gerät kombinierten festen
Eichbasis unveränderlicher Länge ermittelt und durch entsprechendes Schieben der
Phase des Signals mit Hilfe eines phasenschiebenden Elementes kompensiert werden.