DE112011101915T5

DE112011101915T5 - Ein Abstandsmessverfahren und System

Info

Publication number: DE112011101915T5
Application number: DE112011101915T
Authority: DE
Inventors: Zhi Chou; Weiming Li; Hongfei Wang
Original assignee: MILESEEY TECHNOLOGY Inc
Current assignee: MILESEEY TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-07-11
Also published as: JP2014502359A; US8964169B2; CN103299155A; CN103299155B; WO2013067711A1; US20140240693A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein technisches Messgebiet, wird ein Abstandsmessverfahren und das Messsystem vorgesehen, das obengenannte Abstandsmessverfahren umfasst folgende Schritte: Abstimmen des Messstrahls durch das Modulationssignal mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz; Senden des abgestimmten Messstrahls an das gemessene Objekt; Empfangen des reflektierten Messstrahls und Umwandeln in ein Messsignal; ferner wird die Frequenz des Modulationssignals bei Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des Messsignals verglichen, um den gemessenen Abstand zu ermitteln. Es wird der Messstrahl durch das Modulationssignals mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz gemäß der vorliegenden Erfindung abgestimmt, anschließend wird der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet und danach der reflektierte Messstrahls empfangen und in ein Messsignal umgewandelt, und zudem wird die Frequenz des Modulationssignals beim Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des vorgenannten Messsignals verglichen, um den gemessenen Abstand zu ermitteln. Das Messverfahren und das System weisen einfache, nützliche und genaue Vorteile zum Messen des Abstands auf.

Description

Umfang der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein technisches Messgebiet, insbesondere ein Messverfahren und System zur Ermittlung des Abstands.
Hintergrund
Seit den 1980er Jahren haben sich der Halbleiterlaser und digitale Schaltungen anhaltend und deutlich entwickelt. Und wird die der Lasermessverfahren zur Ermittelung des Abstands zugrunde legende Technologie immer weitgehend für Strom-, Wasserversorgungs-, Telekommunikation-, Umwelt-, Bau-, Polizei-, Feuerlöschen-, Spreng-, Schiffs-, Eisenbahn-, Militär-Antiterrorismusbereiche verwendet.
Bei der Abstandsmessung in der Zeitintervallmessung mittels Impulslaser wird in der Regel mit einem direkten Zählverfahren in digitaler Taktfrequenz das Zeitintervall zwischen dem Lichtimpuls und Empfangsimpuls ermittelt, um den Abstand des gemessenen Ziels zu erkennen. Da das gemessene Zeitintervall zufällig ist, treten einstellige Fehler auf, die bei Ermittelung der Taktzyklen durch den Zähler eintreten, dadurch wird die Genauigkeit zur Ermittelung des Abstands beeinträchtig. Die Phasenmessung benötigt ein inneres optisches Referenzsignal, so dass die innere Struktur der Vorrichtung zur Ermittelung des Abstands und ihre Steuerung kompliziert werden, und die Herstellungskosten der Vorrichtungen zur Abstandsermittelung erhöht werden. Auch nicht günstig ist, dass eine Miniaturisierung der Vorrichtungen zur Abstandsermittelung schlecht möglich ist.
Technische Probleme
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ermittelung des Abstands vorzusehen, um das komplizierte Problem mit dem Verfahren zur Ermittelung des Abstands zu lösen.
Die andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Ermittelung des Abstands vorzusehen.
Technische Lösungen
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass ein Verfahren zur Ermittelung des Abstands die folgende Schritte umfasst:
Durch das Modulationssignal mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz wird der Messstrahl abgestimmt;
Senden des abgestimmten Messstrahls an das gemessene Objekt; Empfangen des reflektierten Messstrahls und Umwandeln in ein Messsignal;
Vergleich der Frequenz des Modulationssignals bei Empfangen des o. g. Messstrahls mit der Frequenz des o. g. Messsignals, um den gemessenen Abstand zu ermitteln.
Die andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt dann, ein System zur Ermittelung des Abstands vorzusehen. Das oben genannte Abstandsmesssystem umfasst eine Emissionsvorrichtung zum Senden des Messstrahls und eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen des reflektierten Messstrahls und zum Umwandeln in ein Messsignal, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Abstandsmesssystem, mit einem Modulator, der die Frequenz des Messstrahls mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen aufweist, und dem Mischer, der den Vergleich des vorgenannten Modulationssignals durch die Frequenz beim Empfangen des o. g. Messstrahls mittels Modulator mit der Frequenz des o. g. Messsignals vornimmt, und noch einem Prozessor, der aufgrund von dem Vergleichsergebnis zum Ermitteln des gemessenen Abstands dient.
Vorteilhafte Wirkungen
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Messstrahl durch das Modulationssignal mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz abgestimmt; anschließend wird der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet und danach der reflektierte Messstrahls empfangen und in ein Messsignal umgewandelt, und zudem wird das Modulationssignal durch die Frequenz beim Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des Messsignals vergleicht, daraus ergibt sich der ermittelte Abstand. Dieses Verfahren und das System zur Ermittelung des Abstands weisen die einfachen nützlichen und genauen Vorteile zum Messen des Abstand auf.
Kurzbeschreibungen der Zeichnungen
1: Flussdiagramm für des Abstandsmessverfahrens in der erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2: Schematische Ansicht für das Abstandsmesssystem in der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Ausführungsform
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die technischen Lösungen und Vorteile besser zu kennen, wurde die oben genannte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den folgenden Abbildungen offenbart. Fachleuten ist bekannt, dass die Ausführungsform nur zur Beschreibung dieser Erfindung dient, aber nicht den Schutzumfang dieser Erfindung einschränkt.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Messstrahl über das Modulationssignal mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz abgestimmt;
anschließend wird der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet und danach der reflektierte Messstrahls empfangen und in ein Messsignal umgewandelt, und zudem wird das die Frequenz zum Modulationssignal beim Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des Messsignals verglichen,
daraus ergibt sich der ermittelte Abstand. Das Verfahren und das System zur Ermittelung des Abstands weisen die einfachen, nützlichen und genauen Vorteile zum Messen des Abstands auf.
Zum Erreichen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde ein Laser als Beispiel ausführlich beschrieben.
1 zeigt die Abläufe und das Verfahren zur Ermittelung des Abstands in der Ausführungsform gemäß der Erfindung, die ausführliche Beschreibung ist wie folgt: in dem Schritt S101 wird der Messstrahl durch das Modulationssignal mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz abgestimmt.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Laser durch ein Modulationssignal ω = f(t)– = at + β mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz abgestimmt. Zudem ist es noch möglich, den Laser durch das Modulationssignal mit kontinuierlichen Änderungen der anderen Funktionen mittels der Frequenz den Messstrahl abzustimmen, wie Tangens- oder Kotangensfunktionen in einem kompletten Zyklus.
In dem Schritt S102 wird der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet; In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird durch die Laseremissionseinrichtung der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet.
In dem Schritt S103 wird der reflektierte Messstrahls empfangen und in ein Messsignal umgewandelt. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird durch die Laserempfangseinrichtung der von dem gemessenen Objekt reflektierte Messstrahl empfangen, und zugleich wird der empfangene Messstrahl in ein Messsignal umgewandelt.
In dem Schritt S104 wird die Frequenz des Modulationssignals beim Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des Messsignals verglichen, um den gemessenen Abstand zu ermitteln.
Es wird in der erfindungsgemäßen Ausführungsform durch das Modulationssignals die Frequenz ω₂ = f(t₂)– = at₂ + β beim Empfangen des o. g. Messstrahls mit der Frequenz ω₁ = f(t₁)– = at₁ + β des Messsignals verglichen, um den gemessenen Abstand zu ermitteln. Aufgrund der Frequenz ω₂ = f(t₂) = at₂ + β über das Modulationssignal bei Empfangen des Messstrahls und der Frequenz ω₁ = f(t₁)– = at₁ + β des vorgenannten Messsignals kann die Differenz
zwischen dem Zeitpunkt t₂ zum Empfang des Messstrahls und dem Zeitpunkt t₁ zum Senden des Messstrahls 1 festgestellt werden, dabei ist der Messstrahl der Zeitpunkt, in dem er in der Luft verläuft, wobei ω₂ – ω₁ die Frequenz des durch das Modulationssignals erzeugten Signals bei Empfang des vorgenannten Messstrahls und nach der Frequenzmischung des Messstrahls ist. Hierbei wird nach der Frequenzmischung wird die Frequenz des erzeugten Signals zu dem Prozessor geführt und der Zeitpunk des Messstrahls, der in der Luft verläuft, ermittelt, und in Verbindung mit der Lichtgeschwindigkeit gesetzt, und dadurch der gemessene Abstand ermittelt.
Zum einfachen Vergleich der Differenz von ω₁ und ω₂ und zur Sicherstellung der Messgenauigkeit ist die Geschwindigkeit in der erfindungsgemäßen Ausführungsform größer als und gleich 10 MHz/s, d. h. α ≤ 10 MHz/s. 2 zeigt den Aufbau und die Funktionsweise des Abstandsmesssystems in der erfindungsgemäßen Ausführungsform, zum Erleichtern der Beschreibungen werden nur die betreffenden Teile in der erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt.
Das Abstandsmesssystem, umfassend eine Emissionseinrichtung 1 zum Senden des Messstrahls, die zum Empfang der reflektierten Messstrahls dient, und eine Empfangseinrichtung 2, die zum Umwandlung in das Messsignal dient, einen Modulator 3, der die Frequenz des vorgenannten Messstrahls mit der kontinuierlichen Änderungen der Zeiten ermöglicht, einen Frequenzmischer 6, der zum Vergleich der Frequenz des bei Empfang des vorgenannten Messstrahls erzeugten Modulationssignals mit der Frequenz des vorgenannten Messsignals dient, sowie einen Prozessor 4, durch den aufgrund der Vergleichsergebnisse die gemessenen Entfernungen ermittelt werden. Davon geht aus, dass das System die einfachen, sicheren und genauen Vorteile aufweist.
Um das Abstandsmeßsystem zu erleichtern, kann der Frequenzmischer 6 in die vorgenannte Empfangseinrichtung 2 integriert werden. Durch den vorgenannte Modulator 3 wird das erzeugte Modulationssignal in einer aktuellen Zeit auf die Empfangseinrichtung 2 gesendet mit dem vorgenannten Messsignal erfolgt Minus-Mittelwertoperation, durch den vorgenannten Prozessor 4 wird aufgrund von dem nach Operationen bearbeiteten Ergebnis in einer aktuellen Zeit der gemessene Abstand aktualisiert, dadurch das Abstandsmesssystem mehr weitgehend verwendet wird.
Der vorgenannte Modulator 3 in der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist den Signalgenerator 31 auf, der das o. g. Modulationssignal erzeugt. Für die vorgenannte Empfangseinrichtung 2 ist bevorzugt eine Avalanche Photodiode (APD) auszuwählen. Das durch den vorgenannten Frequenzmischer 6 bearbeitete Frequenzsignal, das über den Verstärker 5 verstärkt wurde und dann an den Prozessor 4 gesendet wird, um durch den Prozessor 4 zu erkennen und bearbeiten. Es ist jedoch zu bemerken, dass diese bevorzugten Ausführungsbeispiele den Umfang der Erfindung nicht beschränken, sondern nur zur Beschreibung der Erfindung dienen.
Alle Abänderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung, die von Fachleuten ausgeführt werden können, gehören zum Umfang der vorliegenden Erfindung.

Claims

Abstandsmessverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Messverfahren folgende Schritte enthält: Durch das Modulationssignals mit zeitbezogenen kontinuierlichen Änderungen mittels der Frequenz wird der Messstrahl abgestimmt; Es wird der abgestimmte Messstrahl an das gemessene Objekt gesendet; Es wird der reflektierte Messstrahls empfangen und in ein Messsignal umgewandelt, und zudem wird die Frequenz des Modulationssignals beim Empfangen des vorgenannten Messstrahls mit der Frequenz des Messsignals verglichen, um den gemessenen Abstand zu ermitteln.
Abstandsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Modulationssignals mit zeitbezogenen linearen Änderungen stattfindet.
Abstandsmessverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Frequenzänderung ≥ 10 MHz/s ist.
Abstandsmesssystem, umfassend die Emissionseinrichtung zum Senden des Messstrahls sowie die Empfangseinrichtung zum Empfang des reflektierten Messstrahls und zur Umwandlung in das Messsignal, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Abstandsmesssystem noch den Modulator zum Messen der Frequenz des vorgenannten Messstrahls mit zeitbezogenen Änderungen enthält, und den Frequenzmischer, durch den die Frequenz des durch den Modulator beim Empfang des o. g. Messstrahls erzeugten Modulationssignals mit der Frequenz des o. g. Messsignals verglichen wird, sowie den Prozessor, der aufgrund der Vergleichsergebnisse den gemessen Abstand ermittelt.
Abstandsmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Frequenzmischer in der Empfangseinrichtung integriert ist.
Abstandsmesssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Frequenzmischer eine Avalanche Photodiode (APD) ist.
Abstandsmesssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den o. g. Modulator erzeugte Modulationssignal in aktueller Zeit auf die o. g. Empfangseinrichtung übertragen wird, zu dem das Messsignal erfolgt auf diese Weise der Minus-Mittelwertoperation.
Abstandsmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Modulator mit einem Signalgenerator vorgesehen ist, der ein obengenanntes Modulationssignal erzeugt.
Abstandsmesssystem nach einem der Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den vorgenannten Frequenzmischer bearbeitete Frequenzsignal, das über den Verstärker verstärkt wurde, dann auf den Prozessor übertragen wird.