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Einrichtung zur Rückstrahlentfernungsmessung Die Erfindung geht aus
von einer nach dem Rückstrahlverfahren arbeitenden Einrichtung zur - elektrischen
oder elektro-optischen - Entfemungsmessung, bestehend aus einem Sender zur Emission
einer mit der Frequenz w modulierten Trägerstrahlung, einem am Ort des Senders angeordneten
Empfänger zum Empfang der am Ort der zu messenden Entfernung rückgestrahlten Strahlung
und einer Phasendifferenzmeßvorrichtung zum Vergleich der Modulationsphasen des
gesendeten und des empfangenen Signales, bei der der Phasendifferenzmeßvorrichtung
ein der Modulation des gesendeten Signals entsprechendes Vergleichsignal und ein
der Modulation des empfangenen Signals entsprechendes Meßsignal zugeführt ist und
beide Signalschwingungen derart miteinander gemischt sind, daß die Amplitude einer
Wechselkomponente der elektrischen Mischspannung ein Maß für die Phasendifferenz
darstellt.
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In einer bekannten elektrischen Höhenmeßeinrichtung z. B. für Flugzeuge,
wird die von einem Hochfrequenzsender erzeugte Vergleichsschwingung zu der dazu
gleichfrequenten, von einem Empfänger empfangenen Meßspannung in der vorgesehenen
Phasenmeßvorrichtung additiv gemischt, so daß die resultierende Mischspannung eine
Amplitude aufweist, die eine Funktion der Phasendifferenz zwischen der Meß-und der
Vergleichsschwingung ist. Die Mischschwingung ist mittels eines Überlagerungsoszillators
in den Hörbereich transponiert, und Extremwerte der Mischspannung werden akustisch
als Maß für bestimmte Phasendifferenzen bzw. bestimmte Signallaufzeiten angezeigt.
Anordnungen dieser Art genügen bekanntlich höheren Genauigkeitsanforderungen nicht,
da die Amplitude der Meßspannung sich additiv aus einzelnen Spannungsanteilen ableitet,
die unter anderem von den Amplituden der Meß- und der Vergleichsschwingung abhängen;
es sind also im Mischergebnis Störglieder enthalten, die, wenn sie nicht konstant
gehalten werden können, das Meßergebnis verfälschen können.
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In einer anderen Einrichtung, die bevorzugt zur elektro-optischen
Entfemungsmessung Anwendung findet, ist die Anordnung derart getroffen, daß die
beiden hinsichtlich ihres Phasenwinkels miteinander zu vergleichenden Wechselspannungen
mittels einer Mehrgitterröhre multiplikativ miteinander gemischt sind. Die Mischspannung
stellt eine komplizierte Wechselspannung dar, die eine Gleichstromkomponente enthält,
die bis auf gewisse Störglieder eine periodische Funktion der Signallaufzeit bzw.
der Phasendifferenz darstellt. Um die Störglieder aus dem Mischergebnis zu eliminieren,
ist durch gesonderte
Mittel eine zur ersten symmetrische zweite Mischschwingung hergestellt,
die von der ersten subtrahiert ist, so daß die Störgrößen aus der Differenz herausfallen.
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Diese Anordnung weist aber den Nachteil auf, daß das Meßsignal als
Gleichstromsignal anfällt, welches bekanntlich mit besonders stabilisierten Gleichstromverstärkern
verstärkt werden muß.
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Zur Verbesserung der bekannten Einrichtungen wird deshalb bei einer
Anordnung der eingangs erwähnten Art der vorliegenden Erfindung entsprechend vorgeschlagen,
daß die Meß- oder die Vergleichsschwingung vor der Mischung einer trägerlosen Amplitudenmodulation
mit einer Frequenz p t o, unterworfen ist und die Amplitude der dann in der Mischschwingung
enthaltenen Schwingung mit der Frequenz £? als Maß für die Phasendifferenz benutzt
ist.
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In Einrichtungen nach der Erfindung können die beiden Maßspannungen
bzw. Meßschwingungen, von denen eine der erwähnten trägerlosen Amplitudenmodulation
unterworfen ist, additiv oder multiplikativ gemischt sein. In jedem Fall enthält
das Mischergebnis eine Schwingung der Frequenz Q, deren Amplitude eine periodische
Funktion der Phasendifferenz zwischen der Meß- und der Vergleichsspannung ist. Dabei
ist die Frequenz, mit der die trägerfreie Amplitudenmodulation an einer der beiden
Schwingungen erfolgt, derart zu wählen, daß sie einen genügend großen Abstand gegen
die Frequenz der gleichfrequenten Meß- und Vergleichsschwingung aufsveist, so daß
durch Filter oder andere geeignete Hilfsmittel eine einwandfreie Trennung des interessierenden
Spannungsanteils von den nicht interessierenden Anteilen des Mischergebnisses möglich
ist.
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Die Zeichnung erläutert die Ausbildung von elektro-optischen Entfernungsmeßgeräten
nach der vorliegenden Erfindung. In F i g. 1 bezeichnet 1 eine Lichtquelle eines
Lichtsenders. Ein Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstroms passiert
über einen Polarisator eine Kerrzelle 3 und durchläuft die Meßstrecke 5. Das Meßlicht,
das mittels der Kerrzelle moduliert ist, wird am Ort der zu messenden Entfernung
an einem Spiegel reflektiert und durchläuft die Meßstrecke erneut, um als Meßlichtsignal
6 von einem am Ort des Lichtsenders 1, 2, 3 angeordneten Lichtempfänger 7 empfangen
zu werden. Der Lichtempfänger 7 enthält eine Photozelle, in der der Lichtstrom demoduliert
wird. Als Vergleichssignal ist ein Teil des Lichtstroms der Lichtquelle 1 über den
Polarisator 2 über eine Kerrzelle 4 geführt und gelangt dann über den Lichtweg 8
ebenfalls zum Lichtempfänger 7. Dem Lichtempfänger ist ein Analystator 9 vorgeschaltet,
den sowohl das Meßlicht als auch das Vergleichslicht passiert.
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Die doppelbrechenden Eigenschaften der Kerrzellen 3 und 4 sind in
üblicher Weise elektrisch gesteuert. Die Steuerspannung liefert ein Oszillator 11,
der auf den Leitungen 12 und 13, die mit den Kerrzellen 3 und 4 verbunden sind,
eine hochfrequente Wechselspannung gleicher Frequenz erzeugt. Die Hochfrequenzspannung
der Leitung 13 ist einem Modulator 15 zugeführt, in dem sie einer trägerfreien Amplitudenmodulation
unterworfen ist. Die Modulationsspannung liefert ein Oszillator 17, der vorzugsweise
eine niederfrequente Modulationsspannung erzeugt. Seine Ausgangsspannung ist über
die Leitung 16 dem Modulator 15 zugeführt. Der Modulator 15 ist in üblicher Weise,
z. B. als Ringmodulator oder als Hallgenerator, ausgebildet, und es ist Vorsorge
getroffen, daß bei der Amplitudenmodulation der Träger unterdrückt ist, d. h., es
dürfen in dem Modulationsergebnis lediglich Kombinationen der Modulationsfrequenz
mit der Frequenz der modulierten Spannung auftreten. Die Ausgangsspannung des Modulators
15 ist über nicht dargestellte Verstärker der Kemelle 3 zur Modulation des Meßlichtsignals
zugeführt.
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Das Meßlichtsignal stellt deshalb ein in seinem Polarisationszustand
im Takte der Modulationsspannung moduliertes Lichtsignal dar, das hinter dem Analysator
9 des Lichtempfängers in ein entsprechendes intensitätsmoduliertes Lichtsignal übergeht.
Das Meßlichtsignal 6 bzw. das Vergleichslichtsignal 8 wird im Lichtempfänger 7 z.
B. additiv gemischt, und die in der Mischspannung enthaltene Komponente mit der
Frequenz des Oszillators 17 wird über geeignete Filter mittels eines Wechselstrominstrumentes
angezeigt. Die Amplitude dieser Wechselkomponente ist für bestimmte Laufzeiten des
Meßlichtsignals 5 Null.
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In der Anordnung nach F i g. 2 ist die Ausbildung derart getroffen,
daß die zusätzliche Amplitudenmodulation, die prinzipiell entweder am Meß- oder
aber am Vergleichssignal erfolgen kann, auf elektrischem Wege erfolgt, ohne daß
die modulierten Lichtströme, die am eigentlichen Meßvorgang beteiligt sind, einer
solchen zusätzlichen Modulation unterworfen sind.
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In der F i g. 2 bezeichnet 20 wiederum eine Lichtquelle, deren Lichtstrom
über einen Polarisator21, über eine Kernelle 22 und einen Analysator 23 in Verbindung
mit geeigneten optischen zusätzlichen Hilfsmitteln über die Meßstrecke 24, 25 geschickt
ist.
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Das am Ende der Meßstrecke reflektierte Licht gelangt auf einen lichtelektrischen
Empfänger 26.
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Mit 27 ist ein zur Kerrzellensteuerung vorgesehener Hochfrequenzoszillator
bezeichnet, dessen Ausgangsspannung nach geeigneter Verstärkung über die Leitung
28 der Kerrzelle 22 zugeführt ist.
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Ein der Modulation des Meßlichts entsprechendes elektrisches Signal
ist mit Hilfe des Lichtempfängers 26 erzeugt und einer Phasenmeßvorrichtung 33 zugeführt.
Das der Vergleishsvorrichtung 33 zuzuführende Vergleichssignal des Oszillators 27
ist als elektrische Spannung einem Modulator 30 zugeführt, dem gleichzeitig die
Ausgangsspannung eines Niederfrequenzoszillators 31 zugeführt ist. Der Modulator
30 bewirkt an der Ausgangsspannung des Oszillators 27 eine trägerfreie Amplitudenmodulation.
Die modulierte Spannung ist als Vergleichsspannung über die Leitung 32 der Phasenvergleichsvorrichtung
33 zugeführt. Der Leitung 34 ist eine Spannung zugeführt, deren Frequenz der Frequenz
des Oszillators 31 entspricht und deren Amplitude mit der Signallaufzeit des Meßlichtsignals
variabel ist. Sie kann, wie im Fall der Vorrichtung nach Fig. 1, zur Anzeige ausgezeichneter
Laufzeiten benutzt werden. Da diese Spannung die Phasendifferenz zwischen dem emittierten
und dem empfangenen Meßlichtsignal lediglich dem Betrage und nicht dem Vorzeichen
nach wiedergibt, ist es mitunter zweckmäßig, das niederfrequente Meßsignal einer
erneuten Mischung mit einer gleichfrequenten Schwingung fester Phase in einer Vorrichtung
35 zu unterwerfen, so daß dann das resultierende Mischergebnis auch dem Vorzeichen
nach die interessierende Phasendifferenz wiedergibt.
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Mittel dieser Art sind in Fig. 2 mit 35 angedeutet.
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Die Vorrichtung 35 enthält beispielsweise einen Gegentaktmodulator,
dem die Ausgangsspannung der Vorrichtung 33 und die Ausgangsspannung des Oszillators
31 zugeführt ist. Die Ausgangsspannung der Vorrichtung 35 ist dann in bekannter
Weise eine Spannung, die nach Polarität und Größe, z. B. zur Frequenzregelung am
Oszillator 27, zwecks selbsttätiger Anpassung der Modulationsfrequenz an die Länge
der Meßstrecke benutzt werden kann.