DE1548367A1

DE1548367A1 - Elektro-optischer Entfernungsmesser

Info

Publication number: DE1548367A1
Application number: DE19661548367
Authority: DE
Inventors: Marcel Hossmann
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1965-11-25
Filing date: 1966-09-16
Publication date: 1969-07-17
Also published as: CH430238A; NL6613985A; SE329015B; FR1500740A; ES333635A1; GB1152854A

Description

DiPL-IWG. G, STAPF

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A-LBISWERK ZURICH A.G. ,

Zürich.

Elektro-optischer Entfernungsmesser

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektro-optischen Entfernungsmesser, bei dem die Phasenlage der Modulation eines ausgesendeten modulierten Lichtstrahls und die Phasenlage der Modulation dieses am Ort der zu ermittelnden Entfernung reflektierten, von einem Lichtwellenempfänger empfangenen Lichtstrahls verglichen werden.

Für die Messung einer Entfernung sind zwei Prinzipien bekanntgeworden. Beide beruhen auf der Phasenmessung zwischen ausgesendeter und empfangener !«felle. Gemäss dem einen Prinzip sind

φ im Sendeteil Mittel zur kontinuierlichen Veränderung der Mo-

cd dulationsfrequenz vorgesehen. Die Modulationsfrequenz wird

•^ bei der Entfernungsmessung verändert, bis die Phasendifferenz cd .

^ Null ist. Gemäss dem anderen Prinzip wird die Phasenlage ent-

fvj weder des ausgestrahlten oder des empfangenen Lichtstrahls

mittels phasenschiebender Mittel wie veränderbare Lichtschlei-

fen messbar verändert, bis an einem Phasenmesser die Phasendifferenz Null entsteht.

Den Geräten, die nach diesen zwei. Prinzipien aufgebaut sind, ist gemeinsam, dass auf dex¹ Empfängerseite ein lichtempfindliches Element angeordnet ist, an dem beim Empfang des Lichtstrahls Spannungen mit der Modulationsfrequenz anfallen, deren Phasenlage mit der Phasenlage der entsprechenden Spannung auf der Sendesexte verglichen wird.

Beide Prinzipien sind weitgehend mit dem gleichen wesentlichen Nachteil behaftet. So sind beispielsweise Phasenmessungen bei den verwendeten Modulationsfrequenzen, die im allgemeinen über 10 MHz liegen, schwierig, insbesondere dadurch,
dass die Verarbeitung der Phasen bei diesen Frequenzen jrrobl ematisch ist.

Der Zweck der Erfindung ist nun darin zu sehen, bei einem
elektro-optischen Entfernungsmesser diesen Nachteil zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, dass neben dem Oszillator für die Erzeugung der Modulationsschwingung ein Hilfsoszillator
zur Erzeugung einer Schwingung mit von der Modulation unterschiedlicher Frequenz vorgesehen ist, dass einer ersten Mischstufe die Schwingung des Hilfsoszillators und die demodulierte, im Gerät vom Sender zum Empfänger geleitete Modulation und
einer zweiten Mischstufe die genannte Schwingung und die nach der Reflexion empfangene und demodulierte Modulation zugeführt wird und dass ein Phasenwinkelmessef zwecks Bestimmung

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des Phasenwinkels zwischen den in den zwei Mischstufen erzeugten Differenzschwingungen vorgesehen ist.

An Hand der beiliegenden Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei zu beachten ist, dass alle optischen Einrichtungen für die Bündelung des Lichtstrahls und auch das Reflexionsmittel nicht gezeichnet sind, da sie jedem Fachmann geläufig sind. Ausserdem ist die Erfindung unabhängig von der gewählten Uebertragungsart und auch von der verwendeten Trägerfrequenz.

Die von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Lichtwellen werden in einem Modulator 2 mit Schwingungen aus einem Oszillator 3 moduliert. Im folgenden wird diese Schwingung als Modulation bezeichnet. Ueber eine Einrichtung h zur Spaltung des modulierten Strahls in zwei Teilstrahlen A und B wird der Teilstrahl A auf den Empfänger gelenkt und der Teilstrahl B ausgesendet. Am fernen Ort der zu messenden Entfernung ist ein Reflektor 5 aufgestellt, der den Strahl S gegen, den Empfänger zurückwirft.

Im Empfänger wird der Teilstrahl A in einem ersten Detektor 6 und der Teilstrahl B in einem zweiten Detektor 7 demoduliert. Somit kann am Detektor 6 die Modulation praktisch mit der ausgesendeten Phasenlage und am Detektor 7 die Modulation mit einer Phasenlage, die durch die Strecke zwischen Sender, Reflektor und Empfänger bedingte Laufzeit beeinflusst ist, abgenommen werden.

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An sich, könnte die Entfernung nun durch die Messung des Phasenwinkels zwischen den beiden in den Detektoren 6 und 7 anfallenden Modulationen in bekannter Weise bestimmt werden. Da für derartige Distanzmessungen Modulationsfrequenzen bis

zu einigen 10 MHz verwendet werden, ist es heute mit der bekannten Technik kaum möglich, Phasenwinkel zwischen derart hohen Frequenzen mit der verlangten Genauigkeit zu messen.

Gemäss der Erfindung ist ein Hilfsoszillator 10 vorgesehen, dessen Schwingfrequenz nur wenig von der Modulationsfrequenz verschieden ist. Der Frequenzunterschied wird in einem Frequenzgebiet gewählt, bei dem PhasenwinkeImessungen mit der notwendigen Genauigkeit durchführbar sind, beispielsweise im Tonfrequenzgebiet. Die in den Detektoren 6 bzw, 7 anfallenden Modulationsschwingungen und die Schwingung aus dem Hilfsoszillator 14 werden Mischstufen 11 bzw. 12 zugeführt, an deren Ausgängen vom Frequenzgemisch die Differenzschwingungen ausgefiltert werden.

Es ist auch bekannt, dass bei der Mischung von zwei Schwingungen die Phasenlagen im Mischprodukt erhalten bleiben. Somit sind die Phasenlagen der Modulationsschwingungen aus den Detektoren 6 und 7 in den betreffenden Differenzschwingungen enthalten. Damit kann mit einem Phasenwinkelmesser 13 der Phasenunterschied zwischen den beiden Differenzschwingungen gemessen und aus dem Phasenunterschied die wahro Rntfprrning berechnet werden.

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Die Stabilität der Differenzschwingungen ist abhängig von der Stabilität der Oszillatoren 3 und 10. Damit die Phasenwinkelmessung durchgeführt werden kann, müsste ein breitbandiger Phasenwinkelmesser verwendet werden, der jedoch aufwendig ist. Um einen einfachen, schmalbandigen Phasenwinkelmesser verwenden zu können, muss die Frequenz des Hilfsoszillators 10 der Frequenz des Modulationsoszillators 3 derart nachgeführt werden, dass die Differenzfrequenz konstant bleibt. Einrichtungen für eine derartige Synchronisierung zweier Oszillatoren sind an sich bekannt, so dass ein Eintreten an dieser Stelle nicht notwendig ist. In der Zeichnung wurde diese Synchronisation mit 1^- bezeichnet.

Dieser Vorschlag zur Verbesserung der bekannten Geräte kann noch weiter ausgebaut werden, so kann beispielsweise der Hilfsoszillator 10 durch zwei Oszillatoren ersetzt werden, wovon der eine unterhalb und der andere oberhalb der Modulationsfrequenz schwingt, wobei jedoch der Frequenzunterschied gegenüber der Modulationsfrequenz für beide Oszillatoren derselbe ist. Durch Umschalten zwischen diesen zwei Oszillatoren wird die Phasenmessung zweifach vorgenommen. Eine Mittelung der beiden Resultate ergibt ein Resultat, bei dem Asymmetrien im Empfänger ausgemerzt sind.

25.11.1965

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Claims

Patentanspruch

Elektro-optischer Entfernungsmesser, bei dem die Phasenlage der Modulation eines ausgesendeten modulierten Lichtstrahls und die Phasenlage der Modulation dieses am Ort der zu ermittelnden Entfernung reflektierten, von einem Lichtwellenempfänger empfangenen Lichtstrahls verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Oszillator (3) für die Erzeugung der Modulationsschwingung ein Hilfsoszillator (1O) zur Erzeugung einer Schwingung mit von der Modulations unterschiedlicher Frequenz vorgesehen ist, dass einer ersten Mischstufe (ii) die Schwingung des Hilfsoszillators (1O) und die demodulierte, im Gerät vom Sender zum Empfänger geleitete Modulation und einer zweiten Mischstufe (12) die genannte Schwingung und die nach der Reflexion empfangene und demodulierte Modulation zugeführt wird und dass ein Phasenwinkelmesser (13) zwecks Bestimmung des Phasenwinkels zwischen den in den zwei Mischstufen (i1 bzw. 12) erzeugten Differenzschwingungen vorgesehen ist.

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