DE1623420A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Einstellung des Verstaerkungsfaktors eines Fotomultipliers,insbesondere in Laser-Entfernungsmessgeraeten - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Einstellung des Verstaerkungsfaktors eines Fotomultipliers,insbesondere in Laser-Entfernungsmessgeraeten

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DE1623420A1 DE19671623420 DE1623420A DE1623420A1 DE 1623420 A1 DE1623420 A1 DE 1623420A1 DE 19671623420 DE19671623420 DE 19671623420 DE 1623420 A DE1623420 A DE 1623420A DE 1623420 A1 DE1623420 A1 DE 1623420A1
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Description

P 67/230
ELTRO GMBH & CO
GESELLSCHAFT FÜR STRAIILUNGSTECHNIK
Heidelberg, Schloßwolfsbrunnenweg 33-35
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Fotomultipliers, insbesondere in Laser-Entfernungsmeßgeräten
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Fotomultipliers, insbesondere in Laser-Entfernungsraeßgeräten, und eine Schaltungsanordnung zur Durch— führung des Verfahrens.
Bei Laser—Entfernungsmeßgeröten mit Riesenimpuls—Lasern beruht die Entfernungsmessung auf der Laufzeitmessung eines Laser—Impulses zwischen den Zeitpunkten der Aussendung und des Empfangs nach Reflexion an einem anzumessenden Ziel. Die Messung dieser Laufzeit erfolgt auf elektronischem Wege unter Verwendung eines Quarz—Oszillators. Unter Zugrundelegung der Lichtgeschwindigkeit als Ausbreitungsgeschwindigkeit der Laser-Impulse wird aus der gemessenen Laufzeit die gesuchte Entfernung ermittelt.
Der Laser-Sendeimpuls kann z.B. in einem Rubinkristall erzeugt werden, der durch das Licht einer geeigneten Blitzlampe in bekannter Weise angeregt wird. " .
Zur Erzeugung eines sehr kurzen und leistungsstarken Laser-impulses wird ein spezieller Auslüsmechanisinus, die sogenannte Q-Schal- tung, verwendet. Dazu wird ein Prisma in schnelle Rotation versetzt,
1 fl Q Ö ■) ζ / Π 1 R ί -2-
Kurz vor der aktiven Stellung des rotierenden Prismas wird automat inch die Blitzlampe gezündet und dadurch die Inversion des aktiven Materials eingeleitet. Hat dann das Prisma seine aktive Stellung erreicht, so tritt der Laser-Sendeimpuls aus dem Laser-System aus, durchläuft die Laser-Optik und wird schließlich durch das Strahlenfenster des Entfernungsmeßgerätes ausgestrahlt.
Der ausgesendete Laser-Impuls wird nach Auftreffen auf das anzumessende Objekt von diesem diffus reflektiert, so daß ein Bruchteil der Laser—Energie wieder zum Entfernungsmeßgerät zurückgelangt und von einem im Gerät enthaltenen Fotomultiplier aufgenommen wird, der dann ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt.
Die zeitliche Differenz zwischen den Zeitpunkten der Aussendung und des Empfangs des Laser-Impulses wird mittels einer an den Fotomultiplier angeschlossenen, elektronischen Auswerteschaltung bestimmt.
Für die maximale Reichweite R„.„„ eines derartigen Laser-Entfer-
max
nungsmeßgerätes gilt nun die folgende Beziehung:
Rmax ■- I / JD* ET'
Hierin ist ' *"*
D der Durchmesser des Empfangsobjektives, C der Remissionskoeffizlent des Zieles,
^-2 OC 7? T β € die Transmission
der Atmosphäre (mit Ä1 sExtinktions-Koeffizicnt und
109325/0165 R a Zielabstand),
P die Sendeleistung s /
P . die minimale Leistung, die der Fotomultiplier
noch empfangen kann.
Sieht man in dieser Gleichung die Größen D,£*,T und P_ als vorgegeben und konstant an, so folgt:
Rmax
PEmin,
daß heißt, das Quadrat der maximalen Reichweite ist umgekehrt proportional zur minimalen Empfangsleistung. Um möglichst große Reichweiten zu erhalten, muß also die minimale Empfangsleistung möglichst klein sein. Diese ist aber durch das Rauschen des Fotomultipliers begrenzt. Die Hauschleistung des Fotoumltipliers wird nun im wesentlichen durch die Ilintergrundstrahlung bestimmt.
Um nach Möglichkeit keine Fehlmessungen infolge während des Entfernungsmeßvorgangs einfallender Ilintergrundstrahlung zu erhalten, wird bei bereits erprobten Meßgeräten nur dann ein eintreffender Impuls als Nutzsignal ausgewertet, wenn die Amplitude der Ausgangsspannung, die vom.dem Fotomultiji.ier nachgeschalteten Videoverstärker abgegeben wird, einen bestimmten Schwellwert überschreitet,
Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß während der Laufzeit des Laser-Meßimpulses ein aus der Intensität der Ilintergrundstrahlung resultierender Rauschimpuls den vorgegebenen Schwellwert überschreitet und dadurch eine Fehlmessung verursacht, hängt von den Bedingungen der Ilintergrundstrahlung ab, die sehr unterschiedlich sein können.
109825/0166 _ _
Bei bereits erprobten Laser-Entfernungsrneßgeräten ist deren Empfindlichkeit so eingestellt, daß selbst unter schwierigen Hintergrundsbedingungen (z.B. von der Sonne beschienene Wolken oder etarke Streuung des Sonnenlichts in das Empfangsobjektiv des Gerätes), die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlmessung einen bestimmten Betrag nicht überschreitet.
Daraus ergibt sich aber der wesentliche Kachteil, daß die Reichweite solcher Geräte nicht über einen bestimmten Grenzwert hinaus erhöht werden kann.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie befaßt sich mit der Aufgabe, die Empfindlichkeit und Reichweite von Laser-Entfernungsmeßgeräten der eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern bzw. zu er- ' höhen.
Das Verfahren zur Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Fotomultipliers, insbesondere in Laser-Lntfernungsmeßgeräten, besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Einstellung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Intensität der Hintergrund strahlung vorgenommen wird.
Dieses Verfahren ermöglicht es, die Empfangsempfindlichkeit eines wie eingangs beschriebenen Laser-Entfernungsmeßgerätes der jeweiligen Intensität der Hintergrundstrahlung anzupassen.
Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Verstärkungsfaktor des Fotomultipliere bei steigender Intensität der Hintergrundstrahlung herabgesetzt und J—-*— T^*DMoi+H* rtot. in nt nrgrunda trahlung erhöht
■ ■■- 5 -
Infolgedessen ergibt sich der bedeutende Vorteil, daß unabhängig von der Intensität der Hintergrundstrahlung die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlmessung bzw. Fehlanzeige durch einen den Schwellwert übersteigenden Rauschimpuls konstant gehalten wird.
Ist die Intensität der einfallenden Hintergrundstrahlung relativ klein, so wird aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens bei gleichbleibender Wahrscheinlichkeit für eine Fehlanzeige die maximale Reichweite wesentlich erhöht. Mit einer derartigen Reichweitenerhöhung ist automatisch eine Vergrößerung der Empfindlichkeit verknüpft, die bedeutend besser ist, als bei Laser-Entfernungsmeßgeräten, bei denen die Verstärkung des Fotomultipliers von vornherein auf einen vorgegebenen festen Betrag eingestellt ist.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der Anzahl der pro Zeiteinheit infolge Hintergrundstrahlung empfangenen Rauschimpulse, deren Impulshöhen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, die erforderliche Stellgröße für die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Fotomultipliers abgeleitet.
Diese Stellgröße wird dann einem Stellglied eingegeben, durch das die Hochspannungsversorgung des Fotoraultipli<irs in entsprechender Weine beeinflußt wird.
Die bereits erwähnten, sowie noch weitere Merkmale der Erfindung, werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen er-
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läutert.
Im Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 eine weitere Schaltungsanordnung, die eine Variante zur Anordnung gem. Fig. 1 bildet.
Die von einem anzumessenden Ziel diffus reflektierte Laser-Strahlung und die gegebenenfalls vorhandene nintergrundstraiilung tritt durch ein Eingangsobjektiv in das Entfernungsmeßgerät ein und gelangt hier wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, zum Fotomultiplier 4.
Eine im Strahlengang vor dem Fotomultipliers k angeordnete Gesichtsfeldblende 1 begrenzt den Gesichtsfeldwinkel des Fotomultipliers. Zwischen Linse 2 und Fotomultiplier k ist ein optisches Schuialbandfilter 3 eingeschaltet, das die Aufgabe hat, nur die Strahlung des interessierenden Spektralbereiches (des Senders) auf die Kathode des Fotomultipliers k hindurchzulassen.
Der Fotomultiplier h ist nun in einen Rüekkopplungskreis gelegt, mit dessen Hilfe erfindungsgemäß die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Fotomultipliers k in Abhängigkeit von der Intensität der Ilintergrundstrahlung vorgenommen werden kann.
Das durch den Video-Verstärker 5 verstärkte Ausgangssignal des Fotomultipliers h wird über den Kanal 6 einer speziellen elektronischen Auswerteschaltung zugeführt, die die weitere Verarbeitung
des Ausgangssignals für die Ermittlung der gesuchten Entfernung
-«noocymftK BAD ORIGINAL
Andererseits ist des Video-Verstärker 5 ein elektronischer Impulszähler 7 nachgeschaltet, der während eines bestimmten Zeitintervalls, z.B. von 0,1 bis lsec, die Anzahl der Rauschimpulse, deren Impulshöhen einen vorgegebenen Schwellwert von z.B. 1 Volt überschreite^zählt.
Der Impulszähler 7 ist ein auf eine vorgegebene Integrationszeit eingestellter Integrator. Er kann für die kurze Zeit des Meßvorgangs (Aussendung und Empfang eines Laser—Impulses) abschaltbar sein. Seine Zeitkonstante kann aber auch so groß sein, daß er auf die kurzzeitigen Laser—Echoimpulse nicht anspricht.
Der Impulszähler 7 gibt nach Maßgabe der empfangenen Rau sch!mpu Israte eine proportionale Spannung U^ ab, die" als Stellgröße für ein Stellglied 9 dient.
Durch das Stellglied 9 wird dann die Eingangsspannung V„ eines UochspaiinungstransforBators IO entsprechend dem jeweiligen Betrag der Stellgröße U1 verändert.
Der Hochspannungstransformator 10 ist ein Bestandteil eines nidi t eingezeichneten Gleichspannungswandlers, der die für den Betrieb des Fotoraultipliers erforderliche hohe Gleichspannung von ca. 1,6 KV erzeugt.
Zusätzlich ist nun noch ein mit dem Stellglied 9 in Verbindung stehendes Potentiometer 11 vorgesehen, das zur Einstellung der Wahrscheinlichkeit für eine Fehlmeldung bzw. Fehlanzeige dient.
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-β- ί623420
Mit Hilfe des Potentiometers 11 läßt sich also erwünschtenfalls die je nach speziellem Anwendungsfall erlaubte Wahrscheinlichkeit für eine Fehlanzeige durch die Auswerteelektronik des Laser-Entfernungsmeßgerätes infolge von Rauschimpulsen, die den vorgegebenen Schwellwert überschreiten, von Hand einstellen.
Um einen sofortigen Überblick zu erhalten, auf welche Wahrscheinlichkeit für Fehlmessungen das Gerät gerade eingestellt ist, wird der jeweilige Wahrscheinlichkeitswert durch ein Anzeigeinstrument gesondert angegeben.
Dieses Anzeigeinstrument 8, das beispielsweise ein Voltmeter oder ein Digitalanzeigegerät sein kann, wird direkt mit der vom Impulszähler 7 abgegebenen Spannung U^ gespeist.
Die Kennlinie des Stellglieds 9 it»t an den Fotomultiplier k angepaßt und verläuft so, daß die Eingang«spannung U2 des Ilochspannungstransforuiators 10 bei steigender Spannung Uj abnimmt.
Neben der Schaltungsanordnung gem. Fig." i, die einen Rückkopplungskreis beinhaltet und .,ie aufgrund der Tatsache, daß sowohl die Laser-Echoimpulse als auch die Hintergrundstrahlung durch den gleichen Empfänger, nämlich den Fotomultiplier 4, empfangen und durch den nachfolgenden Video-Verstärker 5 verstärkt werden, den Vorteil Unt, daß die Intensität der Hirt ergrundstrahlung im interessierenden Spektralbereich berücksichtigt wird, ist im Rahmen der Erfindung noch eine weitere Anordnung denkbar, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
10 9 8 2 5/0165 -1J-
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Hierbei wird zum Empfang der Hintergrundstrahlung ein zusätzlicher Empfänger 12 Verwendet, der das gleiche Gesichtsfeld wie der Potomultiplier k besitzt.
Der Empfänger X2. kann eine Folo^Diode oder Fotozelle bein und in Verbindung mit einem zugehörigen Ausgängskreis die über einen vorgegebenei Z<-i trmua integrierte Ilintergrundiritersität bestimmen und eine entsprec- «lde Ausgangsspannung IL· an das Btel!glied abgeben.
Auch hier wird wieder tile frahrscheinliehkeit für eine Fehlanzeige gesondert durch ein Anzeigeinstrument 8 angezeigt, Anzeigeinstrumen 8 und Stellglied 9 sind beide direkt dem Empfänger 12 naehgeschaltet.
- Patentansprüche -
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Claims (11)

Patentansprüche 1R 9 1 / 7 Π
1. Verfahren zur Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Fotomultipliers, insbesondere in Laser-Entfernungsineßgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung in Abhängigkeit von der Intensität der Ilintergrundstrahlung vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des Fotoraultipliers bei steigender Intensität der Ilintergrundstrahlung herabgesetzt und bei kleiner werdender Intensität der Ilintergrundstrahlung erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruchi bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Anzahl der pro Zeiteinheit infolge Ilintergrundstrahlung empfangenen Rauschirapulse, deren Irapulshühen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, die erforderliche Stellgröße für die Einstellung des Verstärkungsfaktors abgeleitet wird.
k. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Uauschimpulsrate abgeleitete Stellgröße einem Stellglied (9) eingegeben wird, durch das die Hochspannungsversorgung (lO) des Fotomultipliers ('») beeinflußt wird.
5, Verfahren nach Anspruch 1 bis hf dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlanzeige durch die Auswerteelektronik des Laser-KntfernungsmeUgerütes infolge
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von Rauschimpulsen, die den vorgegebenen Schwellwert überschreiten, am Stellglied (<j) einstellbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeit .für eine Fehlanzeige gesondert angezeigt wird.
7, Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Laser-Echoiiupulse als auch die Hintergrundstrahlung durch den gleichen Fotomultiplier (k) empfangen und durch den nachfolgenden Video-Verstärker (5) verstärkt werden.
8ο Verfahren mich Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang der Hintergrundstrahlung ein zusätzlicher Empfänger (12) verwendet wird, der das gleiche Gesichtsfeld wie der Fotomultiplier (h) besitzt.
9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen elektronischen Impulszähler (7), der dein Video-Verstärker (5) nachgeschaltet ist und nach Maßgabe der empfangenen llauschimpulsrate eine proportionale Spannung (U1) abgibt, die als Stellgröße für ein Stellglied (9) diunt, durch das die Eingangsspannui.g (Uq^ des Hochspannungstrans formator (1O) für den Fotomultiplier (4) entsprechend der Stellgröße (U1) verändert wird; ferner gekennzeichnet durch ein Potentj meter (Ii) zur Einstellung der Wahrscheinlichkeit für eine Fehl- . messung bzw. Fehlanzeige am stellglied (9)» sowie ein Anzeigeinetrument (8) zur Anzeige der Wahrscheinlichkeit für eine Fehlanzeige. - 109825/016 5 copy
BAD-ORIGINAL ~ ■* -
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Impulszähler (7) ein auf eine vorgegebene Integrationszeit eingestellter bzw. einstellbarer Integrator ist, der eine Atisgangs spannung (U1) liefert, die der Zahl der Rauschimpulse, die Über einem vorgegebenen Sciivellwert liegen und während der Integrationszeit erscheinen, proportional ist.
11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1 bis 6 und nach Anbpruch S1 dadurch gekennzeichnet, daß in Abwandlung der Anordnung gemäß Anspruch 9 das Anzeigeinstruiaent (8) und das Stellglied (9) direkt dem gesonderten Empfänger (12) nachgeschaltet sind.
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BAD ORIGINAL
DE19671623420 1967-06-28 1967-06-28 Verfahren und schaltungsanordnung zur einstellung des ver staerkungsfaktors eines fotomultipliers in laser entfernungs messgeraeten Pending DE1623420B2 (de)

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