DE2229339A1

DE2229339A1 - Elektrooptischer entfernungsmesser

Info

Publication number: DE2229339A1
Application number: DE2229339A
Authority: DE
Inventors: Rene Nuenlist
Original assignee: Kern and Co AG
Current assignee: Leica Aarau AG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1973-11-22
Also published as: CH551628A; DE2229339B2

Description

Elektrooptischer Entfernungsmesser Die Erfindung betrifft einen elektrooptischen Entfernungsmesser mit einem Sender zur Abgabe eines mit zwei verschiedenen Messfrequenzen 2 und 2 mit > aJ2 modulierbaren Lichtstrahls und mit einem Empfänger zur Aufnahme der von einem Reflektor am Ende der zu messenden Strecke reflektierten Messignale, wobei im Empfänger eine Phasenmessschaltung vorgesehen ist zum Messen der Phasenverschiebung zwischen den Messignalen und direkt vom Sender an den Empfänger übertragenen Referenzsignalen.
Zur elektrooptischen Entfernungsmessung ist es bekannt,mindestens zwei Messfrequenzen auszusenden, sie von einem am Ende der Messstrecke aufgestellten Reflektor reflektieren zu lassen und sie dann in einem Empfänger aufzunehmen. Durch Ermittlung der Phasendifferenz zwischen dem Messstrahl und einem Referenzstrahl, welcher nicht über die Messstrecke, sondern direkt vom Sender auf den Empfänger übertragen wird, kann aus der Phasenmessung die Entfernung des Reflektors bestimmt werden. Die aenauigkeit einer derartigen Entfernungsmessung hängt selbstverständlich von der verwendeten Messfrequenz ab. Je höher die Messfrequenz ist, desto feiner kann die Entfernung bestimmt werden. Durch die Phasenmessung gehen jedoch ganze Vielfache der Wellenlänge zwischen dem Sender und dem Reflektor nicht in das Messergebnis ein. Es ist aus diesem Grunde bekannt, eine Grobmessung mit einer relativ niedrigen Frequenz durchzuführen, um eine erste Näherung für die Entfernung zu erhalten, und anschliessend eine Feinmessung mit einer relativ hohen Frequenz durchzuführen, welche die gewünschte Genauigkeit liefert.
Zur Verarbeitung der empfangenen Messignale für die nachfolgende Phasenmessung ist es bekannt, für jede der verwendeten Messfrequenzen einen Hilfsoszillator vorzusehen, dessen Frequenz mit der ihm zugeordneten Messfrequenz überlagert wird. Die entstehende Zwischenfrequenz wird zum Phasenvergleich zwischen dem Messignal und dem Referenzsignal, beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsdiskriminators, herangezogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die relativ aufwendige Messanordnung dahingehend zu vereinfachen, dass sie bei gleichbleibender Messgenauigkeit weniger Bauteile benötigt als bisher bekannte Vorrichtungen dieser Art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Empfänger ein Hilfsoszillator vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal dem Messwegsignal und dem Referenzsignal überlagert ist, wobei die Frequenz # des Hilfsoszillators der Differenz 41 -2 der beiden Messfrequenzen entspricht, und dass die entstehenden Zwischenfrequenzen Z ZF : k51 -: Q = 42 der Phasenmessschaltung zugeführt sind. Die Reduzierung in der Anzahl der Bauteile wirkt sich bei den relativ teuren und aufwendigen Elementen stark reduzierend auf die Herstellungs- und die Montagekosten aus. Auch das Einstellen und ein eventuelles Nachstellen der Vorrichtung werden wesentlich vereinfacht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt das Blockschaltbild des beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Die wesentlichen Bestandteileder beschriebenen Vorrichtung sind ein Sender 1, ein Empfänger 2 sowie ein am Ende der Messstrecke aufgestellter Zielreflektor 3.
Der Sender umfasst beispielsweise einen Oszillator 10, eine Teilerstufe 11 und einen Modulator 12. Im Modulator wird der zu sendende Lichtstrahl entweder mit der direkt vom Oszillator 10 kommenden Frequenz 21 oder mit der in der Teilerstufe 11 untersetzten zweiten Frequenz 4 2 moduliert. Selbstverständlich können auch zwei voneinander getrennte Oszillatoren zur Abgabe der beiden Messfrequenzen W1 undGJ2 vorgesehen sein. Die Umschaltung von einer Frequenz auf die andere kann mit Hilfe eines Umschalters 13 erfolgen.
Ueber einen am Ausgang des Senders angeordneten Strahlenteiler 14 wird ein Teil des Ausgangssignals dem Reflektor 3 zugeführt, während ein anderer Teil über einen Referenzkanal und einen Umlenkspiegel 15 direkt dem Empfänger 2 zugeleitet wird.
Der Empfänger 2 besteht aus einem Messkanal und einem identisch aufgebauten Referenzkanal. Im Messkanal wird das empfangene Messwegsignal von einem photoelektrisehen Wandler, beispidsweise einer Photo-Avalanche-Dio~de 20 in ein elektrisches Signal umgeformt und einer Mischstufe 21 zugeführt. In der Mischstufe wird das empfangene Signal mit einer Hilfsfrequenz a überlagert, welche in einem Hilfsoszillator 22 erzeugt wird. Der Ausgang der Mischstufe 21 steht mit einem Zwischenfrequenzverstärker 23 in Verbindung, welcher eine Bandpassfunktion für die am Ausgang der Mischstufe entstehende Zwischenfrequenz aufweist. Ueber einen zweiten Eingang wird dem Zwischenfrequenzverstärker die tiefere der beiden Messfrequenzen, beispielsweise die Frequenz #2 direkt, unter Umgehung der Mischstufe, zugeführt. Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 23 ist an ein-Phasenmessgerät 25 angeschlossen.
Der identisch mit dem Messkanal aufgebaute Referenzkanal umfasst einen zweiten photoelektrischen Wandler 26, eine zweite Mischstufe 27 und einen zweiten Zwischenfrequenzverstärker 28 Die Frequenz des Hilfsoszillators 22 ist nun so gewählt, dass sie der Differenz der beiden verwendeten Messfrequenzen entspricht. Dadurch ist es möglich, nur einen Hilfsoszillator zu verwenden, welcher die Umsetzung der einen Messfrequenz vornimmt.
Werden beispielsweise als Messfrequenzeidie beiden Frequenzen co1 : 10 MHz und t2 = 100kHz verwendet, so wird der Hilfsoszillator 22 auf die Differenz der beiden Messfrequenzen, nämlich auf # = #1 - # 2 : 9,9 MHz, eingestellt. In den Mischstufen 21 und 27 entsteht durch Ueberlagerung der Hilfsfrequenz mit der höheren Messfrequenz 5 die Zwischenfrequenz ZF = #1 - # = #2 = 100 kHz. Diese Zwischenfrequenz wird von den entsprechend eingestXllten Zwischenfrequenzverstärkern 23 und 28 durchgelassen. Die tiefere Messfrequenz # 2 erzeugt hingegen Frequenzgemische, die von den als Bandpass ausgelegten Zwischenfrequenzverstärkern nicht durchgelassen werden. Aus diesem Grund sind die Mischstufen mit einer Ueberbrückung für die tiefere Messfrequenz versehen, so das diese Messfrequenz #2 = 100 kHz den Zwischenfrequenzverstärkern direkt zugeführt wird.
Zum Eichen der beschriebenen Vorrichtung kann der vom Strahlenteiler 14 dem Umlenkspiegel 15 zugeführte Referenzstrahl auf den Messkanaleingang des Empfängers umgeleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Umlenkspiegel 15 als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist, während am Messkanaleingang des Empfängers ein zweiter Strahlenteiler 16 angeordnet ist.
Mit Hilfe einer Umschaltblende 17 lässt sich entweder der Messstrahl oder der zwischen dem Spiegel 15 und dem zweiten Strahlenteiler 16 auftretende Kurzwegstrahl ausblenden.
Durch die beschriebene Einrichtung wird ein bisher üblicher zweiter Mischoszillator eingespart, wobei der Empfänger so ausgelegt ist, dass je nach eintreffender Frequenz automatisch das richtige Signal zum Phasenmessgerät durchgeschaltet wird.

Claims

Patent anspruch

Elektrooptischer Entfernungsmesser mit einem Sender zur Abgabe eines mit zwei verschiedenen Messfrequenzen #1 und 22 mit w 1 > #2, modulierbaren Lichtstrahls und mit einem Empfänger zur Aufnahme der von einem Reflektor am Ende der zu messenden Strecke reflektierten Messsignale, wobei im Empfänger eine Phasenmessschaltung vorgesehen ist, zum Messen der Phasenverschiebung zwischen den Messignalen und direkt vom Sender an den Empfänger übertragenen Referenzsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfänger (2) ein Hilfsoszillator (22) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal dem Messwegsignal und dem Referenzsignal überlagert ist, wobei die Frequenz # des Hilfsoszillators der Differenz #1 -#2 der beiden Messfrequenzen entspricht, und dass die entstehenden Zwischenfrequenzen #ZF =tO1 ~ g 2 der Phasenmessschaltung (25) zugeführt sind.

L e e r s e i t e