DE2229339B2

DE2229339B2 - Zur Fein- und Grobmessung umschaltender elektrooptischer Entfernungsmesser

Info

Publication number: DE2229339B2
Application number: DE2229339A
Authority: DE
Inventors: Rene Aarau Nuenlist (Schweiz)
Original assignee: Kern and Co AG
Current assignee: Leica Aarau AG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1980-10-16
Also published as: CH551628A; DE2229339A1

Description

einem identisch aufgebauten Referenzkanal. Im Meßkanai wird das empfangene Meßwegsignal von einem photoelektrischen Wandler, beispielsweise einer Photo-Avalanche-Diode 20 in ein elektrisches Signal umgeformt und einer Mischstufe 21 zugeführt. In der Mischstufe wird das empfangene Signal mit einer Hilfsfrequenz Ω überlagert, welche in einem Hilfsoszillator 22 erzeugt wird. Der Ausgang der Mischstufe 21 steht mit einem Zwischenfrequenzverstärker 23 ?n Verbindung, welcher eine Bandpassfunktion für die am Ausgang der Mischstufe entstehende Zwischenfrequenz aufweist Über einen zweiten Eingang wird dem Zwischenfrequenzverstärker die tiefere der beiden Meßfrequenzen, beispielsweise die Frequenz ω₂ 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, oine zweite Mischstufe 27 und einen zweiten Zwischenfrequenzverstärker 28.

Die Frequenz des HilfsoszUIators 22 ist nun so gewählt, daß sie der Differenz der beiden verwendeten MeRfrequenzen entspricht. Dadurch ist es möglich, nur einen Hilfsoszillator zu verwenden, welcher die Umsetzung der einen Meßfrequenz vornimmt.

Werden beispielsweise als Meßfrequenzen die beiden Frequenzen ω, = 10 MHz und ,Jj₂ = IOOkKz verwendet, so wird der Hilfsoszillator 22 auf die Differenz der beiden Meßfrequenzen, nämlich auf £2= ω, — ω₂ = 9,9 MHz, eingestellt. In den Mischstufen 21 und 27 entsteht durch Überlagerung der Hilfsfrequenz Ω mit der höheren Meßfrequenz ω, die Zwischenfrequenz ω^ = ω, — Ω = ω₂ = s 100 kHz. Diese Zwischenfrequenz wird von den entsprechend eingestellten Zwischenfrequenzverstärkern 23 und 28 durchgelassen. Die tiefere Meßfrequenz a»2 erzeugt hingegen Frequenzgemische, die von den als Bandpass ausgelegten Zwischenfrequenzverstärkern nicht durchgelassen werden. Aus diesem Grund sind die Mischstufen mit einer Überbrückung für die tiefere Meßfrequenz versehen, so daß diese Meßfrequenz a>₂ = 100 kHz den Zwischenfrequenzverstärkern direkt zugeführt wird.

Zum Eichen der bschriebenen 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 auftre-

tende 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal,

Patentanspruch: beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsdiskrirnina-

tors, herangezogen.

Zur Fein- und Grob-Messung umschaltender Es ist auch schon eine Anordnung zum Messen von elektrooptischer Entfernungsmesser mit einem 5 Entfernungen bekannt, die mit Hilfe zweier Meßfre-Sender zur Abgabe eines mit zwei verschiedenen quenzen und von deren Differenzfrequenz arbeitet Meßfrequenzen ω, und ω₂, mit ω_χ > ω₂, modu- (DE-OS 2038936, AGA). Dabei werden die Signale lierbaren Lichtstrahls und mit einem Empfänger mit den beiden Meßfrequenzen von zwei Generatoren zur Aufnahme der von einem Reflektor am Ende erzeugt. Diese sind zum Erzeugen des Signals mit der der zu messenden Strecke reflektierten Meßsi- ίο Differenzfrequenz mit einem Mischer verbunden und gnale, wobei im Empfänger eine Phasenmeßschal- über einen Umschalter mit zwei Schalterstellungen rung vorgesehen ist zum Messen der Phasenver- wahlweise und wechselseitig an einen Sender bzw. an Schiebung zwischen den Meßsignalen und direkt einen Empfänger zwecks Modulation von deren Sivom Sender an den Empfänger übertragenen Re- gnalen anschaltbar. Zur Bestimmung der gegenseititerenzsignalen, dadurch gekennzeichnet, is gen Phasendifferenz der Signale mit der Differenzfredaß im Empfänger (2) ein Hilfsoszillator (22) vor- quenz, die ein Maß für die zu messende Entfernung gesehen ist, dessen Ausgangssignal d,3m Meßweg- darstellt, ist ein .Phasenmesser zum einen an den Misignal und dem Referenzsignal überlagert wird, scher und zum anderen an den Empfänger angewobei die Frequenz Ω des Hilfsoszillators der schlossen, von denen er die Signale mit der Differenz-Differenz (O₁ — (O₂ der beiden Meßfrequenzen 20 frequenz zugeführt erhält.

entspricht, und daß sowohl die Fein- als auch die Eine derartige Anordnung bedingt einen relativ

Grob-Messung bei der Frequenz <u₂ in der Pha- hohen Aufwand an Phasenverzögerern, Anzeigein-

senmeßschaltung (25) erfolgt. Strumenten, synchron laufenden Schaltern und Verzögerungsgliedern .

25 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die re-

lativ aufwendige Meßanordnung dahingehend zu vereinfachen, daß sie bei gleichbleibender Meßgenauigkeit weniger Bauteile benötigt als bisher bekannte

Die Erfindung betrifft einen zur Fein- und Grob- Vorrichtungen dieser Art.

messung umschaltenden elektrooptischen Entfer- 30 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

nungsmesser mit einem Sender zur Abgabe eines mit löst, daß im Empfänger ein Hilfsoszillator vorgesehen

zwei verschiedenen Frequenzen ω, und Co₁, mit ist, dessen Ausgangssignal dem Meßwegsignal und

ωι > ω₂, modulierbaren Lichtstrahls und mit einem dem Referenzsignal überlagert wird, wobei die Fre-

Empfänger zur Aufnahme der von einem Reflektor quenz Ω des Hilfsoszillators der Differenz ω, — ω_:

am Ende der zu messenden Strecke reflektierten 35 der beiden Meßfrequenzen entspricht, und daß sowoh'

Meßsignale, wobei im Empfänger eine Phasenmeß- die Fein- als auch die Grobmessung bei der Frequenz

schaltung vorgesehen ist zum Messen der Phasenver- ω₂ in der Phasenmeßschaltung erfolgt. Die dadurch

Schiebung zwischen den Meßsignalen und direkt vom bewirkte Verminderung der Anzahl der Bauteile wirkt

Sender an den Empfänger übertragenen Referenzsi- sich aufgrund der relativ teuren und aufwendigen EIe-

gnalen. 40 mente stark reduzierend auf die Herstellungs- und die

Zur elektrooptischen Phasenmessung ist es be- Montagekosten aus. Auch das Einstellen und ein

kannt, mindestens zwei Meßfrequenzen auszusenden, eventuelles Nachstellen der Vorrichtungen werden

sie von einem am Ende der Meßstrecke aufgestellten wesentlich vereinfacht.

Rj Reflektor reflektieren zu lassen und sie dann in einem Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er-

* Empfänger aufzunehmen. Durch Ermittlung der Pha- 45 findung anhand einer Zeichnung näher erläutert,

sendifferenz zwischen dem Meßstrahl und einem Re- Die Figur zeigt das Blockschaltbild des beschriebc-

ferenzstrahl, welcher nicht über die Meßstrecke, son- nen Ausführungsbeispiels.

dem direkt vom Sender auf den Empfänger Die wesentlichen Bestandteile der beschriebenen

übertragen wird, kann aus der Phasenmessung die Vorrichtung sind ein Sender 1, ein Empfänger 2 sowie

Entfernung des Reflektors bestimmt werden. Die Ge- 50 ein τη Ende der Meßstrecke aufgestellter Zielreflek-

nauigkeit einer derartigen Entfernungsmessung hängt tor 3.

selbstverständlich von der verwendeten Meßfrequenz Der Sender umfaßt beispielsweise einen Oszillator ab. Je höher die Meßfrequenz ist, desto feiner kann 10, eine Teilerstufe 11 und einen Modulator 12. Im die Entfernung bestimmt werden. Durch die Phasen- Modulator wird der zu sendende Lichtstrahl entweder messung gehen jedoch ganze Vielfache der Wellen- 55 mit der direkt vom Oszillator 10 kommenden Frclänge zwischen dem Sender und dem Reflektor nicht quenz ω, oder mit der in der Teilerstufe 11 untersetzin das Meßergebnis ein. Es ist aus diesem Grunde be- ten zweiten Frequenz w₂ moduliert. Selbstverständkannt, eine Grobmessung mit einer relativ niedrigen Hch können auch zwei voneinander getrennte Frequenz durchzuführen, um eine erste Näherung für Oszillatoren zur Abgabe der beiden Meßfrequenzen die Entfernung zu erhalten, und anschließend eine mi (U₁ und ω₂ vorgesehen sein. Die Umschaltung von ei-Feinmessung mit einer relativ hohen Frequenz durch- ner Frequenz auf die andere kann mit Hilfe eines Umzuführen, welche die gewünschte Genauigkeit liefert. schalters 13 erfolgen.

Zur Verarbeitung der empfangenen Meßsignale für Über einen am Ausgang des Senders angeordneten

die nachfolgende Phasenmessung ist es bekannt, für Strahlenteiler 14 wird ein Teil des Ausgangssignals

jede der verwendeten Meßfrequenzen einen Hilfsos- μ dem Reflektor 3 zugeführt, während ein anderer Teil

zillator vorzusehen, dessen Frequenz mit der ihm zu- über einen Referenzkanal und einen Umlenkspiegel

geordneten Meßfrequenz überlagert wird. Die entste- 15 direkt dem Empfanger 2 zugeleitet wird,

hende Zwischenfrequenz wird zum Phasenvergleich Der Empfänger 2 besteht aus einem Mcßkanal und