DE2301945B1 - Empfänger für impulsfSrmige Lichtsignale - Google Patents

Description

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gleichsspannung U₁. Diese Schaltung N kann auch in Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gebekannter Weise eine Impulsregenerierung vorneh- löst, daß neben der genannten Regelung eine zweite, men, d. h. alle Ausgangsimpulse rechteckförmig ab- schnellere Regelung vorgesehen ist, deren Regelspangeben, gegebenenfalls auch alle Impulse in gleicher nung aus den Spannungen am Ausgang des Empfän-Höhe. Am Ausgang 4 der Schaltung N liegt also ein 5 gers vor der Nullpunktsunterdrückung gewonnen gereinigtes Signal vor. Es ist ferner bekannt, daß die wird. Diese ist in Fig. 1 durch den zusätzlichen Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elements D Komparator K 2 gegeben, dem die bereits genannte oder die Verstärkung des Verstärkers V geregelt Regelspannung U₁ als Vergleichsspannung zugeführt wird, vorzugsweise derart, daß die im gereinigten Si- wird. Dem Komparator K 2 werden die Ausgangsgnal enthaltenden Störimpulse auf ein bestimmtes io spannungen des Verstärkerausgangs 1 zugeführt und Maß eingestellt werden. Beispielsweise kann die An- dort durch Speicherung in dem Speicher 5 2 in eine zahl der Störimpulse pro Zeiteinheit vorgeschrieben zum schnelleren Regeln geeignete Spannung U₅ umsein und durch die Regelung eingestellt werden. Dies gewandelt. Die Erzeugung der Regelspannung U₅ in geschieht im Beispiel von Fig. 1 durch den Kompa- K2 über den Speicher 52 kann wesentlich schneller rator JKTl, in dem das vorgeschriebene Maß der Stör- 15 erfolgen als die Regelung über den Speicher 51, weil impulse durch eine Vergleichsspannung U₂ darge- direkt am Verstärkerausgang 1 mehr Störimpulse pro stellt wird. Da die Störimpulse statistischer Natur Zeiteinheit verfügbar sind als hinter dem Gerät 2V, sind, benötigt der Komparator K1, einen Speicher das die weitaus meisten Störimpulse nicht durchläßt. Sl, in dem aus den einkommenden Störimpulsen Nach diesem Verfahren erreicht man eine schnelle eine hinreichend langsam veränderliche, für den ge- 20 Regelung und gleichzeitig die Einhaltung des gewünschten Regelvorgang geeignete Spannung U_z er- wünschten Kriteriums, daß die Zahl der Störimpulse zeugt wird. Aus dem Spannungsvergleich von U₂ und des gereinigten Signals am Punkt 4 langzeitlich kon- U₃ gewinnt der Komparator Kl eine Regelspann- stant bleibt mit nur kurzfristigen Abweichungen im nung U_v die bei bereits bekannten Geräten diseer Fall sehr schneller Änderungen der Störsignale, aber Art direkt zur Regelung der Empfindlichkeit und/ 25 mit kleineren Abweichungen und kürzerer Dauer der oder der Verstärkung verwendet wird. Hierbei wird Abweichungen als ohne den zweiten Regelkreis nach je nach Art des lichtempfindlichen Elements entwe- der Erfindung.

der das lichtempfindliche Element D oder der Ver- In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist

stärker V oder beide geregelt. Die Regelung des der Speicher 5 2 wegen des statistischen Charakters

lichtempfindlichen Elements wird als Empfindlich- 30 der ihm zugeführten Spannungen eine Anordnung

keitsregelung, die Regelung des Verstärkers als Ver- zur Bildung des Effektivwerts der Ausgangsspannung

Stärkungsregelung bezeichnet. des Verstärkers.

Beispielsweise wird in der deutschen Patentanmel- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dung H 2091, Klasse 21a⁴, Gruppe 22-05, ein Emp- der Ef fektivwertbildner ein annähernd linearer Gleichfänger für impulsmodulierte Trägerwellen beschrie- 35 richter, der mit Hilfe eines nachgeschalteten Kondenben. Bei dieser bekannten Einrichtung sind zwei Ver- sators und eines Ableitwiderstandes in bekannter stärkerstufen vorhanden, die so ausgebildet sind, daß Weise den arithmetischen Mittelwert der positiven die erste nur diejenigen Teile der Impulse durchläßt, oder negativen Momentanwerte der Ausgangsspanderen Höhe einen bestimmten Wert übersteigt, wäh- nung des Verstärkers bildet. Es ist bekannt, daß ein rend die zweite Verstärkerstufe nur diejenigen Im- 40 solcher mittelwertbildender Gleichrichter bei statipulse durchläßt, deren Zeitdauer einen bestimmten stisch verteilten Spannungsverläufen bei richtiger Di-Mindestwert übersteigt. Diese zweite Verstärkerstufe mensionierung eine Ausgangsspannung ergibt, die ist in der vorliegenden Erfindung nicht enthalten und dem Effektivwert sehr nahe kommt. Durch eine wird zur Lösung der Aufgabe nicht benötigt. Die er- solche Diodengleichrichtung werden einige weitere, ste Verstärkerstufe, an deren Ausgang die Begren- 45 vorteilhafte Eigenschaften der Anordnung möglich, zung der Amplitude erfolgt ist, besteht in F i g. 1 aus die manche andere Effektivwertmesser nicht besitzen, den Verstärkern V und N mit einer Regelung, die Der Regelvorgang wird in gewissem Umfang davon der Spannung am Punkt 4 ausgeht, beispiels- durch gestört, daß in der Spannung am Ausgang 1 weise in der Form, die durch den Regler K1 darge- des Verstärkers V neben den Störspannungen auch stellt ist und direkt entweder D oder F regelt. 50 noch die Signalimpulse vorhanden sind. Im Idealfall

Das bisher genannte Verfahren regelt relativ lang- soll die Regelung unabhängig von den in wechseinsam, weil in der amplitudenbegrenzenden Schal- der Anzahl und wechselnder Größe auftretenden SitungTV die meisten Störsignale unterdrückt werden gnalimpulsen sein. Wenn die Signalimpulse hinrei- und daher zur Erzeugung der Regelspannung U₃ in chend selten und hinreichend klein sind, kann die 51 nur relativ wenige Störimpulse verfügbar sind. Dies 55 Regelung nach der bisher beschriebenen Methode ererfordert lange Speicherzeiten. Bei manchen Anwen- folgen, ohne daß die Signale den Regelvorgang meßdungen ändern sich die Störungen schnell, z. B. beim bar beeinflussen. Im Fall stärkerer und häufiger Si-Beobachten des Erdbodens von einem Flugzeug aus gnale werden in einer weiteren Ausgestaltung der Er- oder beim schnellen Schwenken des optischen Sy- findung mehrere Maßnahmen einzeln oder gleichzeistems in einer Landschaft mit großen Unterschieden 60 tig angewendet, um den Einfluß der Lichtsignale auf des Streulichts oder der Hintergrundhelligkeit. Dann den Regelvorgang zu vermindern oder aufzuheben,
reicht die Regelgeschwindigkeit des Komparators Kl Eine dieser Maßnahmen besteht darin, daß das wegen der notwendigerweise langen Zeitkonstante des gleichrichtende Element, z.B. Diode, so angeschlos-Speichers 51 nicht aus. sen ist, daß die am Ausgang 1 des Verstärkers V auf-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 65 tretenden Impulse der Lichtsignale den Gleichrichter

schnellere Regelung zu ermöglichen und dabei in seiner Sperr-Richtung aussteuern und deshalb kei-

gleichzeitig die langzeitliche Regelung der vorher ge- nen Beitrag zum gleichgerichteten Strom geben,

nannten Art weitgehend aufrechtzuerhalten. Hierbei wird die bekannte Tatsache benützt, daß Im-

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pulsverstärker für Lichtsignale Gleichstromverstärker quenzen enthalten sind, die in einem Verstärker mit sind, die zwecks langzeitlicher Konstanthaltung des Hochpaßcharakter in bekannter Weise niederfre-Arbeitspunkts eine Tiefpaßrückführungsschaltung quente Störungen ergeben, die die stabilisierende zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers be- Wirkung der Tiefpaß-Rückführung A beeinflussen sitzen, wie beispielsweise die ÄC-Schaltung A aus 5 und Störspannungen im Verstärkerausgang ergeben, F ig. 2 bei eingeschalteten Schaltern Schi bis Sen 3. die auch den Gleichrichter S 2 signalabhängig beein-Die dauernd vorhandenden Störimpulse werden flüssen. Diese Störungen können sehr klein sein, durch diese Tiefpaß-Rückführungsschaltung A so wenn die Lichtsignale hinreichend klein und selten verschoben, daß ihr zeitlicher Mittelwert nahezu Null sind. Falls diese Störungen jedoch zu groß sind und ist und die statistisch verlaufenden Störimpulse am io der Zeitpunkt des Beginns der Lichtsignale und der Verstärkerausgang 1 den Charakter von Stör-Wech- Zeitpunkt des Aufhörens der Lichtsignale bekannt selspannungen haben. Dagegen erscheinen dort die ist, können Schalter eingebaut werden, die die am kurzzeitigen und in relativ geringerer Zahl auftreten- Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Regeiden Impulse der Lichtsignale immer in Form von kreise alle oder teilweise so lange abschalten, wie Gleichstromimpulsen gleicher Polarität, wenn die 15 Störungen durch Lichtsignale zu erwarten sind. Ein Grenzfrequenz der Tiefpaß-Rückführung hinrei- solches Abschalten stört die Regelvorgänge nicht, chend niedrig ist. Der Gleichrichter im Speicher 5 2 wenn die Zeitdauer des Abschaltens wesentlich kleirichtet also stets die Störimpulse als Wechselspan- ner als die Zeitkonstanten der abgeschalteten Regelnungsvorgänge gleich, während er die Gleichstrom- kreise ist. Solche Möglichkeiten sind anwendbar, impulse der Lichtsignale unterdrückt, wenn diese 20 wenn beispielsweise bei einem Impulslaser-Entferin der Sperrichtung des Gleichrichters zugeführt wer- nungsmesser die Entfernungen der das Laserlicht reden, flektierenden Objekte in bekannten Grenzen liegen.

Der vorher beschriebene Vorgang wird in einer Hierbei besteht die Möglichkeit, durch den in

weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch unter- Fig. 2 gezeichneten Schalter Schi die Tiefpaßstützt, daß die Gleichrichterschaltung im Speicher 52 35 Rückführung^ für das genannte Zeitintervall abzuin bekannter Weise so gestaltet wird, daß sie Hoch- schalten. Dann wirkt der Verstärker in diesem Zeitpaßcharakter hat, d. h. auf hinreichend langsame, Intervall als Gleichstrom-Verstärker mit wesentlich gleichstromähnliche Vorgänge nicht reagiert. Im ein- niedrigerer Grenzfrequenz und die genannten Störunfachsten Fall geschieht dies dadurch, daß man zwi- gen durch niederfrequente Komponenten der Lichtschen den Ausgang 1 der Verstärkerschaltung V und 30 signal-Impulse sind wesentlich geringer,
den Eingang (2) des Gleichrichters in 52 ein Hoch- Ebenso besteht die Möglichkeit, den Speicher 52

paß-Filter legt. Dieses Hochpaßverhalten eliminiert während der Zeit möglicher Störerscheinungen der ebenfalls gleichspannungsähnliche, niederfrequente Lichtimpulse durch den Schalter Sch2 der Fig. 2 Anteile und fördert das Entstehen wechselspan- abzuschalten. Beide genannten Abschaltmöglichkeinungsähnlicher, gleichrichtbarer Störkomponenten. 35 ten können gleichzeitig angewendet werden, wenn Die Grenzfrequenz dieses Hochpaßverhaltens muß man den Schalter Sch 3 der F i g. 2 abschaltet,
oberhalb der Grenzfrequenz des Verstärkers liegen, Die genannten Schalter werden wegen der kurzen

wenn dieser Hochpaß zusätzliche Wirkungen erzeu- Schaltzeiten in bekannter Weise mit Hilfe elektronigen soll, die der Verstärker noch nicht erzeugt. scher Elemente (Dioden, Transistoren) gebildet. Im

Die Lichtsignale enthalten wegen ihrer Impulsform 40 Fall eines Laser-Entfernungsmessers werden diese grundsätzlich ein Frequenzgemisch, in dem auch Fre- Schalter durch den Sendeimpuls gesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 zeugten Zusatzspannungen abgeschaltet wird Patentansprüche: (Schi). 11. Empfänger nach Anspruch 6 oder 7, da-

1. Empfänger für impulsförmige Lichtsignale, durch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zur bei denen der Zeitabstand aufeinanderfolgender 5 Tiefpaß-Stabilisierungsschaltung (A) und zum Lichtsignale wesentlich größer ist als die Zeit- Speicher (5 2) des zweiten Regelvorgangs während dauer des einzelnen Lichtsignals, wobei die am der Zeitdauer der Lichtimpulse durch einen geAusgang des Empfängers auftretenden Störspan- meinsamen Schalter (Schi) abgeschaltet werden, nungen durch eine Nullpunktsunterdrückung ver- 12. Empfänger nach Anspruch 9 oder 10 mindert und die danach verbleibenden Störim- io oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalpulse durch eine Empfindlichkeitsregelung und/ ter (Schi, Schi, Sch2>) schnelle elektronische oder Verstärkungsregelung auf ein bestimmtes Schalter aus Dioden und/oder Transistoren sind. Maß eingestellt werden, dadurch ge kenn- 13. Empfänger nach Anspruch 12 für die Verzeichnet, daß neben der Regelung (K^) eine wendung in einem Laser-Entfernungsmesser, dazweite, schnellere Regelung (K₂) vorgesehen ist, 15 durch gekennzeichnet, daß die Schalter (Schi, deren Regelspannung aus den Spannungen am Schi, Sch3) durch den Senderimpuls gesteuert Ausgang (1) des Empfängers vor der Nullpunkts- werden.

unterdrückung gewonnen wird.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die beiden Regelvorgänge je 20

eine Regelspannung (U₁, U₅) erzeugen, die zu Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger

einer gemeinsamen Regelspannung (i/₆) zusam- für impulsförmige Lichtsignale, bei denen der Zeit-

mengefaßt sind. abstand aufeinanderfolgender Lichtsignale wesent-

3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch ge- lieh größer ist als die Zeitdauer des einzelnen Lichtkennzeichnet, daß die gemeinsame Regelspan- 25 signals, wobei die am Ausgang des Empfängers aufnung (CZ₆) gleich oder proportional der Summe tretenden Störspannungen durch eine Nullpunktsoder Differenz der beiden einzelnen Regelspan- unterdrückung vermindert und die danach verbleinungen (U₁, U₅) ist. benden Störimpulse durch eine Empfindlichkeitsre-

4. Empfänger nach Anspruch 3, dadurch ge- gelung und/oder Verstärkungsregelung auf ein bekennzeichnet, daß der zweite Regelvorgang einen 30 stimmtes, vorgeschriebenes Maß eingestellt werden. Speicher (Sl) enthält, an dessen Eingang (2) die Bei praktischen Anwendungsfällen können solche Spannungen am Ausgang (1) des Empfängers lie- Lichtsignale entweder einzelne rechteckförmig vergen und der eine Regelspannung bildet, die gleich laufende Lichtimpulse sein oder auch eine Gruppe oder proportional dem Effektivwert der Span- schnell aufeinanderfolgender Lichtimpulse geringer nungen am Ausgang (1) des Empfängers ist. 35 Gesamtdauer, wie sie beispielsweise entstehen, wenn

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch ge- ein Gelände mit dem Lichtblitz eines Laserstrahls kennzeichnet, daß der Speicher (52) des zweiten angestrahlt wird und mehrere Objekte aus unter-Regelvorgangs einen Gleichrichter und einen schiedlichen Entfernungen Lichtimpulse zurückstrah-Kondensator mit Ableitwiderstand enthält. len. Entscheidend für die Anwendung der vorliegen-

6. Empfänger nach Anspruch 5, dadurch ge- 40 den Erfindung ist, daß die Gesamtzeit der Gruppe kennzeichnet, daß der Gleichrichter so ange- der im Empfänger eintreffenden Lichtimpulse weschlossen ist, daß die am Ausgang (1) des Emp- sentlich kleiner ist als die Zeit, die anschließend verfängers auftretenden Impulse der Lichtsignale streicht, bis die nächste Signalgruppe im Empfänger den Gleichrichter in seiner Sperrichtung aussteu- eintrifft. Neben diesen Signalen gibt es in dem Empern. 45 fänger auch Störspannungen, die entweder elektro-

7. Empfänger nach Anspruch 6, bestehend aus nisches Rauschen der Verstärker oder elektronisches einem lichtempfindlichen Element (D) und einem Rauschen des lichtempfindlichen Umsetzers (z. B. Impulsverstärker (V) mit Hochpaßeigenschaften, Photodiode) oder Störspannungen aus dem Außendadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter- raum (z. B. Streulicht, thermische Strahlung, fremde schaltung so gestaltet ist, daß sie Hochpaßcha- 50 Lichtquellen) sind. Wenn der Empfänger für impulsrakter hat und ihre untere Grenzfrequenz ober- förmige Signale gebaut ist, d. h. sehr niedrige Frehalb der Grenzfrequenz des Verstärkers (V) liegt. quenzen nicht verstärkt, erscheinen auch diese Stö-

8. Empfänger nach Anspruch 7, dadurch ge- rangen am Ausgang des Empfängers impulsförmig. kenzeichnet, daß der Hochpaßcharakter der Es ist bekannt, daß man bei impulsförmigen Störun-Gleichrichterschaltung dadurch entsteht, daß vor 55 gen durch eine sogenannte Nullpunktsunterdrückung dem Eingang des Gleichrichters ein Hochpaßfil- alle Störimpulse ausscheiden kann, deren Höhe eine ter liegt. gewisse Mindesthöhe nicht überschreitet. Dadurch

9. Empfänger nach Anspruch 6 oder 7 mit wird die Anzahl der verbleibenden Störimpulse geeiner zwischen Ausgang (1) und Eingang (3) des ringer und das Signal besser erkennbar, wenn die Verstärkers (V) liegenden Tiefpaß-Schaltung (A) 60 Höhe der Signalimpulse die genannte Mindesthöhe zur Stabilisierung des Arbeitspunkts, dadurch ge- überschreitet.

kennzeichnet, daß diese Tiefpaß-Stabilisierungs- F i g. 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung,

schaltung während der Zeitdauer der Lichtsignale Das Lichtsignal fällt über ein optisches System 0 auf

durch einen Schalter (Sch 1) abgeschaltet wird. eine Photodiode D, die ein entsprechendes elektri-

10. Empfänger nach Anspruch 6 oder 7, da- 65 sches Signal einem Impulsverstärker V zuführt. Am durch gekennzeichnet, daß der Speicher (52) des Ausgang 1 des Verstärkers F liegt eine Schaltung N zweiten Regelvorgangs während der Zeitdauer zur Unterdrückung des Nullpunkts, die alle Spander durch die Lichtsignale im Verstärker (V) er- nungen unterdrückt, die kleiner sind als eine Ver-