DE2346183A1

DE2346183A1 - Verfahren und vorrichtung zur distanzmessung

Info

Publication number: DE2346183A1
Application number: DE19732346183
Authority: DE
Inventors: William Hugh Powell
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1972-09-13
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1974-03-28

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Distanzmessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Distanzmessung, und insbesondere die optische Distanzmessung unter Verwendung einer elektronischen Distanzmeßvorrichtung.
Eine elektronische Distanzmeßvorrichtung ist an sich bekannt und weist normalerweise einen Sender auf, um einen Lichtstrahl auf einen Reflektor zu richten, der von-dem Sender um die Distanz entfernt ist, die gemessen werden soll. Der Reflektor kann weggelassen werden, wenn die zu messende Distanz der Abstand von dem Sender zu einem Objekt ist, welches eine genügende Reflektivität hat, um ein verwendbares Lichtsignal zu einem Empfänger zurück zu reflektieren, der in dem Sender enthalten oder nahe bei diesem angeordnet ist. Das übertragene Licht wird auf viele verschiedene Arten bei den bekannten Systemen moduliert, um ein zeitliches Modulationsmuster zu schaffen, dessen Empfang von dem Empfänger abgetastet wird, der die erforderlichen Signale ordnungsgemäß in Abhängigkeit von dem Modulationsmuster, das in das übertragene Licht eingeführt ist, demoduliert. Die Begriffe "Licht" oder optische Frequenz" sollen in der folgenden Beschreibung nicht nur sichtbares Licht, sondern auch elektromagnetische Strahlung bei jeder geeigneten Frequenz bedeuten.
Die bekannte Vorrichtung hat mehrere Nachteile. Die Verwendung eines zeitlichen Modulationsmusters führt zu strengen Stabilitätserfordernissen, insbesondere an den elektronischen Schaltungen des Senders und des Empfängers, da jegliche Drift zu einem Fehler in der gemessenen Distanz führt. Verschiedene Hilfsmittel wurden in bekannten Vorrichtungen verwendet, um die Nachteile zu überwinden, die sich aus der Drift in den elektronischen Schaltungen ergeben.
Eine bekannte Form der zeitlichen Modulation besteht in der Übertragung einer im wesentlichen konstanten Meßfrequenze abwechselnd mit einer "Kalibrierfrequenz". Die Signale oder "Töne" werden mit einem intern erzeugten Referenzton in den Empfänger bei der Demodulation gemischt, um die Phasendifferenz zwischen den in einer Sequenz empfangenen Signalen abzuleiten und sie mit den Phasen der Signale bei der Übertragung zu vergleichen. Dieses System ist besonders anfällig gegen Fehler, die durch eine schnelle Drift in de Empfänger eingeführt werden.
Ein weiteres Verfahren, das bei bekannten Instrumenten zur Korrektur von Instabilitäten in den Sender verwendet wird, besteht darin, einen internen Weg für die Lichtabstrahlung von dem Sender an einen Bezugsempfänger vorzusehen, der in dem Sender enthalten ist, so daß das abgestrahlte Licht direkt zu dem Bezugsempfänger ohne Durchlaufen der Meßstrecke verlaufen kann. Instabilitäten im Sender werden durch solch ein System eliminiert, die Instabilitäten in dem Empfänger jedoch nicht. Eine andere Möglichkeit zur Uberwindung von Fehlern aufgrund der Instabilität besteht darin, den Me3strahl vor und nach jeder Ablesung zurückzusenden, so da3 Einpfängerinstabilitäten hingenommen werden können. Dazu ist jedoch eine mechanische Strahlumschaltung erforderlich, die umständlich ist und-selbst Fehler erzeugen kann und die darüber hinaus nicht eine schnelle Drift in dem Empfänger kompensiert, die zwischen der Me3- und der Kalibrierungsablesung auftritt. Dadurch wird jedoch das Problem nicht vollständig gelöst, da verschiedene Störunger die nacheinander übertragenen Töne beeinflussen, und diese Störungen verschwinden bei der Subtraktion nicht.
Ferner führt die Subtraktion von nacheinander gemessenen Phasen zu einem Verlust der ISeZgenauigkeit. Bei einigen bekannten Vorrichtungen wird versucht, diesen Verlust durch Verändern der Frequenz um eine oder mehrere Dekaden zu überwinden. Dadurch wird jedoch die erforderliche Bandbreite vergroßert, was unerwunscht ist. Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, wobei die Meß- und die Kalibrier-Töne nur durch eine schmale Frequenz getrennt sein müssen, so daß abgestimmte Schmalband-Schaltungen verwendet werden können. Dabei sollen die Erfordernisse für die Phasenstabilität des Empfängers gering sein.
Durch die Erfindung wird dazu ein Verfahren zur Distansmessung von einem Sender zu einem ausgewählten PmAt angegeben, bei dem ein Reflektor an einem vorgegebenen Punkt angeordnet wird, ein Strahl elektromagnetischer Strahlung von dem Sender auf den Reflektor gerichtet und die reflektierte Strahlung bei einem Empfänger nahe bei dem Sender erfaßt wird, die elektromagnetische Strahlung, die über den Reflektor zu dem Empfänger übertragen wird, mit zwei verschiedenen, im wesentlichen konstanten Modulationssignalen simultan moduliert wird, und bei dem schließlich die reflektierten, bei dem Empfänger erfaßten Signale demoduliert werden, um die Differenz zwischen den Phasen der zwei empfangenen Modulationssignale gegenüber den Phasen der Modulationssignale bei der Abstrahlung zu bestimmen, um eine Anzeige über die von den Modulationssignalen zwischen dem Sender und dem Empfänger über den Reflektor zurückgelegten Distanz zu liefern.
Dabei ist bevorzugt, daß die Frequenzen der Modulationssignale so gewählt sind, daß die modulierten Signale eine direkte Anzeige der Distanz in Standort-Entfernungseinheiten gibt.
Durch die Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Distanzmessung mit einem Sender angegeben, der über die zu messende Distanz an einen Empfänger ein elektromagnetisches Trägersignal senden kann, das durch erste und zweite Modulationssignale gleichzeitig moduliert ist, und der ferner die Modulationssignale als Bezugssignale an den Empfänger über einen anderen Weg als die Distanz senden kann, wobei der Ausgang des Empfängers an eine Schaltung zugeführt wird, die die empfangenen Signale demoduliert und auf die entsprechenden Phasenänderungen der ersten und zweiten Modulationssignale, die über die Distanz empfangen werden, gegenüber den Phasen der Bezugssignale, die über den anderen Weg als die Distanz empfangen werden, anspricht und davon ein Signal ableitet, das ein Maß für die Distanz ist.
Es ist ersichtlich, daß der Weg, der von dem die ersten und zweiten Modulationssignale tragenden Licht zurückgelegt wird, das Zweifache der zu messenden Distanz ist. In der Beschreibung wird das Wort essung für eine beliebige Form der Anzeige verwendet, die ein Maß für die gemessene Distanz liefert, und nicht lediglich für eine Anzeige der Distanz bezüglich herkömmlicher Meeinheiten. Beispielsweise kann der Ausgang der Meßvorrichtung ein elektrisches Analogsignal sein, das für die Verwendung in einer nachfolgenden Vorrichtung geeignet ist, in der die Distanz bekannt sein muß.
Vorzugsweise sind der Empfänger und der Sender in einem einzigen Gehäuse untergebracht, so daß das Bezugssignal, das von dem Empfänger zu dem Sender durchgegeben wird, als optisches Signal derselben Porm wie das 11Meßsignal" übertragen werden kann, das über die zu messende Distanz gesendet wird, oder es kann alternativ die Form elektrischer Schwingungen haben, die über einen elektrischen Leiter übertragen werden, Das Licht, das über die Meßstrecke übertragen wird, erfährt eine Zeitverzögerung von T = 2d/C, wobei C die Lichtgeschwindigkeit in Luft und d der Abstand zwischen dem Sender und dem Reflektor auf dem Objekt ist, dessen Distanz gemessen werden soll.
Diese Zeitverzögerung entspricht einer anderen Phasenverschiebung für jedes der übertragenen Modulationssignale gegenüber der Phase des Signales bei Ausstrahlung. Mit deren Worten ist die Phasenverzögerung d = 2df/C, wenn die Frequenz des Modulationssignales f ist.
Für die zwei Modulationssignale, die auf dem Lichtstrahl übertragen werden, und deren Frequenzen f1 und f2 sein sollen, ist daher die Differenz zwischen der Phasenverschiebung des empfangenen Signales gegenüber dem gesendeten Signal gegeben durch 2d(1-2) Dies kann alternativ geschrieben werden als: Wenn die Frequenzen der zwei Modulationssignale im wesentlichen konstant gehalten werden, ist ersichtlich, daß die Differenz zwischen den Phasenänderungen die von dem Licht zurückgelegte Distanz multipliziert mit einer Konstanten darstellen. Durch geeignete Auswahl der Frequenzen der Modulationssignale kann erreicht werden, daß diese Konstante ein Ausgangssignal liefert, das sich direkt in ausgewählten Meßeinheiten ablesen läßt. Wenn beispielsweise die Frequenz f1 in dem Bereich von (75000 + 75) KHz und f2 in dem Bereich von (75000 - 75) KHz liegt, dann stellt die Differenz zwischen den Phasenänderungen die 2) die Distanz d in Kilometer dar, da die Lichtgeschwindigkeit C in Bereich von 300 km pro Sekunde liegt.
orzugsweise ist der Empfänger für die Differenz zwischen den entsprechenden Phasenänderungen der ersten und zweiten Modulationssignale empfindlich und erzeugt ein Signal, das ein Maß für die Ite3strecke ist, als eine Frequenz der Wellenlänge eines Signals bei der Frequenz der Differenz zwischen den zwei Signalen.
In ähnlicher Weise ist bevorzugt, daß der Empfänger allein oder zusätzlich für die Summe der entsprechenden Phasenverschiebungen des ersten und zweiten Modulationssignals empfindlich ist, um ein Signal oder ein weiteres Signal zu erzeugen, das ein Ma3 für die Meßstrecke als ein Teilbetrag der Wellenlänge eines Signales bei der Frequenz der Summe der beiden Phasenverschiebungen ist. In dem letzteren Fall ist ersichtlich, daß die Summe der Phasenverschiebungen in dem empfangenen Modulationssignal gegeben ist durch: (d + 62) = 2d (f1 + 2) Die Summe der Frequenzänderungen stellt daher ein genaueres Maß für die Distanz dar, die das übertragene Licht zurückgelegt hat.
In der Anwendung ist es nicht praktisch, die gesamte Zahl der Wellenlängen der Phasenverschiebungen zu zählen, so daß bevorzugte Ausführungsbeispiele sowohl die Summe, als auch die Differenz der Phasenverschiebungen ableiten und nur den ungeraden Bruchteil der Wellenlänge entweder der Summe oder der Differenz der Phasenverschiebungen anzeigt, um ein grobes und ein feines Ausgangssignal zu liefern. Bei Verwendung der oben erwähnten Frequenzen ist die Wellenlänge der 'chwebungsfrequenz (/t ~ 62) gleich 1 km, so daß ein Bruchteil dieser Wellenlänge einen Bruchteil eines Kilometers darstellt. Auf ähnliche Weise ist die Wellenlänge der Schwebungsfrequenz (/1 + 62) gleich 1 Meter, so daß ein Signal, welches einen ungeraden Bruchteil einer Wellenlänge darstellt, eine Anzeige für die Bruchteile eines Meters in der Meßdistanz gibt.
In solch einem System kann jede Distanz bis zu einem Kilometer genau bestimmt werden. Wenn die Gesamtzahl an Kilometern auf andere Weise bestimmt oder geschätzt werden kann, kann das Instrument auch zur genauen Messung von Distanzen in einem Bereich von mehreren Kilometern verwendet werden, wenn eine Sichtlinie für den übertragenen Lichtstrahl vorhanden ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel strahlt der Sender auch zwei Kalibriersignale ab, die zwei im wesentlichen konstante Frequenzen aufweisen, die voneinander durch eine Frequenz getrennt sind, die klein gegenüber den Frequenzen der Signale ist, wobei der Empfänger die Modulationssignale und die Kalibriersignale mischt, um die übertragenen Modulationssignale zu demodulieren. Die Trennung zwischen den zwei Bezugssignalen liegt vorzugsweise im Bereich der Trennung zwischen den Frequenzen der Modulationssignale, die über die Me3strecke übertragen werden.
Um sowohl die Drift im Sender, als auch im Empfänger zu kompensieren, hat ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen Empfänger, der einen ersten und einen zweiten lichtempfindlichen Detektor aufweist, wobei das über die Meßstrecke übertragene Licht von dem ersten licht empfindlichen Detektor empfangen und auch direkt von dem Sender an den zweiten lichtempfindlichen Detektor übertragen wird. Das Bezugssignal oder die Bezugssignale werden sowohl an den ersten, als auch an den zweiten lichtempfindlichen Detektor des Empfängers übertragen. Daher werden beide Detektoren des Empfängers mit den Meßsignalen und den Bezugs- oder Kalibriersignalen versorgt. Die Meßsignale, die von dem ersten Detektor empfangen werden, haben jedoch die Meßstrecke durchlaufen, während die restlichen Signale dies nicht getan haben, so daß eine Phaseninformation auf den von dem ersten Detektor erfaßten Signalen enthalten ist. Andernfalls sind die von den ersten und zweiten Detektoren empfangenen Signale identisch, so da3, wenn sie durch die nachfolgenden Demodulationsschaltungen des Empfängers demoduliert werden, jegliche Phasenstörungen oder eine Drift in dem Empfänger oder dem Sender während der Subtraktionsphase der Demodulation gelöscht werden. In derselben Weise beeinflussen Störungen in dem Medium, durch das das Licht übertragen wird, beide Meßtoffine, so daZ jegliche auf diese Weise eingeführten Fehler bei der Subtraktion ausgeschieden werden, so daß die Differenz zwischen den Phasenverschiebungen abgeleitet wird, die durch die Übertragung über die Meßstrecke verursacht werden.
Um die Phaseninformation auf den empfangenen Signalen abzuleiten, weist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Empfängers Frequenzwandler, um die empfangenen Signale zu demodulieren und demodulierte, elektrische Signale zu erzeugen, deren Frequenz von den Frequenzen der empfangenen Signale und deren Phasen von den empfangenen Signalen abhängen, ein Dekodiernetzwerk zum Umsetzen der Frequenz der demodulierten, elektrischen Signale auf eine ausgewählte Standardfrequenz, um erste und zweite Standardfrequenzsignale zu erzeugen, zwischen denen dieselbe Phasenbeziehung wie die Phasenbeziehung an dem Empfänger zwischen dem ersten und zweiten, übertragenen Modulationssignal herrscht, und ein Ausgangsnetzwerk auf, das ein Signal erzeugen kann, das die Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Standardfrequenzsignal darstellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können einfach als Meßinstrumente aufgebaut sein, wobei es in diesem Fall bevorzugt ist, daß zusätzlich Anzeigeeinrichtungen vorgesehen sind, die auf die Signale ansprechen, die die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Standardsignalen darstellen, und eine sichtbare Anzeige dieser Phasendifferenz liefern. Alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung können in einer automatischen Vorrichtung vorgesehen sein, die lediglich ein die Distanz darstellendes Signal zur weiteren Verarbeitung benötigt, wobei in diesem Fall keine Anzeigeeinrichtung erforderlich ist, obwohl eine solche Anzeigeeinrichtung zu Überwachungszwecken vorgesehen sein kann. Die Anzeigeeinrichtung kann entweder eine analoge Einrichtung, beispielsweise ein Meßinstrument, oder alternativ eine Ziffern-Anzeigeeinrichtung sein, die eine Ziffernanzeige von einem Ziffern-Ausgangssignal von dem Empfänger oder einer handbetätigbaren Nullabgleichsvorrichtung liefert.
Vorzugsweise weist das Dekodiernetzwerk entsprechende phasenstarr gekoppelte Oszillatorschleifen (phase locked oscillator loops) für jedes der zwei modulierten Ausgangs signale von dem Verstärker des Demodulationsnetzwerks auf, das mit dem zweiten Detektor verbunden ist. Die phasenstarren Oszillatorschleifen werden beide mit Signalen bei der Standardfrequenz von der Bezugsquelle gespeist und erzeugen je ein Ausgangssignal, das mit seiner Phase mit dem entsprechenden, demodulierten Eingangssignal starr gekoppelt ist, und dessen Frequenz von dem entsprechenden Signal der demodulierten Ausgangssignale von dem Netzwerk, das dem ersten Detektor zugeordnet ist, durch die genannte Standardfrequenz getrennt ist. Auf ähnliche Weise ist bevorzugt, daB das Dekodiernetzwerk ferner-phasenstarre Verzögerungsschleifen aufweist, die jeweils mit einem Signal von einer zugeordneten, phasenstarren Oszillatorschleife und mit entsprechenden Signalen von dem Ausgangsverstärker der Demodulationsschaltung, die dem ersten Detektor zugeordnet ist, gespeist werden und die ein Ausgangssignal bei der Standardfrequenz erzeugen, das in seiner Phase mit den entsprechenden, detlodulierten Signalen starr gekoppelt ist, die die ersten und zweiten übertragenen Signale darstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat verschiedene Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen. Beispielsweise erlaubt das Dekodiernetzwerk eine grobe und eine feine Bereichseinstellung durch nahezu identische Schaltungen, die bei ähnlichen Geschwindigkeiten in beiden Betriebsweisen arbeiten, wobei der Dekoder für den Feinbereich nur erfordert, daß der gesteuerte Oszillator der phasenstarren Oszillatorschleife ein Frequenzsignal liefert, das um eine Frequenz gleich der Standardfrequenz größer als das demodulierte Signal ist, so daß die phasenstarre Oszillatorschleife ein Ausgangssignal invertierter Phase gegenüber der Phase des demodulierten Signales liefert, an das sie starr angekoppelt ist.
Der Ausgang dieser phasenstarren Oszillatorschaltung wird dann mit dem demodulierten Signal verwendet, das die Phaseninformation trägt, die das zweite Modulationssignal, welches oben mit f2 bezeichnet ist, in einer phasenstarren Verzögerungsschleife derselben Art darstellt, wie sie für die Erzeugung der oben erwähnten Standardsignale verwendet wird. Da die Phase jedoch invertiert ist, ist der Ausgang der phasenstarren Verzögerungsschleife ein Standardsignal, welches minus 62 darstellt, so daß, wenn dieses Signal von dem Signal 6i abgezogen wird, die Summe ( + 62) statt der Differenz (/ 2) abgeleitet wird. Die Feinbereichsschaltung kann als getrennte phasenstarre Oszillatorschleife und phasenstarre Verzögerungsschleife ausgebildet sein. Alternativ kann sie mit einem schaltergesteuerten Oszillator versehen sein, der das erforderliche Bezugssignal liefert, dessen Frequenz um die Standardfrequenz höher als die Frequenz des demodulierten Eingangssignales und nicht geringer als das Eingangssignal ist, so daß eine einzige Urilschaltung die Schaltung für die Ableitung der Phase 62 ur.lwandeln kann, und der ferner ein Standardfrequenzsignal mit dieser Phase liefert, um ein Ausgangs-Standardfrequenzsignal mit der Phase - 62 zu erzeugen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Sender die höhere Frequenz der zwei modulierten Signale in kurzen Impulsstößen ausstrahlen, deren Wiederholfrequenz das Modulationssignal der tieferen Frequenz darstellt. In diesen Ausführungsbeispiel ist bevorzugt, daß die Demodulatorschaltung eine Einrichtung aufweist, um demodulierte Signale zu erzeugen, die respektive jedes der zwei Kalibriersignale darstellen, und ferner eine Einrichtung aufweist, um die Phasen jedes Modulationssignales mit der Phase des zugehörigen Kalibriersignales zu vergleichen.
Die Demodulatorschaltung kann eine Einrichtung aufweisen, um die Modulationssignale in erste Rechteckwellen umzusetzen, deren Phase von der des Signales abhängt, von dem sie abgeleitet sind. Ferner können Einrichtungen vorgesehen sein, um die Kalibriersignale in zweite Rechteckwellen umzusetzen, deren Phase von dem Signal abhängt, von dem sie abgeleitet sind. Schließlich kann der Demodulator Toreinrichtungen aufweisen, die durch eine vorgegebene Flanke von einer der zweiten Rechteckwellen betätigbar und durch eine entsprechende Flanke einer zugehörigen Rechteckwelle der ersten Rechteckwellen schließbar ist, um ein Signal zu erzeugen, dessen Impulslänge die Phasendifferenz zwischen dem Modulationssignal und dem zugehörigen Kalibriersignal darstellt. In dieser Anordnung sollte die Toreinrichtung vorzugsweise entsprechende Impulsformer fur die ersten und die zweiten Rechteckwellen, eine Einrichtung zur Sperrung alternierender Impulse des Impulsforiners, der mit der zweiten Rechteckwelle gespeist wird, und eine Einrichtung aufweisen, um Impulse von dem Impulsformer, der mit der ersten Rechteckwelle gespeist wird, während eines Zeitintervalles nach jedem Impuls zu sperren, der durch den Impulsforrner erzeugt worden ist, der mit der zweiten Rechteckwelle gespeist wird, um eine Schutz-Zeitdauer zu verwirklichen, während der die Toreinrichtung immer offen bleibt.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein schematisches Blockdiagranm eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung; Figur 2 ein schematisches Blockdiagramm von einem Teil eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, dessen restlicher Teil identisch wie bei dein Busfufirungsbeispiel nach Figur 1 ausgebildet ist; Figur 3 ein schematisches Blockdiagrami:i eines dritten Ausführungsbeispieles; und Figur 4 ein Blockdiagrainm von einem der Elemente der Figur 3.
Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist als Distanzmeßvorrichtung aufgebaut und liefert eine Ausgangsanzeige, die in Metern kalibriert ist und die gemessene Distanz darstellt.
Die Vorrichtung 37 weist einen Sender und einen Empfänger auf, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Vorrichtung 37 schickt einen Lichtstrahl, der durch eine interne Linse kollimiert ist, zu einem Reflektor 7, der unter einer Distanz d von der Vorrichtung unter Abstand angeordnet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das zu übertragende Licht von einer lichtemittierenden Diode 1 geliefert, die in einer Modulationsschaltung 36 angeschlossen ist, die die Diode 1 mit zwei Modulationssignalen f1 und f2 bei einer Frequenz von (75000 + 75) KHz und (75000 - 75) KHz Nennfrequenz speist. Die genauen, tatsächlich verwendeten Frequenzen sind geringfügig von diesen Werten verschieden, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß die Lichtgeschwindigkeit in Luft nicht genau 300.000 km pro Sekunde beträgt. Zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird jedoch angenommen, daß die angegebenen Frequenzen für den vorliegenden Zweck ausreichend genau bezeichnet sind.
Das von der Diode 1 emittierte Licht, welches zwei Modulationssignale Q und f2 trägt, wird von einem Reflektor 5 zu der Kollimatorlinse 6 reflektiert, um über die Me£distanz übertragen zu werden, wird nach der Reflektion durch den Reflektor 7 zurück durch die Kollimatorlinse 6 empfangen und von deren Reflektor 5 auf die empfindliche Oberfläche einer lichtempfindlichen Diode 3 reflektiert, die mit dem oben erwähnten, ersten, lichtempfindlichen Detektor des Empfängers identifiziert werden kann.
Die IvIodulationsschaltung 36 liefert auch zwei Kalibriersignale 3 und f bei Frequenzen von beispielsweise (75000 - 21) + 4 (75 - 4) KHz und (75000 - 21) - (75 - 4) KHz. Die Frequenzen f3 und f4 werden in dieser Weise ausgedrückt, um die nachfolgende Erläuterung der Dernodulations- und Dekodierschaltungen zu vereinfachen. Die Modulationssignale f3 und f4 werden an eine Schaltung mit einer lichtemittierenden Diode 2 zugeführt, die so angeordnet ist, daß das Licht von der Diode 2 direkt an die Diode 3 des Empfängers übertragen wird, ohne daß es den Weg zu dem Reflektor 7 zurücklegt. Ein zweiter, lichtempfindlicher Detektor des Empfängers ist in Form einer weiteren lichtempfindlichen Diode 4 vorgesehen, die so angeordnet ist, daß sie Licht direkt sowohl von der lichtemittierenden Diode 1, als auch von der lichtemittierenden Diode 2 empfängt. Auf diese Weise empfangen beide lichtempfindlichen Dioden 3 und 4 des Empfänger teiles der Vorrichtung 37 Licht von jeder lichtemittierenden Diode 1 und 2 des enderteiles der Vorrichtung 37, wobei jedoch die Signale f1 und f2 von der lichteinittierenden Diode 1, die von der lichtempfindlichen Diode 3 empfangen werden, eine Phasenverschiebung haben, die durch die Übertragung über die Distanz 2d verursacht ist. Die von der lichtempfindlichen Diode 3 abgetasteten Signale werden an einen Verstärker 8 mit variablem Verstärkungsgrad und von dort an einen Frequenzwandler 10 weitergegeben, der ein nichtlineares Schaltungselement ist, welches Schwebungsfrequenzen gleich den summen und Differenzen der ankommenden Signalfrequenzen erzeugt. Die beiden niedrigsten Schwebungsfrequenzen, die von dem Frequenzwandler 10 erzeugt werden, enthalten Informationen, die die Phase der Signale f1 und f2 betreffen, die an dem Fühler 3 empfangen werden. Diese Schwebungsfrequenzen liegen bei (21 + 4) KHz und (21 - 4) KHz. Diese Schwebungsfrequenzen werden von einem Verstärker 12 verstärkt, von dessen Ausgang ein Teil durch einen Verstärker 14 und eine Diode 15 an dem Steuereingang des Verstärkers 8 mit variabiem Verstärkungsgrad zugeführt wird, um eine selbsttätige Verstärkungsregelschleife zu bilden, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers 8 in Abhängigkeit von der Stärke der an dem Fühler 3 empfangenen Signale einstellt.
Das an den Steueranschluß des variablen Verstärkers 8 zugeführte Signal wird auch an ein Meßgerät 16 abgegeben, dessen Ablesung eine Hilfe bei der Ausrichtung der Vorrichtung 37 mit dem Reflektor 7 gibt, wenn die Vorrichtung aufgebaut wird.
Eine ähnliche Schaltung ist für die Demodulation der Signale vorgesehen, die.von dem Fühler 4 erfaßt werden. Diese Schaltung weist einen Verstärker 9 mit festem Verstärkungsgrad auf, der einen Frequenzwandler 11 speist, der in derselben Weise wie der Frequenzwandler 10 arbeitet, um Frequenzen von (21 + 4) KHz und (21 - 4j KHz zu liefern. Diese Signale werden in einem Verstärker 13 verstärkt und wie bei dem Verstärker 12 auf getrennten Ausgangsleitungen abgegeben. Da die Signale f1 und f2, die von dem Fühler 4 abgetastet werden, den Weg von dem Reflektor 5 zu dem Reflektor 7 und zurück nicht zurückgelegt haben, stellt die Phase der an dem Ausgang des Verstärkers 13 erzeugten Signale die Phase der Sigiiale f1 f1 und f2 bei Abstrahlung dar (wobei die internen Wege von den Sendedioden 1 und 2 zu den Fühlern 3 und 4 im wesentlichen gleich groß sind). Auf diese Weise liefern die zwei Signale von dem Ausgang des Verstärkers 13, obwohl sie dieselbe Frequenz wie die Schwebungssignale von dem Verstärker 12 haben, Bezugsphasenwinkel, gegen die die Phasen der von den Verstärker 12 abgegebenen Signale gemessen werden können.
Diese Phasenwinkel werden in der Dekodierschaltung bestiront, die zwei phasenstarre Oszillatorschleifen und zwei phasenstarre Verzögerungsschleifen aufweist, von denen eine auf die ochwebungssignale, die die Phas-e des Signal es f1 darstellen, und die andere jeder Kombination auf das Schwebungsfrequenzsignal wirkt, das die Phase des Ltodulationssignales f2 darstellt. Die Ausgänge des Verstärkers 12 sind nit A und B respektive bezeichnet, und die Ausgänge von de Verstärker 13 sind mit C und D respektive bezeichnet. Die Ausgänge A und C tragen Schwebungsfrequenzen von (21 + 4) KHz, die für die abgestrahlte und empfangene Phase des Hodulationssignales fl repräsentativ sind. Die Ausgänge B und D tragen Schwebungsfrequenzsignale mit einer Frequenz von (21 - 4) KHz, die für die übertragene und empfangene Phase des IIodulationssignales f2 repräsentativ sind.
Der Ausgang C des Verstärkers 13 ist init dem Eingang eines Frequenzwandlers 18 verbunden, der auch mit einen Signal von einem spannungsgesteuerten Oszillator 19 bei einer Frequenz gespeist wird, die 0,75 KHz kleiner als die Frequenz des Signals auf der Leitung C von dem Verstärker 13 ist. Der Frequenzwandler 18 erzeugt Schwebungsfrequenzen bei einer Differenz zwischen den zwei Eingangsfrequenzen und mit einer Phase, die von der Phase des Eingangssignals auf der Leitung C abhängt.
Der Ausgang des Frequenzwandlers 18 ist daher ein Signal mit einer Frequenz von 0,75 KHz. Dieses Signal wird an einen Phasendetektor 20 zugeführt, der auch mit Signalen bei 0,75 KHz von einem Generator 38 gespeist wird, der von einer Bezugszeitschaltung (nicht gezeigt) versorgt wird. Der Phasendetektor 20 liefert ein Ausgangssignal, das von der Phasendifferenz zwischen den zwei Eingangssignalen abhängt, und dieses Signal wird an einen aktiven Filter 21 weitergegeben, der ein Gleichstromsignal liefert, das an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Oszillators 19 zugeführt wird, um die Phase des Ausgangs des spannungsgesteuerten Oszillators 19 in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zu steuern, die von dem Phasendetektor 20 zwischen dem Eingangssignal von dem Frequenzwandler und dem Etngangssignal von dem durch die Bezugstalftschaltung gespeisten Generator 38 abhängt. Das Ausgangssignal des Oszillators 19 ist, wie oben erwähnt wurde, einer der Eingänge für den Frequenzwandler 18, so daß die Elemente 18, 19, 20 und 21 eine phasenstarre Oszillatorschleife bilden, deren Ausgang (abgenommen von dem Oszillator 19) ein Signal mit einer Frequenz von (21 + 4 - 0,75) KHz und einer Phase ist, die starr an die Phase des Eingangs-Schwebungsfrequenzsignals auf der Leitung C von dem Verstärker 13 gekoppelt ist. Diese Phase ist ein Maß für die Phase des Modulationssignales, wie es von der lichtemittierenden Diode 1 abgestrahlt wira, und sie dient folglich als Bezugsphase, gegenüber der die Phasenverschiebung in dem Modulationssignal bei Übertragung über die Distanz 2d gemessen wird.
Dies wird in einer phasenstarren Verzögerungsschleife bewirkt, die einen Frequenzwandler 17 aufweist, der mit dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 19 und mit einem Signal auf der Leitung A von dem Verstärker 12 gespeist wird, das eine Frequenz von (21 + 4) KHz hat. Dieses Signal enthält die Information, die die Phase des oberen der zwei Modulationssignale betrifft, die in dem Lichtstrahl über die Distanz 2d übertragen werden. Der Frequenzwandler 17 erzeugt ein Ausgangssignal bei einer Schwebungsfrequenz der Differenz zwischen den zwei Eingangsfrequenzen, in diesem Fall 0,75 KHz, und hat eine Phase, die von der Phase des Signaleingangs auf der Leitung A abhängt. In diesem Frequenzwandler werden jegliche rrifteffekte oder andere Instabilitäten in den Sender ausgeschaltet, da die Signale, die den beiden Wegen von den Fühlern 3 und 4 folgen, subtrahiert werden, so daß Fehler aufgrund des Senders, die daher in beiden Signalen vorhanden sind, durch die Subtraktion bei dem Frequenzwandler 17 gegeneinander aufgehoben werden. Der Ausgang von dem Frequenzwandler 17 wird an einen Phasendetektor 22 abgegeben, der auch mit 0,75-KHz-S ignalen von dem Generator 38 über eine Verzögerungsschaltung 24 gespeist wird. Die durch die Verzögerungsschaltung 24 eingeführte Verzögerung hängt von der Phasendifferenz ab, die von dem Phasendetektor 22 erfaßt wird, dessen Ausgang in einem aktiven Filter 23 gefiltert und an den Steueranschluß der Verzögerungsschaltung 24 zugeführt wird.
Die Komponenten 17, 22, 23 und 24 bilden daher eine phasenstarre Verzögerungsschleife, deren Ausgang, welcher von der Verzögerungsschaltung 24 abt kommen wird, ein Signal bei der Standardfrequenz von 0,75 KHz und mit einer Phase ist, die gegenüber der Phase des Taktes, durch den der Generator 38 gespeist wird, um einen Betrag verzögert ist, der von der Phasendifferenz zwischen den zwei Eingangssignalen an dem Frequenzwandler 17 abhängt, die respektive die Phase des oberen I.fodulationssignales bei der Aussendung und die Phase des Signales beim Empfang darstellen.
Der Phasendetektor 22 ist selbstverständlich nur für die Phasendifferenz über einem Zyklus der Schwebungsfrequenz empfindlich und zählt.nicht die Zahl der Perioden der Schwebungsfrequenz, um die die Phase der oberen Modulationsfrequenz beim Empfang gegenüber der Phase dieses Signales bei der Abstrahlung verzögert ist.
Eine ähnliche phasenstarre Oszillatorschleife, die die Komponenten 25, 28, 29 und 27 aufweist, wird mit dem unteren der Signale von dem Verstärker 13 gespeist, die von den von dem Fuhler 4 empfangenen Signalen demoduliert sind. Der Ausgang dieser zweiten, phasenstarren Oszillatorschleife wird an eine phasenstarre Verzögerungsschleife zugeführt, die auch mit dem unteren der zwei Signale von dem Verstärker 12 gespeist wird, das von den Signalen demoduliert ist, die von dem Fühler 3 empfangen worden sind und die die Distanz 2d zurückgelegt haben. Die phasenstarre Verzögerungsschleife weist einen Frequenzwandler 26, einen Phasendetektor 30, einen aktiven Filter 31 und eine einstellbare Verzögerungsschaltung 32 auf, die mit den Standardsignalen bei 0,75 KHz von den Generator 38 gespeist wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das ein IfIaß für die Phasenverschiebung ist, die in dem unteren der übertragenen Modulationssignale aufgrund der Übertragung über die Distanz 2d auftritt, ist.
Diese zwei Ausgänge stellen dann 61 und 62 dar, wie oben beschrieben wurde.
Die Ausgänge von den Verzögerungsschaltungen 24 und 32 werden an entsprechende Steuereingänge eines Gatter 33 zugeführt, das mit Impulsen bei einer Impulswiederholfrequenz von 75-00 KHz von einem Generator 39 gespeist wird, der von einer Haupttaktschaltung (nicht gezeigt) versorgt wird. Das Steuergatter 33 wird durch ein ins Positive gehendes Signal von der Verzögerungsschaltung 24 geöffnet, um Impulse von dem Generator 39 an einen Zähler 34 durchzulassen, und es wird durch das nächste, ins Positive gehende Signal von der Verzögerungsschaltung 32 geschlossen, so daß der Zähler 34 eine Impulszahl empfängt, die von der Differenz zwischen den Signalen von den Verzögerungsschaltungen 24 und 32 abhängt. Da die Impulswiederholfrequenz des Generators 39 10.000-mal größer als die Frequenz des 0,75-KHz-ttandardfrequenzsignals ist, das von den Ausgängen der Verzögerungsschaltungen 24 und 32 zugeführt wird, kann die Phasendifferenz zwischen diesen zwei Ausgangssignalen mit einer beachtlichen Genauigkeit bestimmt werden. Der Impulszählerstand des Zählers 34 wird in einer Anzeigeeinrichtung 35 angezeigt, die eine Analog-Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Meßgerät, oder nach Bedarf eine Ziffernanzeige sein kann.
Der Ausgang des Zählers 34 stellt daher das grobe Entfernungssignal dar, das durch die Differenz 61 2 62 gegeben ist, wie oben beschrieben wurde. Um das feine Entfernungssignal (ß1 + /2) abzuleiten, ist eine weitere Schaltung 40 vorgesehen.
Diese Schaltung wird in das Netzwerk anstelle der zweiten, phasenstarren Oszillatorschleife und der phasenstarren Verzögerungsschaltung eingeschaltet, die auf das tiefere Signal (21 - 4) KHz wirken, das von den von den Fühlern 3 und 4 empfangenen Signalen demoduliert wird. Diese alternativen, phasenstarren Oszillatorschleifen und phasenstarren Verzögerungsschleifen werden an die Leitungen D bzw. B durch einen chalter 50 angeschlossen, der die aneinandergekoppelten Kontakte 48 und 49 aufweist. Die phasenstarre Oszillatorschleife weist einen Frequenzwandler 40 auf, der mit dem (21 - 4)-KHz-Signal von der Leitung D und mit einem Signal von einem spannungsgesteuerten Oszillator 43 gespeist wird, das rnn die Standardfrequenz von 0,75 KHz höher als das Signal von der Leitung D liegt. Mit anderen Worten erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 43 ein Signal von (21 - 4 + 0,75) KHz. Der Ausgang des Frequenzwandlers 40 ist dann ein Signal bei der Standardfrequenz von 0,75 KHz, wobei jedoch die Phase gegenüber der Phase umgekehrt ist, die durch eine vIischung des Signales von (21 - 4 - 0,75) KHz erzeugt munde, wie es durch den spannungsgesteuerten Oszillator 27 erzeugt wird, so daß die phasenstarre Oszillatorschleife, die ebenfalls einen Phasendetektor 41, einen aktiven Filter 42 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 43 aufweist, ein Signal zur Eingabe an einen Frequenzwandler 44 der phasenstarren Verzögerungsschleife erzeugt, das fest an das Eingangssignal von der Leitung D gekoppelt ist, jedoch gegenüber diesem Signal die umgekehrte Phase hat. Die phasenstarre Verzögerungsschleife wird mit dem Signal von der Leitung B des Verstärkers 12 gespeist und weist einen Phasendetektor 45 auf, einen aktiven Filter 46 und eine variable Verzögerungsschaltung 47, die im wesentlichen wie die oben beschriebenen phasenstarren Verzögerungsschleifen aufgebaut ist und ein Ausgangssignal für - 62 erzeugt, das, wenn es an das Gatter 33 zugeführt wird, von diesem ein Ausgangssignal gleich (#1 + 62) liefert. Dadurch wird ein feines Entfernungssigiial erzeugt, das bei den angegebenen Nemnfrequenzen ein Signal liefert, welches ein MaS für die Bruchteile eines rieters in der Ue3strecke ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel, das in Figur 2 gezeigt ist, weist eine Laserlichtquelle 308 auf, deren Licht ausgang an einen elektrooptischen Modulator 309 aufgegeben wird, der mit den Modulationssignalen von einem Generator 301 gespeist wird, der seinerseits von einer Bezugs-Taktschaltung (nicht gezeigt) gespeist wird.
Das von dem elektrooptischen Modulator 309 abgestrahlte Licht wird an einen weiteren elektrooptischen Modulator 310 über einen Lichtweg, der die lleßdistanz einschließt, und an einen dritten elektrooptischen Modulator 311 über einen Weg weitergegeben, der die Meßstrecke nicht einschließt. Der Lichtweg von dem Sendermodulator 309 zu dem ersten Empfängermodulator 310 weist einen Reflektor 305 und eine Kollimatorlinse 306 in der Me.vorrichtung und einen Reflektor 307 auf, der bei der Beßdistanz unter Abstand angeordnet ist.
Beide Empfangsmodulatoren 310 und 311 werden mit elektrischen Signalen bei den Kalibrierfrequenzen von einem Generator 302 gespeist, der wiederum seinerseits von einer Bezugs-Taktschaltung (nicht gezeigt) versorgt wird. Das von den Empfängermodulatoren 310 und 311 übertragene Licht wird an entsprechende Photodetektoren 303 und 304 weitergeben. Die Empfangsmodulatoren 310 und 311 arbeiten daher in derselben Weise wie die Demodulatorschaltung, die die Verstärker 8 und 9 und die Frequenzwandler 10 und 11 in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 aufweist. Die elektrischen Ausgangssignale von den Photodetektoren 303 und 304 werden an entsprechende Verstärker 312 und 313 weitergegeben, von denen jeder ein oberes und ein unteres Signal bei einer Demodulationsfrequenz erzeugt', die von der Differenz zwischen der Frequenz der Modulationssignale, die an den elektrooptischen Modulator 309 zur Übertragung über den Lichtweg angelegt werden, und der Frequenz der kalibrierten Modulationssignale abhängt, die elektrisch an die Empfangsmodulatoren 310 und 311 zugeführt werden. Der Verstärker 312 ist ein Verstärker mit variablem Verstärkungsgrad und hat eine Rückkopplungsschleife von dem Ausgang her, die das obere Frequenzsignal führt und einen Verstärker 314 und eine Diode 315 aufweist, um eine automatische Verstärkungsregelungsschleife zu bilden, die dieselbe Funktion wie die automatische Verstarkungsregelung bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 erfüllt. Wieder ist ein Meßgerät 316 vorresehen, um als Hilfe bei der Ausrichtung der Vorrichtung mit dem Reflektor 307 zu dienen.
Die Ausgänge der zwei Verstärker 312 und 313 sind mit A', B', C' und D' bezeichnet und werden an ein Dekodiernetzwerk zugeführt, das ähnlich wie das Dekodiernetzwerk von Figur 1 aufgebaut ist und das daher nicht ehr in einzelnen beschrieben wird.
Es ist ein weiteres Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) möglich, bei dem Photomul@@plier -als Lichtfühler statt der lichtempfindlichen Dioden 3 und 4 von Figur 1 oder der Photodetektoren 303 und 304 von Figur 2 verwendet werden. In solch einem Ausführungsbeispiel können die Photomultiplier betrieben werden, um die Funktion der Lichtfühler und der Demodulatoren zu erfüllen, da der Verstärkungsgrad der Photomultiplier durch einen Steueranschluß moduliert werden kann, der unabhängig von den Eingang oder von dem Ausgang der Photomultiplier ist. Die Unabhängigkeit der Mef3- und Bezugsstrecken wird in solch einem Ausführungsbeispiel aufrechterhalten, obwohl die Steueranschlüsse beide mit einem gemeinsamen Punkt an dem Ausgang der Kombinationsschaltung angeschlossen sind, die die Kalibrier-Modulationssignale erzeugt.
Auf ähnliche Weise könnte die Dekoderschaltung von Dekoderschaltung ersetzt werden, die die Ausgänge der Verstärker 12 und 13 (oder 312 und 313) durch eine nichtlineare Einrichtung gibt und danach die Frequenzen (21 + 4) + (21 - 4) = 42 KRz und (21 + 4) - (21 - 4) = 8 1z durch geeignete Filter und/oder phasenstarre Schaltungskreise aussieht. Der Phasenwinkel auf dem 42-KHz-Signal enthält dann die Feinberecish-Information, und der Phasenwinkel auf dem 3-KHz-ignal enthält die Grobbereich-Information.
Die Verwendung von zwei Kalibriersignalen führt zu verschiede- .en Vorteilen. Beispielsweise wird die Verwendung einer schmalen Bandbreite für die Meßvorrichtung ermöglicht, da die Modulationssignale verhältnismäßig klein sein können. Bei Verwendung von zwei Kalibriersignalen ist ferner die Genauigkeit in den "groben" Bereich besser als die Genauigkeit in dem "feinen" Bereich, und dies ist klar zu bevorzugen, da es offensichtlich erwtinscht ist, daZ kein Fehler auftritt, wenn von der, "groben" auf den "feinen" Bereich umgeschaltet wird.
Bei dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten, dritten Ausführungs beispiel der Erfindung wird dasselbe optische System verwendet, das mit denselben Bezugszahlen wie bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 bezeichnet ist, das heißt es wird eine lichtenittierende Diode 1 verwendet, die das aktive Element des Muttersenders ist, der modulierte optische Signale an ein Prisma 5 sendet, von den das Licht durch eine Linse 6 und über die Meßdistatt an einen Reflektor 7 gerichtet wird, an den es zurück durch die Linse 6 zu dem Prisma 5 und von dort zu einem Hauptfühler 3 reflektiert wird, der einen Bestandteil einer Empfängerschaltung 55 bildet.
Das Licht von der Sendediode 1 tritt auch direkt zu einer Bezugs-Empfangsdiode 4 durch, die einen Bestandteil einer Empfängerschaltung 510 bildet. Die M tter-Sendediode 1 bildet einen Bestandteil einer Senderschaltung 52, die mit Signalen von einer Taktschaltung 51 und von einem Modulator 514 gespeist wird. Der Modulator 514 wird über eine Teilerschaltung 515 von der Taktschaltung 51 mit einer dividierten Signal gespeist, wobei die Schaltung 515 auch Bezugssignale Rf, If, Rc' 1c und D erzeugt, deren Funktion noch beschrieben wird.
Das optische System weist auch eiiien Sender für ein Kalibriersignal auf, der eine @endeschaltung 57 aufweist, deren aktives Element eine lichtemittierende Diode 2 ist, die so angeordnet ist, da sie Licht direkt al die zwei Lichtempfangsdioden 3 und 4 sendet. Die f;endeschaltung 57 wird nit Signalen von einer Tochter-Taktschaltung 56 und mit Signalen von einem Tochtermodulator 516 gespeist. In diese; Ausführungsbeispiel werden wieder zwei Modulationssignale simultan übertragen, das Modulationsmuster ist jedoch etwas verschieden, da die obere Frequenz der Modulationnsignale in kurzen Impulsen übertragen wird, deren Wiederholfrequenz das untere der zwei Modulationssignal e darstellt. Der Kalibriersender 57 liefert Kalibriersignale, die sich nur geringfügig von den signalen voil dem @ender 52 unterscheiden, die im folgenden als Meßsignale bezeichnet werden.
Die bevorzugte Differenz liegt in dem Bereich von einen Zehntausendstel.
Das Hauptempfängerelement 3 empfängt daher sowohl Licht, das über die Meßdistanz übertragen worden ist, als auch ein Kalibriersignal über einem festgelegten Weg. Die Lichtempfangsdiode 4 empfängt ein Messungs-Referenzsignal von der Mutter-Sendediode 1 und ein Kalibriersignal von der Diode 2, die beide über einen festen Weg ankom:nen. Die zwei Empfänger 55 und 510 erzeugen dadurch Zwischenfrequenzsiguale. $Während das Signal von dem Empfänger 510 eine feste Phase hat, variiert die Phase des Signales von dem Empfänger 55 in Abhängigkeit von der Distanz d, über die das Licht von dem Meßsender 1 gelaufen ist, bevor es an der Empfangsdiode 3 ankommt. Der Ausgang des Empfängers 510 wird an einen Zwischenfrequenzverstärker und Filter 517 zugeführt, und der Ausgang des Verstarkers 517 wird einen Demodulator 519 und einem Phasendetektor 523 eingegeben.
Der Demodulator 519 dient dazu, das grobe Modulationssignal von der Wellenform mit der Zwischenfrequenz zur@ckzugewinnen, das heißt das Signal der tieferen der zwei Modulationssignalfrequenzen. Dieses grobe Informationssignal wird an einen Verstärker 521 zugeführt, der weitere Filter enthält, u: unerwünschte Komponenten auszufiltern. Das Signal wird dann an einen Phasendetektor 525 gegeben. In dem Meßkanal findet ein ähnliches Verfahren statt, wobei der Ausgang des Empfängers 55 al einen Zwischenfrequenzverstärker und Filter 518 zugeführt wird, desse Ausgang an einen Demodulator 520 und einen Phasendetestor 524 weitergegeben wird. Der Ausgang des Demodulators 723 wird al einen "groben" Verstrer und Filter 522 und dann an einen Phasendetektor 526 gegeben.
Die Demodulatoren 519 und 520 erzeugen auch eine Gleichspannungskomponente als Ausgang, die von dem Signalniveau abhängt und die bei de: Ausführungsbeispiel von Figur 1 dazu verwendet werden kann, ei Rückkopplungssignal zu erzeugen, welches eine selbsttätige Verstärkungsregelung für die Empfänger 510 und 55 liefert. Das Rückkopplungssignal von dem Demodulator 520 wird auch an eine Anzeigeeinrichtung 544 zugeführt, die ein Kontrolltafel-Meßgerät sein kanal, das eine Anzeige über die Ausrichtung der wender mit den Empfänger 7 gibt.
Die obere Frequenz der tlodulationssignale kann 7,5 KHz sein.
Die Phasendetektoren 523 und 524 kleinen mit der Zwischenfrequenz, die die "feine" 7,5-KHz-Trägerkomponente hat, gespeist werden, vergleichen diese mit einer 7,5-KHz-Rechteckwelle, die von der Muttertaktschaltung 51 über den Frequenzteiler 515 abgeleitet ist. Der Phasendetektor 523 erzeugt einen Ausgang, der an die Tochter-Taktschaltung 56 zurückgeführt wird, um die Tochter-Taktschaltung 56 an die Phase der 7,5-KHz-Rechteckwelle von dem Teiler 515 anzukoppeln, die mit Rf bezeichnet ist. Diese Anordnung bildet eine phasenstarre Schleife, und eine zweite phasenstarre Schleife, die den -Phasendetektor 525 einschließt, wird dadurch gebildet, daß eine Rechteckwelle R c bei der Frequenz der unteren der zwei Modulationssignale an den Phasendetektor 525 zugeführt wird, dessen Ausgang an einen Tochtermodulator 516 gegeben wird, um die Phase dieses Modulators starr mit der des Teilers 515 von der Mutter-Taktschaltung 51 zu koppeln.
Die zwei Signale R c und Rf bilden daher Rechteekwellenbezugssignale mit eier festgelegten Phase, gegenüber der die von den Meß-Modulationssignalen abgeleiteten Signale vergleichen werden. Die für den Vergleich mit Ru und Rf geeigneten Signale werden von den Phasendetektoren 526 und 524 geliefert, die respektive mit den "groben" und "feinen" Informationssignalen durch zugeordnete, spannungsgesteuerte Oszillatoren 523 und 527 respektive gespeist werden, die phasenstarr mit den zugehörigen Phasendetektoren gekoppelt sind, um Ausgangssignale Mc und Mf zu erzeugen, deren Frequenz respektive die untere und obere Frequenz der Modulationssignale bildet, deren Phase jedoch von der Distanz abhängt, über die die Meß-Modulationssignale gesendet worden sind.
Der Vergleich der Signale, um die Phaseninformation abzuleiten, wird in an sich bekannter Weise durch Erfassung der Nulldurchgänge und Ausmittlung der Zeitintervalle bewirkt.
Das Signal bif für die "feine" Information und das Bezugssignal Rf für die "feine" Information werden an einen Nulldurchgangsdetektor 529 zusammen mit einem Sperrsignal If zugeführt, das von der Teilerschaltung 515 bei der halben Impulswiederholfre quenz des Bezugssignales Rf abgeleitet wird. Die Notwendigkeit des Sperrsignales If wird unten in Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben. Die Torschaltung 529 wird entweder durch eine Vorderflanke oder eine hintere Flanke der Rechteckwelle Rf geöffnet und durch die entsprechende Flanke des Signals Mf geschlossen, um ein Ausgangssignal Sf zu erzeugen, dessen Impulslänge die Phasendifferenz zwischen Rf und Mf darstellt. Die erforderliche Phasenverschiebung in dem Meßsignal wird daher durch die Proportionalität von Sf zu Mf dargestellt, und dies wird durch Verwendung des Sf-Signals zur Steuerung eines Gatters 536 gemessen, welches mit Taktsignalen C bei einer vorbestimmten Impulswiederholfrequenz gespeist wird, die als Vielfaches der Frequenz des Bezugssignales Rf ausgewählt wird. Die Taktimpulse C werden von dem Gatter 536 vahrend einer Zeitdauer durchgelassen, die von der Impulslänge des Signales Sf abhängt, und die von dem Gatter 536 durchgelassenen Impulse werden in einem Zähler 537 gezählt. Ein weiteres Steuersignal D, dessen Frequenz als Bruchteil der vorgegebenen Frequenz des Taktsignales C gewählt ist, steuert den Zähler 537, um seinen Inhalt in eine Anzeigeeinrichtung 538 nach einer vorgewählten Zeitdauer zu übertragen, so da3 in dem Zähler eine Mittelwertbildung stattfindet. Vorzugsweise ist die Frequenz des Signales D um einen Faktor hundert kleiner als die des Signales C, so dai3 hundert Gruppen der Taktimpulse C, wobei jede Gruppe eine durch das Signal Sf bestimmte Länge hat, in dem Zähler 537 gezählt wird, bevor der Zählerstand en die Anzeigeeinrichtung 538 übertragen wird. Vienn diese Zeitdauer für die praktische Anwendung zu lang ist, kann eine kürzere Zeitdauer für das Signal D verwendet werden. Die Resultate sind darin jedoch nicht ganz so zuverlässig.
Ein ähnliches Verfahren wird in dem "groben" Meßkanal durchgeführt, wo ein Nulldurchgangsdetektor 530 mit den Signalen Rc und Mc und einem Sperrsignal Ic gespeist wird, wodurch ein Ausgangssignal 5c erzeugt wird, dessen Impulslänge von der Phasendifferenz zwischen dem Meßsignal Mc und dem Bezugsignal Rc abhängt. Das Signal 5c wird zur Steuerung eines Gatters 539 verwendet, um Taktimpulse C an einen Zähler 540 während einer bestimmten Anzahl von Impulsen Sc weiterzugeben, die durch die Frequenz des Signales D bestimmt ist, das dazu dient, den Inhalt des Zählers 540 in eine Anzeigeeinrichtung 541 simultan mit der Übertragung des Inhalt es des Zählers 537 in die Anzeigeeinrichtung 538 zu übertragen. Beide Gatter 536 und 539 arbeiten synchron entweder auf der Vorderflanke oder der hinteren Flanke des Taktimpulses C. Diese Signale müssen synchronisiert sein, so da3 der aufsummierte Mittelwert nicht von dem Verhältnis von Impulslänge und Impulsabstand, ebenso wie der Frequenz der Xaktimpulse C abhängt.
Die Parität der "groben" und "feinen" Messungen in den Zählern 537 und 540 wird in einem Vergleicher 542 verglichen, und jeglicher Fehler wird in einer Anzeigeeinrichtung 543 angezeigt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Ausgang des Vergleichers 542 in die Zähler (entweder in einen oder in beide Zähler) zurückgeführt werden, um diese Zähler so zu steuern, daZ die Parität übereinstimmt.
Die Sender 52 und 57 des in Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiels können ein Modulationsmuster erzeugen, in dem die Impulswiederholfrequenz, bei der die höherfrequenten Modulationssignale übertragen werden, gleiche Impuls längen und Impulsabstände aufweist. Wenn die Sendedioden 1 und 2 Laserdioden sind, ist ein viel kleineres Tastverhältnis erforderlich, so daß das Verhältnis von Impulslänge zu Impuls abstand sehr stark reduziert werden kann, wodurch die Abstände zwischen den Impulsen den größten Teil der Zeit einnehmen. In solch einer Anordnung sind die Empfänger 510 und 55 mit einer Sperrschaltung versehen, die sicherstellt, daß keine Fehler signale während der Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Nutzsignales empfangen werden. Das Signal-zu-Rauschverhältnis der Vorrichtung wird auf diese Weise sehr verbessert.
In Figur 4 ist ein geeignetes Ausführungsbeispiel für den Nulldurchgangsdetektor 529 oder 530 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine bistabile R-S-Schaltung 533 mit zwei Eingangsleitungen auf, die respektive von den Impulsgeneratoren 531 und 532 gespeist werden, die respektive mit dem Bezugs-Rechteckwellensignal Rf und dem rle.3-Rechteckwellensignal Mf versorgt werden. Jede Vorderflanke der Rechteckwelle Rf bewirkt, daß von der Schaltung 531 ein Impuls erzeugt wird, um die bistabile R-S-Schaltung 533 in einen Zustand zu triggern. In entsprechender Weise erzeugt die Vorderflanke der Meß-Rechteckwelle Mf einen Impuls von dem Impulsgenerator 532, der die bistabile Schaltung 533 in den anderen Zustand umschaltet.
Wenn die Phasen der Rf und Mf-Signale gut voneinander getrennt sind, läuft der geschilderte Vorgang in befriedigender Veie von selbst ab. Wenn die Phasen jedoch sehr dicht beieinander liegen, wird die bistabile Schaltung 533 mit so eng beieinander liegenden Signalen gespeist, daß Störsignale erzeugt werden können, die zu einem großen Fehler in dem Signal von der IIe3 vorrichtung führen. Um dies zu verhindern, wird das Sperrsignal If einem der Impulsgeneratoren, in diesem Fall dem Impulsgenerator 531 für das Bezugsfrequenzsignal Rf, zugeführt Dadurch wird jeder zweite Impuls von dem Impulsgenerator 531 gesperrt, so daß bei gleicher restlicher Schaltung der Impulsgenerator 532 zwei Impulse in jedem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen von dem Impulsgenerator 531 erzeugt. Eine Instabilität kann sich jedoch ergeben, wenn der erste der Impulse von dem Impulsgenerator 532 dicht auf den Impuls von dem Impulsgenerator 531 folgt, so daß sich ein nichtdefinierter Zustand in der bistabilen Schaltung 533 ergibt. Um dem entgegenzuwirken, ist eine monostabile Schaltung 534 vorgesehen, die den Impulsgenerator 532 steuert. Die monostabile Schaltung 534 wird mit dem Sperrfrequenzsignal gespeist, das den Start eines zweiten Sperrimpulses auslöst, der den ersten der zwei von dem Impulsgenerator 532 erzeugten Impulse sperrt. Ob ein Impuls oder zwei Impulse in dem Generator 532 erzeugt werden, hängt von der Dauer des Monoimpulses von der monostabilen Schaltung 534 ab. Um den Vorzug der Mittelwertbildung auszunutzen, ist es erforderlich, daß der Generator 532 immer dieselbe Zahl Von Impulsen erzeugt. Ein Filter 535 führt den Ausgang der bistabilen Schaltung 533 zurück, un die Periode der monostabilen Schaltung 534 in Abhängigkeit von der Gleichspannungskomponente des Ausgangs von der bistabilen Schaltung 533 zu steuern, die von dem Impulslängen-zu-Impulsabstands-Verhältnis des Signales S abhängt. Die Wirkung dieses Filters besteht darin, daß die Schutzdauer, während der die monostabile Schaltung die Wirkung des Impulsgenerators 532 sperrt, in: Abhängigkeit von der Annäherung an eine die Gefahr von Fehlmessungen bergenden Zustand automatisch erhöht oder herabsetzt, wenn die Impulse von deii Schaltungen 531 und 532 sich einer zeitlichen Koinzidenz miteinander nähern. Die Schutzperiode wird dadurch vergrößert, so daß die Schaltung 532 immer zwei Impulse erzeugt, oder sie wird herabgesetzt, so daß die Schaltung 532 immer einzelne Impulse erzeugt, obwohl die länge aller Signale Sf auf diese Weise ähnliche Werte hat. Der Mittelwert über einer großen Zahl von Zählereignissen, beispielsweise hundert Zählereignissen, wie oben angegeben wurde, liefert dennoch eine zuverlässige Anzeige der Phasendifferenz zwischen den Meßsignalen bei Abstrahlung und den IIeßsignalen bei Empfang nach der tibertragung über die lIe3distanz.
In den in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiei ist zu beachten, daß die "groben" und "feinen" Meßsignale zusammen mit den "E;roben" und "feinen" Bezugssignalen einzeln in getrennten Kanälen unabhängig voneinander verarbeitet werden, was im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 steht, bei den die zwei LIeß-IIodulationssignale beide erforderlich sind, um die grobe und feine Information zu liefern. Es ist daher ein Ausführungsbeispiel ähnlich wie das von Figur 3 möglich, bei den nur die "grobe" oder "feine" Information geliefert wird, wobei lediglich der eine oder der andere der beiden Kanale des beschriebenen Ausführungsbeispiels verwendet werden. Solch eine Ausftihrungsform kann nützlich sein, wenn die Vorrichtung nur dazu verwendet werden soll, eine Abstandsmessung in groben Einheiten zu liefern, beispielsweise wenn das Instrument zur Messung einer Distanz von einem Kilometer bis zu einem Meter verwendet wird, oder wenn die grobe Messung durch eine andere Einrichtung durchgeführt wird, könnte nur die Messung in kleinen IIaßeinheiten (Peinmessung) erforderlich sein.
Diese Anordnung wird durch das "Gitter" der optischen Wege durch die MeSvorrichtung möglich, wodurch jegliche Variation in irgendeiner der Sende- oder Empfangsdioden oder in einen der Sender 510 oder 55 hingenommen werden kann, weil jede Störung in diesen Komponenten sowohl die Meß-, als auch die Kalibriersignale nahezu in gleicher Weise aufgrund der dicht beieinander liegenden Frequenzen beeinflußt. Da die Phase des Zwischenfrequenzsignales bei den Verstärkern 517 und 518 durch die Phasendifferenz zwischen den Kalibrier- und Meßfrequenzen bestimmt wird, wird jegliche Störung nahezu vollstandig unterdrückt. Dies bedeutet, daß die Empfänger bezüglich ihrer Empfindlichkeit optimiert werden können, und daß dennoch eine ausreichende Phasenstabilität für die Verwendung in der Meßvorrichtung vorhanden ist. Diese Überlegungen treffen auch auf die Antriebsschaltungen der Sendedioden 1 und 2 ZU zu, und sie sind der Grund dafür, daß selbsttätige Verstärkungsregelung in den Empfängerschaltungen verwendet werden kann, so daß die Signale unabhängig von ihrer Signalstärke mit maximalem Messungswirkungsgrad verarbeitet werden können,

Claims

Patent ansprüche 0 Verfahren zum Messen der Distanz von einem Sender zu einem ausgewählten Punkt, bei dem ein Strahl elektromagnetischer Strahlung von dem Sender als Richtstrahl abgesendet wird, um an dem ausgewählten Punkt reflektiert zu werden, und bei dem die reflektierte Strahlung an einem Empfänger neben oder in der Nähe von dem Sender abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung, die an den Empfänger durch Reflektion bei dem ausgewählten Punkt übertragen wird, mit zwei verschiedenen, im wesentlichen konstanten Nodulationssignalen simultan moduliert wird, und daß die reflektierten, an dem Empfänger abgetasteten Signale demoduliert werden, um die Differenz zwischen den Phasen der zwei empfangenen Modulationssignale gegenüber der Phase der Modulationssignale bei Abstrahlung zu bestimmen, um dadurch eine Anzeige der Distanz zu liefern, die die modulierten Signale zwischen dem Sender und dem Empfänger über den ausgewählten Punkt zurückgelegt haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender zusätzlich zwei Modulationssignale direkt an den Empfänger und ferner zwei Kalibriersignale an den Empfänger überträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Modulationssignale so gewählt sind, daß die demodulierten Signale eine direkte Anzeige der Distanz in Standard-Meßeinheiten liefern.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Modulationssignale so gewählt sind, daß der demodulierte Ausgang eine direkte Anzeige der Distanz in Meter liefert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche i3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale demoduliert werden, um elektrische Signale zu erzeugen, deren Frequenz und Phase von den empfangenen Signalen abhängen, und daß die demodulierten Signale dekodiert werden, um zwei Ausgangssignale bei einer Standardfrequenz zu erzeugen, deren Phase von einem entsprechenden der Nudulationssignale abhängt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß-Modulationssignal mit der höheren Frequenz in Impulsen übertragen wird, deren Widerholfrequenz das MeSModulationssignal mit der tieferen Frequenz darstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender betätigt wird, um Bezugssignale mit einer höheren und einer tieferen Frequenz direkt an den Empfänger über einen anderen Weg als die Meßdistanz zu übertragen, wobei das Hodulationssignal mit der höheren Frequenz und das Modulationssignal mit der tieferen Frequenz und die zugehörigen Bezugssignale demoduliert werden, und daß dann die Signale mit der höheren Frequenz und' die Signale mit der tieferen Frequenz verglichen werden, um die Phasendifferenz zwischen den Meßsignalen und den Bezugssignalen zu bestimmen, wobei die Phasendifferenz die Meßdistanz darstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß-Modulationssignale verwendet werden, um entsprechende, bistabile Schaltungen zurückzusetzen, die durch die zugehörigen Bezugssignale gesetzt worden sind, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Impuislängen respektive die Phasendifferenzen darstellen.
9.. Vorrichtung zur Messung von Distanzen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,'wobei in der Vorrichtung ein Sender zum Übertragen eines elektromagnetischen Signales über die Meßdistanz zu einem Empfänger und eine Schaltung aufweist, die mit dem ianpfänger verbunden ist und mit elektrischen Signalen in Abhängigkeit von den von den Empfängern empfangenen Signalen gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1,2) eine Einrichtung (36), um ein elektromagnetisches Trägersignal, das über die Meßdistanz an dem Empfänger (3,4,8-15) übertragen wird, mit einem ersten bzw. einem zweiten Meß-Modulationssignal zu modulieren, und eine Einrichtung aufweist, um die Modulationssignale als Bezugssignale an dem Empfänger ( 3,4,8-15) über einen anderen Weg als die Meßdistanz zu übertragen, und daß die von dem Empfänger (3,4,8-15) gespeiste Schaltung (17-47)phasenempfindliche Einrichtungen (17-32, 40-47) aufweist, die Ausgangssignale in Abhängigkeit von Phasenverschiebungen (/ 2) von den ersten und zweiten Nodulationssignalen, die über die Meßdistanz empfangen werden, gegenüber ihren Phasen, wie sie über den anderen eg als die Meßdistanz empfangen werden, zu erzeugen, wobei die Phasenverschiebungen (es 2) auf der Übertragung über die Meßdistanz beruhen, und daß eine Einrichtung (33, 34, 39) vorgesehen ist, die auf den Ausgang der phasenempflindlichen Einrichtung 17-32, 4-0-47) anspricht, um ein für die Meßdistanz repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1, 2) eine Einrichtung (2) aufweist, um an den Empfänger (3, 4, 8-15) zwei Kalibriersignale zu übertragen, die zwei im wesentlichen konstante Frequenzen aufweisen, die voneinander durch eine Frequenz getrennt sind, die klein gegenüber den Frequenzen der Signale selbst ist, und daß der Empfänger (3, 4, 8-15) eine Einrichtung (10, 11, 12, 13) aufweist, die die Modulationssignale und die Kalibriersignale mischt, um die übertragenen Modulationssignale zu demodulieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Übertragung der Modulationssignale als Bezugssignale an den Empfänger (3, 4, 8-15) über den anderen Weg als die Meßdistanz betätigbar sind, um die Signale als Modulationssignale eines Drägerfrequenzsignal-Strahles direkt an den Empfänger (3, 4, 8-15) zu übertragen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Meßdistanz übertragenen Signale an einem ersten Detektor (3) des Empfängers (3, 4, 8-15) empfangen werden, und daß die Bezugssignale von einem zweiten Detektor (4) des Empfängers (3, 4, 8-15) empfangen-werden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignale als elektrische Signale auf einem Leiter an den Empfänger gegeben werden.
14. Vorrichtung nach nspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, er en 3 daß die Kalibriersignale sowohl an den2tetektor,tais auch an den zweiten Detektor (4) des Empfängers (3, 4, 8-15) übertragen werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender betätigbar ist, um ein Drägerfrequenzsignal bei einer optischen Frequenz zu erzeugen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1,2) eine lichtemittierende Diode (1) aufweist, um ein mit den ersten und zweiten Signalen moduliertes Licht zu erzeugen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (301, 302, 308, 309) einen Laser (308) zur Erzeugung des Trägerfrequenzlichts und einen elektrooptischen Modulator (309) aufweist, um das Laserlicht mit den ersten und zweiten Signalen zu modulieren.
18. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (303, 304, 310-315) zwei elektrooptische Nodulatoren (310, 311) aufweist, von denen einer zum Empfang des über die Meßdistanz übertragenen Lichtes und der andere zum Empfang des direkt von dem Sender (301, 302, 308, 309) übertragenen Lichtes angeordnet ist, wobei.beide elektrooptischen Modulatoren (310, 311) des Empfängers (303, 304, 31e315) elektrisch mit wenigstens einem Kalibriersignal gespeist werden, das sich von den Modulationssignalen unterscheidet, die an den elektrooptischen Modulator (309) des Senders (510, 308, 309) angelegt werden.
19. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Empfänger (3, 4, 8-15) gespeiste Schaltung (17-47) eine Einrichtung (17-32) aufweist, die für die Differenz (#1-#2) zwischen den entsprechenden Phasenverschiebungen (#1,#2) der ersten und zweiten Meß-Modulationssignale empfindlich ist und anspricht, um ein der Meßdistanz entsprechendes Signal als Bruchteil der Wellenlänge eines Signales bei der Frequenz der Differenz (f1-f2) zwischen den zwei Signalen (f1, f2) zu erzeugen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3, 4, 8-15)allein oder zusätzlich für die Summe (61 + 62) der entsprechenden Phasenverschiebungen ( 62) der ersten und zweiten Neß-Nodulationssignale empfindlich ist, um ein für die Meßdistanz repräsentative Signal als Bruchteil der Wellenlänge eines Signales bei der Frequenz der Summe (61 + 62) der Phasenverschiebungen (61, #2) zu erzeugen.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3, 4, 8-15) Frequenzwandler (10, 11) aufweist, um die empfangenen Signale zu demodulieren, um demodulierte eletrische Signale mit einer Frequenz, die von den Frequenzen der empfangenen Signale abhängt, und entsprechend Phasen zu erzeugen, die von den empfangenen Signalen abhängen, und daß die von dem Empfänger (3,4, 8-15) gespeiste Schaltung (17-47) ein Dekodiernetzwerk (17-32) aufweist, um die Frequenz der demoduliertenSelektrischen Signale in eine ausgewählte Standardfrequenz umzusetzen, um erste und zweite Standardfrequenzsignale zu erzeugen, deren Phasenbeziehung dieselbe wie die Phasenbeziehung bei dem Empfänger (3, 4, 8-15) zwischen den ersten und zweiten, übertragenen Modulationssignalen ist, und daß ein Ausgangsnetzwerk (33, 34, 39) betätigbar ist, um ein Signal zu erzeugen, das die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Standardfrequenzsignalen darstellt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Anzeigeeinrichtung (35) vorgesehen ist, die für das Signal von dem Ausgangsnetzwerk (33, 34, 39) empfindlich ist, welches die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Standard-signalen darstellt, und betätigbar ist, um eine sichtbare Anzeige der Phasendifferenz zu erzeugen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsnetz (33, 34, 39) betätigbar ist, um digitale bzw. Ziffernsignale zu erzeugen, die die Phasendifferenz darstellen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die demodulierenden Frequenzwandler (10, 11) mit verstärkten Signalen von entsprechenden Detektoren (3, 4) des Empfängers (3, 4, 8-15) gespeist sind und entsprechende Verstärker (12, 13) versorgen, die jeweils zwei elektrische Ausgangssignale (A,B; C,D) bei wenigstens zwei Schwebungsfrequenzen der gemischten, modulierten Eingangssignale an die Detektoren (3, 4) liefern.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Demodulationsnetzwerk (8, 10,12, 14, 15),das dem ersten Detektor (3) zugeordnet ist, eine selbsttätige Verstärkungsregelung-Rückkopplungsschleife (14, 15, 16) aufweist, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers (8) regelt, der den Frequenzwandler (10) speist, so daß die Differenzen zwischen den demodulierten Signalen von den zwei Ausgangsverstärkern (12, 13) reduziert werden.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife (14, 15, 16) eine Sicht-Anzeigeeinrichtung (16) aufweist, um eine Anzeige der Stärke des an dem Detektor (3) empfangenen Signales zu geben.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekotiernetzwerk (17-32) respektive phasenstarre OsziAlatorschleifen (18-21; 25-27, 28, 29)für jedes der zwei demodulierten Ausgangssignale (C, D) von dem Verstärker (13) des liemodulationsnetzwerkes (9, 11, 13) aufweist, das dem zweiten Detektor (4) zugeordnet ist, und daß die phasenstarren Oszillatorschleifen (18-21; 25, 27, 28, 29) beide mit Signalen bei einer Standardfrequenz von einer Bezugsquelle (38) gespeist werden und jeweils ein Ausgangssignal erzeugen, das mit seiner Phase starr mit dem entsprechenden, demodulierten Eingangssignal gekoppelt ist, und dessen Frequenz von den entsprechenden der demodulierten Ausgangssignale (C, D) von dem Demodulationsnetzwerk (8, 10, 12, 14, 15, 16), das dem ersten Detektor (4) zugeordnet ist, durch die Standardfrequenz getrennt ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodiernetzwerk (17-32) ferner phasen starre Verzögerungsschleifen (17, 22, 23, 24; 26, 30, 31, 32) aufweist, die äe mit einem Signal von der zugeordneten, phasenstarren Oszillatorschleife und mit entsprechenden Signalen (A, B) von dem Ausgangsverstärker (12) der Demodulationsschaltung (8, 10, 12, 14, 15, 16) gespeist werden, die dem ersten Detektor (3) zugeordnet ist, und die ein Ausgangssignal bei der Standardfrequenz erzeugen, das phasenstarr mit den entsprechenden, demodulierten Signalen (A, B) gekoppelt ist, die die ersten und zweiten übertragenen Signale darstellen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenstarren Oszillatorschleifen (18, 21; 25, 27, 28, 29) äe einen Frequenzwandler (18; 45) aufweisen, der mit einem Eingangssignal (C,D), an das die Phase des Ausgangssignales phasenstarr gekoppelt ist, und einem Bezugssignal gespeist wird, das von dem Eingangssignal durch die Standardfrequenz getrennt ist, daß der Frequenzwandler (18; 25) ein Ausgangssignal bei einer Schwebungsfrequenz zwischen dem Eingangssignal und dem Bezugssignal bei der Phase des Eingangssignales erzeugt, daß ein Phasendetektor (20, 28) mit dem Ausgangssignal des Frequenzwandlers (18; 25) und einem Signal bei der Standardfrequenz gespeist wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das von der Phasendifferenz zwischen den zwei eingegebenen Eingangssignalen abhängt, und daß ein gesteuerter Oszillator (19; 27);der von dem Ausgangssignal des Phasendetektors (20, 28) gesteuert wird, ein Bezugssignal erzeugt, welches dem Frequenzwandler (18; 25) zugeführt wird.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß jeder gesteuerte Oszillator (19, 27) ein spannungsgesteuerter Oszillator ist, und daß ein aktiver Filter (21, 29) vorgesehen ist, der mit dem Ausgangssignal des Phasendetektors (20, 28) gespeist wird und ein Gleichspannungssignal in Abhängigkeit von der gemessenen Phasenbeziehung erzeugt, um die Phase des entsprechenden, spannungsgesteuerten Oszillators (19, 27) zu steuern.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß jede phasenstarre Verzögerungsschleife (17, 22, 23, 24; 26, 30, 31, 32) einen Frequenzwandler (17; 26), der mit einem der demodulierten Signale (A, B) von der Demodulationsschaltung (8, 10, 12, 14, 15, 16) des ersten Detektors (3) des Empfängers und mit einem Signal von dem Ausgang einer entsprechenden phasenstarren Oszillatorschleife (18-21; 25, 27, 28, 29) gespeist wird, um ein Ausgangssignal bei der Standardfrequenz zu erzeugen, und einen Phasendetektor (22, 30) aufweist, der mit dem Ausgang des Frequenzwandlers (1Q, 26) und mit einem Signal bei der Standardfrequenz von dem Ausgang einer variablen Verzögerungsschaltung (24, 32) gespeist wird, die mit Standardfrequenzsignalen von einer Bezugsquelle (38) gespeist und durch den Ausgang von dem Phasendetektor (22, 30) gesteuert wird.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktiver Filter (23, 31) zwischen dem Ausgang des Phasendetektors (22, 30) und dem Steuereingang der Verzögerungsschaltung (24, 32) vorgesehen ist und ein Gleichspannungssignal an den Steuereingang der Verzögerungsschaltung (24, 32) liefert.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1, 51, 52, 514, 515) betätigbar ist, um das Modulationssignal mit der höheren Frequenz von den beiden Modulationssignalen in kurzen Impulsen zu übertragen, wobei die Impulswiederholfrequenz das Modulationssignal mit der tieferen Frequenz bildet.
24. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (517-528) eine Einrichtung (520, 522, 518), die demodulierte Signale erzeugen, die respektive eines der zwei Modulationssignale, die über die Meßdistanz übertragen worden sind, darstellen, Einrichtungen (517, 519, 522) zur Erzeugung von demodulierten Signalen, die respektive eines der zwei Bezugssignale darstellen, und Einrichtungen (529, 530) aufweist, um die Phase jedes Modulationssignales mit der Phase dbs zugehörigen Bezugssignales zu vergleichen.
35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2, 56, 57, 546) zur Erzeugung von Kalibriersignalen Signale bei einer Frequenz erzeugt, die um einen kleinen Betrag von der Frequenz der zugehörigen Modulationssignale verschoben ist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverschiebung in dem Bereich von einem Zehntausenstel liegt.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung (517-528) Einrichtungen (527, 528) zum Umsetzen der Modulationssignale in erste Rechteckwellen, deren Phase von der Phase des Signales abhängt, von der sie abgeleitet sind, Einrichtungen (523, 525) zum Umsetzen der Bezugssignale in zweite Rechteckwellen, deren Phase von der Phase des Signales abhängt, von dem sie abgeleitet sind, und Toreinrichtungen (529, 530 für jedes der Meß-Modulationssignale aufweist, die durch eine vorgegebene Flanke von einer der zweiten Rechteckwellen betätigbar und durch eine entsprechende Flanke einer zugehörigen Welle der ersten Rechteckwellen schliessbar sind, um ein Signal zu erzeugen, dessen Impulslänge die Phasendifferenz zwischen dem Modulationssignal und den zugehörigen Bezugssignal darstellt.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Toreinrichtungen (529, 530) respektive Impulsformer (531, 532) sowohl für die ersten als auch für die zweiten Rechteckwellen, Einrichtungen (515, If), die zur Sperrung der alternierenden Impulse des Impulsformers (531), der mit der zweiten Rechteckwelle gespeist wird, betätigbar sind, und Einrichtungen (515, If, 534) aufweist, um Impulse von den Impulsformer (532), der mit der ersten Rechteckwelle gespeist wird, während eines vorgegebenen Zeitintervalles nach jedem Impuls zu sperren, der von dem Impulsformer (531) erzeugt wird, der mit der zweiten Rechteckwelle gespeist wird, um eine Schutzperiode zu schaffen, während der das Gatter (529, 530) immer offen bleibt.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vorgegebenen Zeitdauer durch eine monostabille Schaltung (538) bestimmt wird, die durch den Ausgang einer Filterschaltung (535) gesteuert wird, der an den Ausgang der Toreinrichtungen (529, 530) angesehlossen ist, um ein Gleichspannungssignal in Abhängigkeit von den Inpulslängen- zu -Impulsabstandsverhältnis zu liefern, so daß die Länge der Schutzdauer geändert wird, wenn das Impulslängen- zu -Impulsabstandsverhältnis sich ändert, um zu verhindern, daß ein instabiller Zustand auftritt, wenn das Schliessen der Toreinrichtungen (529, 530) nicht in zuverlässiger Weise bewirkt wird, weil das Ende der Schutzperiode und die richtige Flanke der ersten Rechteckwelle dicht beieinanderliegen.

L e e r s e i t e