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Verfahren zum Messen von Entfernungen und optisch-elektrisches
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Entfernungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Messen von Entfernungen sowie ein optisch-elektrisches
Entfernungsmeßgerät unter Verwendung von dem zu vermessenden Objekt ausgehenden
Lichtstrahlen.
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Bekannt sind optisch-elektrische Entfernungsmeßgeräte mit einer Lichtquelle,
einem Lichtempfänger sowie einer Auswerteinrichtung zur Ermittlung und Anzeige der
gesuchten Entfernung. Die bisher bekannten Entfernungsmeßgeräte dieser Art etwa
nach der DT-OS 2 453 158 und 2 501 595 haben gegenüber den bekannten rein elektrischen
Entfernungsmeßgeräten, die die Laufzeit von reflektierten elektro-magnetischen Wellen
messen und in einen der gesuchten Entfernung entsprechenden Wert umwandeln den Vorteil
größcrer Einfachheit, weil insbesollderc beim Messen kürzerer Entfernungen wegen
der hohen Geschwindigkeit elektro-magnetischer Wellen ein großer Aufwand hinsichtlich
des Auflösungsvermögens der Ausertungseinrichtung erforderlich ist. Die beiden bekannten
optischelektrischen Entfernungsmeßgeräte nach den genannten Offenlegungsschriften
verwenden zur Abstandsmessung zwar Lichtstrahlen, deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit
die gleiche derjenigen der elektromagnetischen
Wellen ist, jedoch
wird nicht die Laufzeit der reflektierten Strahlung gemessen, sondern ihr Einfallswinkel
gegenüber der zum Gerät festliegenden Abstrahlrichtung des ausgesandten Lichtes.
Die gesuchte Entfernung ergibt sich aus einer trigonometrischen Funktion eines durch
den Einfallswinkel der reflektierten Strahlung und eine geräteseitige Basis bekannten
rechtwinkeligen Dreiecks. Da die geräteseitige Basis als eine Katilete des rechtwinkeligen
Dreiecks nicht beliebig groß gemacht werden kann, sind der genauen Entfernungsmessting
Grenzen gesetzt. Zur Feststellung des Einfallswinkel ist ein Schwenkspiegel erforderlich.
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Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen
von Entfernungen sowie ej.n zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes optis
ch-elektri sches Entfernungsmeßgerät anzugeben, das wie ein RADAR-Gerät auf das
zu vermessende Objekt ausgerichtet werdeii kann, keine beweglichen Teile hat und
allein auf der Grundlage der Messung und Auswertung von entfernungsabhängigen Beleuchtungsstärken
arbeitet. Die verfahrensmäßige Lösung dieser neuen Aufgabe ist im Patentanspruch
1 aiigegeben. Das dem Verfahren zugrunde liegende Lichttcchnischc E.ntfernungsgesetz"
wonach die Beleuchtungsstärke einer Fläche dem Quadrat ihres Abstandes von der Lichtquelle
umgekehrt proportional ist, bezieht sich bekanntlich auf punktförmige Lichtquellen.
Das Gesetz kann nach den der Erfindung zugrunde liegenden Bkenntnissen aber auch
für Lichtquellen einer Ausdehnung, die klein ist zur Entfernung Anwendung finden.
Als genügend kleine Lichtquellen sind solche mit einem Durchmesser von ca. 1 - 4
cm anzusehen. Als Lichtquelle gilt im Rahmen dieser Erfindung auch ein Reflektionspunkt
einer mit natürlichem oder künstlichem Licht beleuchteten Fläche des zu verF messenden
Objekts, von dem der dem Lichttechnischen Entfernungs gesetz unterworfene Lichtstrom
ausgeht.
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Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß das Lichttechn$-sche
Entfernungsgesetz beim Photometer benutzt wird, um bei bekannter Lichtstärke einer
Lichtquelle die Lichtstärke einer zweig ten Lichtquelle zu ermitteln. Zur Entfernungsmessung
an sich ist dieses Gesetz noch nicht angewendet worden.
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In den Unteransprüchen sind drei verschiedene optisch-elektrische
Entfel-rlungsllleßgerate zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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Das Gerät nach Anspruch 2 ist dem Fall angepaßt, in dem das zu vermessende
Objekt durch natürliches oder künstliches Licht (Blitzlicht) beleuchtet ist oder
wird, wobei die Voraussetzungen zur Anwendbarkeit des "Lichttechnischen Entfernungsgesetzes"
durch Erfassen eines Leuchtpunktes mittels Teleoptik geschaffen sind.
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Die Bezugsmessung zur Auflösung der dem Gesetz zugrunde liegenden
Formel nach der gesuchten Entfernung r erfolgt bei dem Gerät nach Anspruch 2 durch
eine dem eigentliciien Meßvorgang zeitlich vorangehende Eich-Messung.
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Dieser Eichvorgang und die hierzu erforderliche Abgleicheinrichtung
können jedoch entfallen, wenn die Bezugsmessung nach Anspruch 3 unter Einsatz von
zwei. Lichtempfängern beim Messvorgang selbst erfolgt.
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Die zweite aparative Lösung der gestellten Aufgabe nach Anspruch 4
verwendet eine Infrarotaiode als Lichtquelle, womit ein unsichtharzes. langwelliges
Licht verwendet wird, das weitgehend witterungs unabhängig ist. Infiarotlicht mit
einer Wellenlänge von über o,8 m Wellenlange durchdringt bekanntlich Dampf- oder
Nebelschwaden verlustlos von der Abnahme der Beleuchtungsstärke nach dem Lichttechnischen
Entfernur.gsgesetz abgeseh-en. Eine größere Meßgenauigkeit ist dadurch gegeben,
daß allein die entfernungsabhängige Abnahme der Beleuchtungsstärke gemessen und
ausgewertet wird, also keine geräteabhängige Abmessungskonstante zur Auswertung
benutzt werden muß. Der Meßbereich des Infrarotgerätes dürfte bei Batteriebetrieb
bei ca. 50 m liegen.
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Das Entfernungsmeßgerät nach der zweiten Lösung umfaßt zwei ortsbewegliche
Geräteteile, nämlich das Geberteil mit der Infrarot-Lichtquelle und einen Empfangsteil
mit dem Lichtempfänger und der Auswerteinrichtung mit Anzeige. Der Infrarot-Lichtstrom
ist impulsmoduliert, um Störeinflüsse aus dem Tageslicht auszuschließen.
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Die Modulationsfrequenz liegt im Bereich zwischen lo KHz und 3 Miiz,
vorzugsweise bei 10 KHz (Anspruch 5). Der Lichtquelle ist zweckmäßig eine Einrichtung
zur Konstanthaltung der Lichtstärke
zugeordnet (Anspruch 6), damit
ausgeschlossen ist, daß die gut der Beleuchtungsstärke beruhende Entfernungsmessung
durch Schwankungen der Speisespannung insbesondere bei Batteriebetrieb verfälscht
wird.
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Im Empfangsteil wird ein der empfangenen Beleuchtungsstärke E proportionaler
Digitalwert erzeugt, aus dem in einem elektroniseken Rechenteil die gesuchte Entfernung
r zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger bzw. zwischen zwei gerateseitigen
Meßmarken errechnet wird nach der Formel
die aus dem 11Lichttechnischen Entfernungsgesetz" in der Schreib weise
abgeleitet ist mit der Maßgabe, daß r1 und E1 gleich Eins gesetzt wird. Dies ist
möglich, weil zum Abgleichen des Meßgerätes nach~ der ersten und zweiten Lösung
zunächst eine Abgleichmessung vergekommen werden auß, bei der der Abstand der Längenmeßeinhoit,
z.B.
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ein Meter unter Verwendung eines Meßstabes eingestellt wird, wonach
über eine Abgleichvorrichtung im Empfangsteil die Ergebnis-Anzeigevorrichtung und
damit der dieser Entfernung entsprechende Digitalwert der Beleuchtungsstärke E1
auf 1 gesellt wird. N¢h dieser Eichung des Entfernungsmeßgerätes, die zur Berücksichtigung
von geräteeigenen Stör-Konstanten von Zeit zu Zeit zu holen ist, kann jede beliebige
Entfernung mit hoher Meßgenauigkeit gemessen werden.
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Auch für die Lösung nach Anspruch 4 ist nach Anspruch 8 die Bezugsmessung
ohne besonderen Eichvorgang möglich, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten
Lösung nach Anspruch 2 und 3 erwähnt, Die dritte Prinziplösung der gestellten Aufgabe
nach Anspruch 9 berht auf dem bekannten Prinzip, einen Lichtempfänger auf ein.
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Reflexmarkierung des Lichtsenders auf dem zu vermessenden Objekt:
auszurichten und die reflektierte Lichtstrahlung in einer Auswerteinrichtun
zur
Ermittlung und Anzeige der gesuchten Entfernung zu verarbeiten. Durch die erfindungsgemäße
Verwendung von impulsmoduliertem LASER-Licht kann nicht iiur der maxilnale Meßbereich
vergrößert werden, vielmehr vereinfacht sich das Gerät dadurch, daß sowohl die Lichtquellen
als auch der oder die Lichtempfänger in ein und demselben ijandlichen Gerät angeordnet
werden können. Dies deshalb, weil der ausgesandte LASER-Lichtstrahl nicht dem erwähnten
lichttechnischen Entfernungsgesetz unterliegt sondern erst der reflektierte Lichtstrahl,
für den diescs Gesetz gilt, weil die Charakteristik des LASER-Lichtes bei der (anzunehmenden)
nicht idealen Reflektion an dem zu vermessenden Objekt beispielsweise einer Wand,
die kein regelreciiter Spiegel ist, hinfällig wird. Der LASER-Lichtstrom hinterläßt
an dem zu vermessenden Objekt einen Leuchtpunkt, auf den ein Lichtempfänger ausrichtbar
ist, der eine entfernungsabhängig< Beleuchtungsstärke E1 empfängt. Die Helligkeit
ies Lichtpunktes am Objekt ist bei jeder Entfernung gleich, eben weil das LASER--Licht
dem lichttechnischen Entfernungsgesetz nicht unterliegt. Indessen kommt es auf einen
absoluten Helligkeitswert des Reflektionspunktes, der bei LASEWLicht z.E. durch
Dampf- oder Nebelschwaden beeinträchtigt werden kann, nicht an. Wie in der konkreten
fleschreibung näher erläutert ist, ist bei der dritten Lösung eines Entfernungsmeßgerätes
mit LASER-Lichtsender über Spiegelung ein Abzweig des reflektierten Stralilenganges
mit einem eigenen, zweiten Lichtempfänger vorgesehen, wobei die Länge des Abzweig
genau der Längenmeß-Einheit, z.B. ein Meter, entspricht. Auf diese Weise sind zwei
Beleuchtungsstärken E1 und E2 abgreifbar, deren zugehörige Entfernungen vom Leuchtpunkt
bzw. Reflektionspunkt um die Längenmeßeinheit d.h. uni "1" differieren. Unter dieser
Voraussetzung errechnet sich die gesuchte Entfernung r1 aus der Formel des lichttechnischen
Entfernungsgesetzes zu
welcher Wert von einem elektronischen Rechner ermittelt und als Kehrwert in einer
digitalen Ergebnis-Anzeigevorrichtung angezeigt
wird.
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Wenn auch die Einstellung des abgezweigtell Strahlenganges zur Durchführung
der Bezugsmessung auf die Längenmeß-Einheit im llinblick auf den Rechenvorgang vorzuziehen
ist, so kann ein solch langer Strahlengang aus Platzgründen nicht immer eingestellt
werden, insbesondere nicht wenn an die Verwendwig der ersten oder dritten Lösung
nach den Ansprüchen 2 mit 3 bzw. 9 mit lo für ein mit einem Fotoapparat integriertes
Entfernungsmeßgerät gedacht wird. Dann empfiehlt sich die Ausführungsform mit zwei
im Empfängerteil angeordneten Lichtempfängern und einem inneren Strahlengang zwischen
den Lichtempfängern beliebiger Länge, die als Festwert zusätzlich in den Rechenvorgang
eingeführt werden muß.
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Weitere Merkmale des optisch-elektrischen Entfernungsmeßgerätes der
dritten Lösung mit einem LASER-Lichtsender sind den Anspriichen 11 bis 13 zu entnehmen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der drei erfindungsgemäßen
Lösungen von optisch-elektrischen Entternungsrneßgc-rätendargestellt, und zwar zeigen:
Fig. i die aus Lehrbüchern bekannte graphische Darstellung zur Erläuterung des "Lichttechnischen
Entfernungsgesetztes" mit der Angabe der dieses Gesetz ausdrückenden Formel, Fig.
2 eine vereinfachte Darstellung des Gerätes der ersten Lösung zur Entfernungsmessung
eines durch natürliches oder künstliches Licht beleuchteten Objektes, Fig. 3 ein
zweiteiliges Entfernungsmeßgerät der zweiten Lösung mit Infrarot-Leuchtdiode in
Draufsicht und mit Darstellung der Blockschaltbilder für beide Geräteteile, Fig.
4 ein einteiliges Entfernungsmeßgerät gemäß der dritten Lösung mit LASER-Lichtsender
und einem durch Spiegelungen erzeugten Abzweig im Strahlen gang in Draufsicht unter
Darstellung des Strahlung ganges, und
Fig. 5 ein Blockschaltbild
für die Ausführung nach Fig. 4.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Entfernung r1 einer
Wand 3 von einem Standort aus zu messen, die durch natürliches Licht beleuchtet
ist, wie durch die Strahlen L angedeutet ist. Das handliche Gerät mit dem Gehäuse
G hat zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Lichtempfänger S und S2 , denen
jeweils eine Teleoptik T1 und T2 großer Brennweite vorgcordnet ist. An der Vorderwand
des Gehäuses G ist eine Eintrittsöffnung O für einen Lichtstrahl vorgesehen, der
von einem Leuchtpunkt LP der beleuchteten Wand 3 ausgeht. Das Gehäuse G kann über
eine nicht dargestellte Visiervorrichtung auf einen solchen gut beleuchteten Leuchtpunkt
LP ausgerichtet werden. In gradliniger Fortsetzung des einfallenden Lichtstrahles
ist ein erster durchlässiger Spiegel M1 angeordnet, der den einfallenden Lichtstrahl
in das Teleobjektiv T1 zum Teil reflektiert zum Teil durchläßt bis zu einem Spiegel
M2 der den Lichtstrahl in die zweite Teleoptik T2 reflektiert. Durch die Teleoptiken
T1 und T2 großer Brern'1weite wird der Ausgang der Lichtstrahlen, nämlich der Leuchi
punkte LP, punktförm.O erfaßt.
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Die Lichtempfänger 1 und S2 werden somit mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken
beaufschlagt. Die von dem Lichtempfänger S1 empfangene Beleuchtungsstärke verhält
sich zu der von dem Lichtempfänger S2 empfangenen Beleuchtungsstärke E2 umgekehrt
proportional wie die Quadrate der zugehörigen Entfernungen r1 und r 1+ a wobei a
die Länge des inneren Strahlenganges des Gerätes zur Durchführung einer Bezugsmessung
ist. Es ist bei dieser vereinfachten Darstellung nicht berücksichtigt der Verlust
an Beleuchtungsstärke, der sich auf dem Wege der abgespiegelten Strahlung von den
Spiegeln M1 bis zum Lichtempfänger 1 bzw. vom Spiegel. M2 bis zum Lichtempfänger
S2 ergibt.
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Die beiden Lichtempfänger geben ihre Signale an ein RechenteilCL indem
die gesuchte Entfernung r1 in Durchführung der angegebenen Rechenoperationen ermittelt
wird. Selbstverständlich kann in den Rechner noch eine Gerätekonstante eingeführt
werden, um die gesuchte
Entfernung von einer geräteeigenen Neßmarke,
beispielsweise der Vorder- oder Rückkante des Gehäuses G als Ergebnis zu erhalten,
das in einer digitalen Anzeigevorrichtung F angezeigt wird.
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Einzelheiten hinsichtlich der Bausteine und der Schaltung innerhalb
des Gerätes sind ähnlich denjenigen, wie im Zusammenhang mit des Ausführungsbeispielen
nach Fig. 3 bis 5 beschrieben.
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In Fig. 3 ist das zweiteilige Entfernungsmeßgerät der zweiten Lösung
beschrieben, bei dem die Baugruppe des Infrarot-SenderS in einem Gehäuse 1 zusammengefaßt
ist. Das Gehäuse wird mit der Rückwand an die Wand 3 eines Objektes gelegt, bis
zu dem die Entfernung eines Standortes gemessen werden soll. Die an der Vorderseite
des Gehäuses angeordnete Lichtquelle ist eine Infrarot-Leuchtdiode 4, die impulsmoduliert
arbeitet, um Störeinflüsse durch Tageslicht auszuschließen. Die Impulslänge bezieht
sich auf Modul.ationsSrequen7.en zwischen 1o KIfz und 3 Mllz, vorzugsweise bei lo
Kliz. Die aus dem Stromnetz oder vorzugsweise aus einer Batterie 5 betriebene Oszillatorstufe
6 beaufschlagt einen Leistungs-Operationsverstärker 7 zum Betrieb der Leuchtdiode
4.
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Um Schwankungen der Speisespannung und damit der Beleuchtungsstärken
am Empfänger zu verhindern, die die auf Messung der Beleuchttmgsstärke berujienden
Entfernungsmessung fälschen könnte ist ein geschlossener Regelkreis für die Lichtstärke
der Leuchtdiode 4 vorgesehen, zu dem eine für die Infrarotaufnahme geeignete Sonde
8, ein Vergleichsorgan 9 und der Operationsverstärker 7 gehören. Der Regelkreis
wird durch die Leuchtdiode 4 geschlossen.
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Die Strahlenaustrittsöffnung lo am Gehäuse 1 besitzt ein Fenster,
das sls Milchglaskuppel ausgebildet ist, um eine für das quadratische Entfernungsgesetz
nach Fig. 1 geeignete Strahlenverteilung zu erreichen. Der zu messende Abstand r
zwischen dem Sende-und Empfangsteil des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerätes
ergibt sich aus dem Abstand zwischen der Oberfläche der Milchglaskuppel 11 und der
Optik 13 des Empfangssystems. Diesem Abstand muß die Seitenlänge des Gehäuses 1
zur Findung des gesuchten
Abstandes des mobilen Empfangsteiles
zu der Wand 3 zuaddiert werden.
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Zu dem in Fig. 3 beschriebenen Gerät gehört ein in sich geschlossenes
Empfangsteil mit dem Gehäuse 14. Das GeIiäuse 14 ist mit einer nicht dargestellten
Visiervorrichtung versehen, mit der die Milchglaskuppel 11 des Senders angepeilt
wird, und zwar derart, daß die Frontfläciie des Gehäuses 14 mit der Optik 13 parallel
zur Frontseite des Seiidergehäuses 1 mit der Milchglaskuppel 11 steht. In diesem
Fall wird eine senkrechte Beleuchtung der Optik 13 gewährleistet. Die Optik 13 sorgt
für eine genaue Abbildung des Eintrittfensters auf di e emp fangswirksame Oberfläche
des Lichtempfängers bzw. der Empfängersonde .5.
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Die der empfangenen Beleuchtungsstärke entsprecheiiden Spal ungswerte
der Empfängerimpulsc werden im Diskriminator 16 in vergleichbare Gleichspannungskomponenten
umgewandelt und einmal dazu benutzt, um die in der Beschreibung angegebene Beleuchtungsstärke
E1 für die Entfernung r zu normieren und andererseits um sie dem Analog-Digitalwandler
18 zuzuführen. Damit werden die Vorteile des binären Rechnersystems bezüglich Genauigkeit
und Ilandlichkeit ausgenutzt.
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Der vom Wandler 18 geführte Wert bedeutet die empfangene Beleuchtungsstärke.
Sein Befehl wird an einen Digitalrechner 19 mit Skipeigenschaft und Funktionsgeber
1 gegeben. Er führt die Berechnung zur Ermittlung der Distanz dann aus, wenn auf
dem Tastenfeld 20 die Meßtaste 2oa zur Aktivierung von 5 und x betätigt wird. Der
im Rechner 19 vorliegende Digitalwert der Distanz r wird einem Display bzzv. einer
Ergebnis-Anzeigevorrichtung 21 als dekadisches Zahlenfeld mit Leuchtdioden übertragen
und dort als Distanz in Metern angegeben.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten zweiteiligen Gerätes
beruht auf der Abnahme der Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat der wachsenden Entfernung.
Nach Positionierung des Gehäuses 1 an dem zu vermessenden Objekt 3 und Inbetriebnahme
des Licbtsenders 4 wird die Vorderseite des Empfängergehäuses 14 auf den Abstand
der Längeneinheit, z.B. 1 Meter vom Austrittsfenster
10 gebracht
und der Empfanger in Betrieb genommen. Der Wert des Diskriminat.ors 16 wird mit
Hilfe der Abgleichvorrich tung 17 mit Handrad 17a so eingestellt, daß auf dem Display
21 der Wert 1 Meter erscheint.
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Diese Maßnahme dient der Eichung des Entfernungsmessers, wodurch nur
das vereinfachte Gesetz
vom Rechner 19 zu verarbeiten ist.
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Die pulsierende Strahlung des Senders 4 erleidet auf dem Wege r=1
m eine normierte Intensitätsschwächung. Der Strahl fällt in die Öffnung der Abbildungsoptik
13 und damit gleichmäßig auf die empfangswirksame Oberfläche der Empfängersonde
15. Die Absorption durch die Optik ist in die Gesamtschwächung einbezogen und eliminiert
sich bei allen folgenden Messungen.
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Die Empfängerimpulse werden dem Diskriminator 16 zugeführt und als
Gleichstromanteile in den Analog-Digitalwandler 18 eingeleitet, dessen Ausgangswert
für Beleuchtungsstärke steht. Die Abgleichvorrichtung 17 als Abzweig vom Disklgiminator
16 gestattet die Rückführung des Ausgangswertes des Wandlers 18 auf die Beleuchtungsstärke
E1 " 1 (Fig. 1) bei r1 - 1. Bei dieser abgleichenden Bezugsmessung ermittelt der
Rechner 19 mit dem Tastenfeld 20 die Distanz, die auf dem Display 21 mit 1 m dargestellt
wird.
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Anschließend an diese Bezugsmessung begibt man sich mit dem Empfangsteil
14 zu dem Standort, von dem aus die Entfernung zur Wand 3 gemessen werden soll.
Wiederum wird die Vorderseite des Empfängergehäuses 14 mit der Visiervorrichtung
auf die Mi.lchglaskuppel 11 des Sendeteils 1 ausgerichtet. Ein Druck auf die taste
20a löst unmittelbar die Entfernungsanzeige aus, zu der die Seitenlänge des Gehäuses
1 addiert werden muß. Diese Addition kann aber auch gespeichert und seitens des
Tastenfeldes erfolgen, sodaß die endgültige Entfernung sofort auf dem Display 21
erscheint.
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Die dritte, aufwendigste Lösung des optisch-elektrischen Entfernungsmessgerätes
gemäß der Erfindung nach Fig. 4 und 5 ist
wegen der Verwendung
von LASEi?-Licht für große Entfernungen konzipiert. Ein weiterer Vorteil dieser
Ausführungsform ist die Einteiligkeit des Gerätes und der Wegfall des Zwanges einer
Bezugsmessung zum Abgleichen des Gerätes.
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Die Licht-Sende- und Empfangsanlage ist in einem gemeinsamen Gehäuse
22 untergebracht. Es enthält einen LASER-Lichtsender 23, der von einem Oszillator
mit einem Leistungsverstärker 24 betrieben wird. Er kann mit Frequenzen von lo KHz
bis 3 Mllz impulsmoduliert werden. Die Stromversorgung crfolgt aus dem Netz oder
vorzugsweise aus einer Batterie 25.
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Die gestrichelt umrandete Baugruppe 26 (Fig. 4) enthält eine Regelstrecke
29, die in Verbindung mit einem durchlüssigen Spiegel 27 und einem Lichtempfänger
25 die Leistungsstufe 24 so kontrolliert, daß die Lichtstärke des LASER-Senders
23 jederzeit an das Absorptionsvermögen des reflektierenden Objektes, z.B. der Wand
3, angepaßt werden kann. Dic Regelstrecke 29 vereinigt Diskriminator, Vergleichsorgan,
Regler und Regelstrecke.
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Der durch den Spiegel 27 hindurchtretende zur Beleuchtung der Wand
3 dienende Strahlenanteil durchtritt breitere durchlässige Spiegel 30 und 31 und
verläßt das Gehäuse 22 durch das Fenster 32. Er beleuchtet auf der Wand 3 unabhängig
von der Entfernung seiner Strahlenquelle ein Flächenstück entsprechend der Bündelung
des LASER-Lichtstrahles. Bis zum Reflektionspunkt R gilt das "Lichttechnische Entfernungsgesetz"
nicht.
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Das diffus reflekticrte Licht läßt einen Anteil durch die Fenster
öffnung 32 in das Gehäuse 22 fallen. Der ausgehende LASER-Lichtstrahl und der rückkehrende
Lichtstrahl interferieren dabei nicht.
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Im konstanten Verhältnis geht ein Rückstrahlenanteil vom einfallseitig
ersten Spiegel 31 auf einen ersten Lichtempfänger 34.
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Der beim Spiegel 31 durchtretende Rückstrahlenanteil wird dann im
konstanten Verhältnis am zweiten halbdurchlässigen Spiegel 30 reflektiert. Zur Verlängerung
seincs Weges im Gehäuse 22 wird der Rückstrahl mehrere Male, in Fig. 4 viermal,
an belegten Spiegeln 35 bis 38 reflektiert und gelangt zu einem zweiten Lichtempfänger
40. Die Lichtempfänger 34 und 40 erfassen die Intensitäten
des
rückkehrenden Strahles bzw. unterschiedliche Beleuchtungsstärken entsprecheiid dem
Wegunterschied, der sich aus dem inneren Strahlengang von Spiegel 31 über 30 und
35 bis 38 ergibt. Die von den Lichtempfängern 34 und 40 erfaßten Intensitaten entsprechen
bei einem fest vorgegebenen abgezweigten Strahlengang den Beleuchtungsstärken an
diesen Orten.
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Die Daten der Lichtempfänger 34 und 40 werden der Tastenfeld-Baugruppe
41 zugeführt, die in Fig. 5 als Blockschaltbiid dargestellt ist. Die in der Baugruppe
41 erfolgende Berechnung der gesuchten Distanz wird dem Display 42 für die dekadische
Anzeige übermittelt.
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Im Strahlengang wird die Differenz der Abstände ACD-AB 1 gewählt.
Es ist r1 - RA + AB r2 = RACD - RA + ACD r2 s RA + AB + 1 r2 = r1 + 1 Nach Einsetzen
in
folgt
Die Baugruppe 41 liefert gemäß Formel (I) zunächst die Werte für 1 und r1.
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r1 r1 unterscheidet sich von der gesuchten Entfernung zwischen der
Wand 3 und dem Fenster 2 des Meßgerätes, nämlich r, durch die
konstante
Strecke EÄ. Somit ist r = 1 - EA.
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Auch dieser Schritt zur Ermittlung von r ist iin Rechner 41 programmiert.
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Die Zurückführung der Entfernungsmessung auf die Messung des Verhältnisses
zweier Beleuchtungsstärken wurde ermöglicht durch die Normierung des Wegunterschiedes
der Rückstrahlenanteile auf 1 m.
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Damit ist auch, wie in der Beschreibung schon erwähnt, die Gleichmäßigkeit
des absoluten Helligkeitswertes des Reflektionsortes nicht von entscheidender Bedeutung.
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Nach Fig. a sind zur Beschreibung des Blockschatbildes wie er-.
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wähnt die gestrichei.t umrandeten Sende- und Empfangsteile 43 und
44 in einem einzigen Geljäiise 22 untergebracht. Das @ LASER-Licht wird mit Hilfe
des Impulsgenerators 24 in der Injek1;ions-LASER-Lichtquelle 23 erzeugt. Ihre Intensität
kann von Hand oder automatisch geregelt werden, indem der dritte Lichtempfänger
28 über einen Selektiv-Vcrstarker 45 das Anzeigegerät 46 für die Messung der Intensität
der rückkehrenden Strahlung betreibt.
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Die Regelgruppe 29 enthalt den Regelkreis mit Xergleichsorgan und
die vom Selektiv-Verstärker 45 beeinflußte Regelstrecke zur automatischen Regelung
der Lichtintensität.
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Die für die Entfernungsmessung benutzten und von den Lichtempfängern
34 und 40 aufgenommenen Beleuchtungsstärken E1 und E2 gehen über ein Zweikanalsystem,
bestehend aus den Selektiv-Verstärkern 47 und 48 und den 6-stelligen Analog-Digital-Wandlern
49 und 50 auf das Schieberegister 51., das beide Werte parallel aufnimmt und bei
Bedarf über das Tastenfeld 41 in den handelsüblichen Rechner 52 mit Wurzel - und
Kehr-Werten sowie Speicher weitergibt.
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Zwischen den Selektiv-Verstaikern 47 und 48 einerseits und den Analog-Digital-Wandlern
49 und 50 können noch sogenannte Sample Hold-Verstärker vorgesehen werden.
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Beim Drücken der Taste 41a Messen werden in festgelegter Reihenfolge
die aus dem Tastenfeld 41 genommenen und im Rechner 52 programmierten Schritte ausgeführt
unter Abruf der in den Festwert-Speichern 53 und 54 vorhandenen Werte für -1 und
-EA, wobei EA der konstante Abstand des durchlässigen Spiegels 31 von der
Fensteröffnung
32 ist, wenn die Vorderkante des Gehäuses 22 die geräteseitige Meßmarke sejn soll.
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Der beim Rechner 52 in digitaler Form vorliegende Wert der gesuchten
Entfernung r gellt an den Display 42 zur Anzeige in dekadischen Zahlen. Das Display
42 kann auch im Rechner 52 integriert sein.
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Das Entfernungsmessgerät nach Fig. 4 und 5 kann bei Netzanschluß oder
in Verbindung mit einem Stromversorgungsaggregat auf hohe Leistung und somit fiir
eine Entfernungsmessung über große Distanz ausgelegt werden. Eine Unabhängkeit von
Witterung, Dampf und Nebel im Strahlengang kann durch Einsatz eines Infrarot LASER-Lichtsenders
erhalten werden Ansonsten ist weisses LASER-licht vorzuziehen.
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Es versteht sich, daß nach den Ausführungen im Zusammenhang mit dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der ersten Lösung der innere Strahlengang des Gerätes
nach Fig. 4 und 5 nicht genau der Längen-Meßeinheit von 1 m entsprechen muß. Eine
Abweichung von der Längen-Meßeinheit wirkt sich lediglich in der Rechenoperation
aus,indemdann fiir den Rechenvorgang die Formel I in der Abwandlung
gilt, wobei a die Länge desabgezweigten inneren Strahlenganges zur Bezugsmessung
ist.
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L e e r s e i t e