-
Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmeßgerät der im
-
Oberbegriff des Anspruches 1 niedergelegten Art.
-
Bei einem solchen bekannten Entfernungsmeßgerät (DE-PS 22 35 318)
dient das alternierende Anlegen des Referenzlichtbündels bzw. des Reflexionslichtbündels
an ein und denselben Photoempfänger dazu, die bei der Umsetzung des auf das jeweilige
Lichtbündel aufmodulierten Signals in ein elektrisches Signal durch diesen Empfänger
notwendigerweise entstehende Phasenverschiebung bzw. deren Änderungen zu eliminieren.
Dies hat zur Folge, daß empfängerseitig die beiden Lichtbündel und damit die beiden
miteinander zu vergleichenden Signale nie gleichzeitig zur Verfügung stehen, was
eine genaue Messung der zwischen den beiden Signalen vorhandenen Phasenverschiebung
schwierig macht. Dieses Problem wird gemäß dem Stand der Technik in der Weise gelöst,
daß mit Hilfe eines weiteren Oszillators, dessen Frequenz von der des Modulationsoszillators
verschieden ist, ein ständig vorhandenes elektrisches Basis-Bezugssignal erzeugt
wird. Mit diesem wird dann einerseits beim Anliegen- des Referenzlichtbündels die
Phasenlage des auf das Referenzlichtbündel aufmodulierten Signals und andererseits
beim Anliegen des vom Zielgegenstand reflektierten Lichtbündels die Phasenlage des
auf dieses Lichtbündel aufmodulierten Reflexionssignals verglichen.
-
Aus den beiden Vergleichsergebnissen wird dann die eigentlich interessierende,
zur Entfernung des Zielgegenstandes proportionale Phasenverschiebung zwischen den
auf die beiden Lichtbündel aufmodulierten Signalen ermittelt.
-
Diese bekannt Anordnung weist den Nachteil auf, daß unter Bezugnahme
auf ein analoges Basis-Bezugssignal zwei Phasenlage-Messungen durchgeführt und aus
dem
Vergleich dieser beiden Meßergebnisse der eigentlich interessierende
Wert gewonnen werden müssen. Dies bedingt nicht nur deswegen einen hohen technischen
Aufwand, weil das Meßverfahren mehrere nacheinander durchzuführende Schritte umfaßt,
sondern vor allem auch deswegen, weil zur Erzielung eines genauen End-Meßergebnisses
an die Genauigkeit der Einzelmessungen außerdrdentlich hohe Anforderungen zu stellen
sind.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entfernungsmeßgerät
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß unter Verringerung des schaltungstechnischen
Aufwandes die Störsicherheit, das Auflösungsvermögen und die Meßgenauigkeit noch
weiter verbessert werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten
Merkmale vor.
-
Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im Gegensatz zum Stand
der Technik nicht kontinuierlich ein Basis-Bezugssignal gegebener Phasenlage erzeugt,
mit dem dann die beiden anderen Signale der Reihe nach verglichen werden. Vielmehr
wird jedesmal dann, wenn das Referenzlichtbündel am Lichtempfänger anliegt, auf
digitalem Wege die Phasenlage des auf dieses Lichtbündel aufmodulierten Signales
erfaBt und begonnen, ein dieselbe Phasenlage besitzendes, periodisches Digitalsignal
zu erzeugen. Die Erzeugung dieses Digitalsignals wird in kohärenter Weise auch dann
noch fortgesetzt, wenn der Lichtwegumschalter betätigt worden ist und das reflektierte
Lichtbündel am Lichtempfänger anliegt. Somit kann unmittelbar ein Phasenvergleich
zwischen dem als Nullphasensignal dienenden, die Phasenlage des Referenzsignals
in dynamischer Weise speichernden Digitalsignal und dem Reflexionssignal durchgeführt
werden.
-
Ist auf diese Weise ein Meßergebnis gewonnen, wird die Erzeugung des
"alten" Nullphasensignals beendet und der Lichtwegumschalter schaltet wieder auf
das Referenzlichtbündel zurück, so daß mit der Erzeugung eines neuen" Nullphasensignals
begonnen werden kann, mit dem dann das beim nächsten Umschalten auf das Reflexionslichtbündel
erfaßte Reflexionssignal verglichen wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß
die Phasenlage des Nullphasensignals ständig auf dem neuesten Stand bleibt, so daß
irgendwelche Drifterscheinungen keine Rolle spielen.
-
Besonders einfach gestaltet sich die Schaltungsanordnung zur Erzeugung
des Nullphasensignals, wenn sie als Digitalzähler aufgebaut wird, dessen Zählbetrieb
so gesteuert wird, daß er beim Anliegen des Referenzlichtbündels mit dem Abzählen
hochfrequenter Impulse zu einem Zeitpunkt beginnt, der mit einem Nulldurchgang des
Referenzsignals zusammenfällt bzw. mit einem solchen Nulldurchgang zeitlich genau
und reproduzierbar gekoppelt ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß sich der Digitalzähler
nach Erreichen eines Oberlaufwertes automatisch selbst auf seinen Anfangszählwert
zurücksetzt, ohne dabei die Zählung der ihm zugeführten Impulse zu unterbrechen.
Legt man, wie dies erfindungsgemäß geschieht, den Uberlaufwert, bei dem das Rücksetzen
des Digitalzählers erfolgt, in Abhängigkeit von der Folgefrequenz der abgezählten
Impulse so fest, daß die Folgefrequenz der Uberlaufsignale gleich der Frequenz des
Referenzsignals oder eines ganzzahligen Bruchteils hiervon ist, so ergibt die periodische
Folge von Überlaufsignalen das gewünschte digitale Nullphasensignal, das der Digitalzähler
solange erzeugt, solange ihm
Zählimpulse zugeführt werden. Da erfindungsgemäß
diese Zufuhr auch dann noch erhalten bleibt, wenn der Lichtwegumschalter auf das
Reflexionslichtbündel umschaltet, steht in der zweiten Hälfte eines jeden Zyklus
dieses digitale Nullphasensignal gleichzeitig mit dem eine entfernungsproportionale
Phasenverschiebung aufweisenden Reflexionssignal zur Verfügung, so daß ohne weiteres
eine Phasenverschiebungsmessung durchgeführt werden kann.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerätes
sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine schematische
Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts, Fig. 2 Einzelheiten
des dynamischen Speichers aus Fig. 1, Fig. 3 Einzelheiten der digitalen Phasenmeßvorrichtung
aus Fig. 1, Fig. 4 Einzelheiten der Ablaufsteuerung aus Fig. 1, Fig. 5 ein das Funktionieren
der Ablaufsteuerung erläuterndes Impulsdiagramm und Fig. 6 ein das Funktionieren
der gesamten Anordnung verdeutlichendes Signaldiagramm.
-
Gemäß Fig. 1 erzeugt eine Lichtquelle 10, die beispielsweise von einer
Leuchtdiode oder einer Laserdiode gebildet sein kann, ein Lichtbündel 11, das mit
einem hochfrequenten Sinus-Signal moduliert ist, das die Frequenz f1 besitzt.
-
Dieses hochfrequente Signus-Signal wird von einem ersten Oszillator
12 erzeugt,der beispielsQeise quarzgesteuert sein kann, und wird durch einen Verstärker
13 verstärkt, der die Lichtquelle 10 moduliert.
-
Ein Strahlenteiler 14, der beispielsweise von einem halbdurchlässigen
Spiegel gebildet sein kann, teilt das modulierte Lichtbündel 11 in ein Referenzlichtbündel
15 und ein Meßlichtbündel 16 auf, das durch eine nicht dargestellte Sendeoptik zu
dem Zielgegenstand 17 ausgesandt wird, dessen
Entfernung gemessen
werden soll. Dieser Zielgegenstand 17 reflektiert einen Teil des auftreffenden Lichts
als reflektiertes Lichtbündel 18, das durch eine ebenfalls nicht dargestellte Empfangsoptik
empfangen und auf einen Lichtweg-Umschalter 20 gerichtet wird, der beispielsweise
von einem Schwing- bzw. Galvanometerspiegel gebildet sein kann.
-
Auch das Referenzlichtbündel 15 wird durch einen Spiegel 19 auf den
Lichtweg-Umschalter 20 gerichtet.
-
Dieser Lichtweg-Umschalter 20 kann sich zwischen zwei Stellungen 20a
und 20b hin- und herbewegen. In der Stellung 20a leitet er das Referenzlichtbündel
15 weiter zu einem Lichtempfänger 22,der beispielsweise von einer lichtempfind-
| mit nachqescnaitetem verstarer |
lichen Diode/gebildet sein kann. In dieser Stellung wird das reflektierte Lichtbündel
18 nicht weiterverarbeitet.
-
In der Stellung 20b dagegen wird das reflektierte Lichtbündel 18 zum
Lichtempfänger 22 weitergeleitet, während das Referenzlichtbündel 15 unberücksichtigt
bleibt. Der Lichtweg-Umschalter 20 wird zwischen den beiden Lagen 20a und 20b durch
ein Analogsignal hin- und hergeschaltet, das ihm über eine Leitung 21 vom Analogausgang
einer Steuerung 24 zugeführt wird.
-
Der Lichtweg-Umschalter 20 kann auch von optischen Kristallen gebildet
werden, deren Polarisationsebene durch ein Steuersignal gedreht werden kann, das
über die Leitung 21 von der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 angelegt wird.
-
Am Ausgang des Lichtempfängers 22 erscheinen also wechselweise zwei
hochfrequente Signale, von denen das eine dem auf das Referenzlichtbündel 15 aufmodulierten
Referenzsignal und das andere dem auf das reflektierte Lichtbündel 18 aufmodulierten
Reflexionssignal entspricht. Die beiden wechselweise auftretenden Ausgangssignale
des Lichtempfängers
22 besitzen jeweils die Frequenz f1 und eine
Phasenlage, die abgesehen von einer durch den Lichtempfänger 22 bewirkten, aufgrund
des schnellen Hin- und Herschaltens aber als konstant anzusehenden und daher bei
der weiteren Betrachtung keine Rolle spielenden Phasenverschiebung gleich der Phasenlage
des zugehörigen Modulationssignals ist. Da das Reflexionssignal gegenüber dem Referenzsignal
eine der Entfernung des Zielgegenstandes 17 entsprechende Phasenverschiebung aufweist,
gilt dies also auch für die beiden wechselweise vom Lichtempfänger 22 abgegebenen
Ausgangssignale. Um im folgenden diese Signale, die ja immer dieselbe Frequenz/besitzen,
besser unterscheiden zu können, werden die beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels
erzeugten Signale bzw. ihre Frequenzen mit demselben, jedoch mit einem Apostroph
versehenen Buchstaben bezeichnet, wie die beim Anliegen des Referenzlichtbündels
15 erzeugten Signale bzw. deren Frequenzen. Am Ausgang des Lichtempfängers 22 erscheint
also beim Anliegen des Referenzlichtbündels 15 ein Signal mit der Frequenz f1 und
beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels 18 ein Signal mit der Frequenz 1',
, wobei diese beiden Frequenzen dem Wert nach gleich sind und der ' lediglich auf
die vorhandene Phasenverschiebung hinweist.
-
Der Ausgang des Lichtempfängers'22 ist mit dem einen Eingang einer
Pegelüberwachungsschaltung 26 verbunden, die im wesentlichen aus einem Komparator
besteht, an dessen anderem Eingang eine Bezugsspannung Uref anliegt. Da der Betrieb
der Lichtquelle 10 beim Hin- und Herschalten des Lichtweg-Umschalters 20 nicht unterbrochen
wird, nimmt bei jedem Umschaltvorgang die Amplitude des Ausgangssignals des Lichtempfängers
22 in Abhängigkeit von der Helligkeit des bisher anliegenden Lichtbündels 15 oder
18 von dem bisherigen Wert kontinuierlich bis auf Null ab, um dann in dem steigen,
mit der die Helligkeit des jeweils anderen Lichtbündels
zunimmt.
Der im Lichtempfänger 22 enthaltene Verstärker und die nachfolgenden Schaltungen
können die Ausgangssignale des im Lichtempfänger 22 enthaltenen Fotodetektors nur
dann einwandfrei auswerten, wenn eine Mindestamplitude nicht unter- und eine Maximalamplitude
nicht überschritten wird. Dies wird durch die Pegelüberwachung sichergestellt, die
an den STOP-Eingang der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 dann ein Signal abgibt,
wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Lichtempfängers 22 die Bezugsspannung
Uref übersteigt und somit eine einwandfreie Auswertung sichergestellt ist. Aufgrund
des Ausgangssignals der Pegelüberwachung 26 beendet die Lichtweg-Umschalter-Steuerung
24 den Umschaltvorgang und hält den Lichtweg-Umschalter 20 in der erreichten Lage
fest.Gleichzeitig gibt sie über den Ausgang Al oder den Ausgang A2 ein Signal F
oder ein Signal G ab, die die Stellung 20a bzw. 20b des Lichtweg-Umschalters 20
kennzeichnen.
-
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die
zu verarbeitenden Ausgangssignale des Lichtempfängers 22 unabhängig von der Entfernung
und dem Reflexionsvermögen des Gegenstandes 17 immer in etwa dieselbe Amplitude
besitzen. Man kann somit für die Lichtquelle 10 zur Erzielung einer großen Meß-Reichweite
eine hohe Sendeleistung vorgeben und die Empfindlichkeit des Lichtempfängers 22
auf sehr schwache Empfangssignale einstellen.
-
Das dann bei gering entfernten und/oder sehr gut reflektierenden Zielgegenständen
17 erhaltene sehr helle reflektierte Lichtbündel kann durch eine entsprechende Steuerung
des Lichtweg-Umschalters 20 in der erforderlichen Weise gedämpft werden, so daß
es nicht zu einer Übersteuerung des Verstärkers des Lichtempfängers 22 kommt.
-
Weiterhin ist der Ausgang des Lichtempfängers 22 mit dem einen Eingang
eines Mischers 28 verbunden, dessen anderer
Eingang von einem zweiten
Oszillator 29 ein Sinus-Signal mit der Frequenz f2 erhält. Diese Frequenz f2 ist
so gewählt, daß sie sich nur geringfügig, beispielsweise nur um 1 Promille oder
sogar nur um 0,1 Promille von der Frequenz f1 unterscheidet. Das sinusförmige Ausgangssignal
A bzw. A' des Mischers 28, das die Differenzfrequenz f1 -f2 bzw. f11 - f2 aufweist,
wird einem Signalformer 31 zugeführt, der ein Rechtecks-Impulssignal D bzw. D' mit
der Folgefrequenz f1 - f2 bzw. f1' - f2 abgibt, wobei die sehr steilen Impulsflanken
mit den Nulldurchgängen des Sinus-Signals A bzw. A' zeitlich streng korreliert sind.
-
Der Ausgang des Signalformers 31 ist einerseits mit einem Eingang
eines dynamischen Speichers 32 verbunden, der, wie weiter unten genau beschrieben,
nur auf das Signal D reagiert. Dies geschieht mit Hilfe eines Freigabeeingangs,
dem über die Leitung 33 vom Ausgang A1 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das
Signal F zugeführt wird. Außerdem besitzt der dynamische Speicher einen Ausgang,
an dem ein Nullphasensignal T erscheint, das einer digitalen Phasenmeßvorrichtung
35 zugeführt wird. Einem Freigabeeingang dieser digitalen Phasenmeßvorrichtung 35
wird auf der Leitung 36 vom Ausgang A2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das
Signal G zugeführt, so daß die digitale Phasenmeßvorrichtung 35 nur auf das Signal
D' reagiert, das einem weiteren Eingang über die Leitung 41 zugeführt wird. Der
Datenausgang der digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 ist über eine Leitung 37 mit
einem Rechner 38 verbunden, der seinerseits einer Digitalanzeige 39 ein aufbereitetes
Entfernungsanzeigesignal zuführt. Diese Aufbereitung kann z.B. in einer Verschiebung
des Dezimalpunktes für die Darstellung verschiedener Meßbereiche bestehen. Auch
kann der Rechner beispielsweise den Mittelwert einer Vielzahl von Meßwerten bilden
und zur Anzeige bringen. All dies
kann mit Hilfe von Programmen
geschehen, die von einem Programmspeicher 40 dem Rechner 38 zur Verfügung gestellt
werden.
-
Das die Frequenz f2 besitzende Sinus-Ausgangssignal des zweiten Oszillators
29, der ebenfalls ein quarzgesteuerter Oszillator sein kann, wird weiterhin einem
Signalformer 43 zugeführt, der auf seiner Ausgangsleitung 44 ein Rechtecks-Impulssignal
mit der Impulsfolgefrequenz f2 an einen Zähleingang des dynamischen Speichers 32
abgibt.
-
Schließlich wird das Ausgangssignal des zweiten Oszillators 29 einem
Frequenzvervielfacher 45 zugeführt, der auf seiner Ausgangsleitung ein die Folgefrequenz
nf2 (n = 1,2,3,...) besitzendes Impulssignal an einen Zähleingang der digitalen
Phasenmvorrichtung 35 weiterleitet.
-
Weiterhin zeigt Fig. 1 eine Ablaufsteuerung 25, die über einen Schalter
76 betätigt werden kann. Über zwei Steuerleitungen veranlaßt die Ablaufsteuerung
25 die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 dazu, den Lichtweg-Umschalter 20 zwischen
seinen beiden Stellungen 20a und 20b hin- und herzubewegen. Weiterhin erzeugt die
Ablaufsteuerung in Antwort entweder auf die Betätigung des Schalters 76 oder auf
das Signal G ein Rücksetzsignal H, das sowohl der Lichtweg-Umschalter-Steuerung
24 als auch dem dynamischen Speicher 32 und der digitalen Phasenmeßvorrichtung 35
zugeführt wird.
-
Gemäß Fig. 2 umfaßt der dynamische Speicher 32 ein D-Flip-Flop 47,
dessen Takteingang das Rechtecks-Impulssignal D bzw. D' mit der Folgefrequenz f1
-f2 bzw. f1 2 erhält. Der Dateneingang der D-Flip-Flops 47 ist mit dem Ausgang eines
ODER-Gatters 50 verbunden, das an dem einen seiner beiden Eingänge über die Leitung
33 das impulsförmige Signal F erhält und dessen anderer Eingang mit dem Q-Ausgang
des D-Flip-Flops 47 verbunden ist. Dieser Q-Ausgang steuert
über
die Leitung 51 außerdem den einen Eingang eines UND-Gatters 52 an, dessen anderer
Eingang über die Leitung 44 das vom Signalformer 43 erzeugte Rechtecks-Impulssignal
mit der Impulsfolgefrequenz f2 erhält.
-
Den Hauptbestandteil des dynamischen Speichers 32 bildet ein Digitalzähler
53, dessen Takteingang mit dem Ausgang des UND-Gatters 52 verbunden ist. Somit zählt
der Digitalzähler 53 die Impulse des Signalformers 43, die ihm nur dann zugeführt
werden, wenn das UND-Gatter 52 über die Leitung 51 vom D-Flip-Flop 47 ein Freigabesignal
erhält.
-
Der Digitalzähler 53 ist so aufgebaut, daß er ausgehend vom Zählwert
Null bis zu einem durch den Ausdruck f2/(f1 -f2) gegebenen Zählwert zählen kann.
Immer dann, wenn dieser Zählwert erreicht wird, erzeugt der Digitalzähler 53 an
seinem Überlaufausgang ein Signal, das dem Takt- bzw.Triggereingang eines Monoflops
56 zugeführt wird.
-
Dieses Monoflop 56 erzeugt an seinem Q-Ausgang das gewünschte Nullphasensignal
T, das einerseits der digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 zugeführt wird und das andererseits
dazu dient über ein ODER-Gatter 57 den Digitalzähler 53 sofort nach seinem Überlaufen
auf Null zurückzusetzen, so daß er ohne Unterbrechung die Abzählung der vom Signalformer
43 gelieferten Impulse wieder von vorne beginnt. Da der digitale Zähler 53 auch
am Ende eines jeden vollständigen Zyklus auf Null zurückgesetzt werden muß, ist
seinem Rücksetzeingang über den zweiten Eingang des ODER-Gatters 57 das Rücksetzsignal
H zuführbar, das auch an den Rücksetzeingang des D-Flip-Flops 47 gelegt ist.
-
Der dynamische Speicher 32 ist also so aufgebaut, daß er die einzelnen
Impulse des Nullphasensignals kontinuierlich wiederholt, sobald er durch das dem
Takteingang des D-Flip-Flops 47 zugeführte D-Signal gestartet worden ist.
-
Durch das Signal F wird dafür gesorgt, daß auf das van Signalformer
31 erzeugte Signal D erst dann eine Reaktion erfolgt, wenn die Amplitude des van
Lichtempfänger 22 abgegebenen Signals
die Vergleichsspannung Uref
übersteigt. Die Phasenlage des beim Anliegen des Referenzlichtbündels vom Lichtempfänger
22 abgegebenen Sinus-Signals wird durch die vom Mischer 28 durchgeführte Zeittransformation
nicht geändert, so daß auch das dem Signalformer 31 zugeführte Signal A dieselbe
Phasenlage aufweist. Somit ist jeder Nulldurchgang der Sinus-Schwingung A zeitlich
exakt mit einem Nulldurchgang des vom ersten Oszillator 12 erzeugten und auf das
Lichtbündel 11 aufmodulierten Referenzsignals korreliert.
-
Gleiches gilt für die Flanken des vom Signalformer 31 abgegebenen
Rechtecks-Impulszuges D. Die Freigabe des UND-Gatters 52 durch das Flip-Flop 47
erfolgt somit zu einem Zeitpunkt, der bezüglich der Phase des auf das Lichtbündel
11 bzw. 15 aufmodulierten Referenzsignals eine genau definierte Lage hat. Zu diesem
Zeitpunkt beginnt der digitale Zähler 53 die vom Signalformer 43 kommenden Impulse
mit der Folgefrequenz f2 so lange abzuzählen, bis er überläuft und durch das Monoflop
56 zurückgesetzt wird, um die Abzählung wieder sofort von neuem zu beginnen. Durch
die spezielle Wahl der Überlaufgrenze f2/(f1 - f2) besitzen die Überlaufsignale-des
Digitalzählers 53 und damit auch das impulsförmige Ausgangssignal des Monoflops
56 die Impulsfolgefrequenz l - f2 und sind überdies aufgrund der oben beschriebenen
Steuerung des Zählbeginns des Digitalzählers 53 zeitlich genau mit der Phasen lage
des auf das Lichtbündel 11 aufmodulierten Referenzsignals korreliert, so daß das
am Ausgang des dynamischen Speichers 32 erscheinende Rechtecks-Impulssignal T als
Nullphasensignal dienen kann.
-
Ist das Flip-Flop 47 erst einmal durch eine Flanke des Signals D dazu
veranlaßt worden, an einem Q-Ausgang eine logische 1 abzugeben, so hält es sich
über die Rückkopplung seines Q-Ausgangs auf den zweiten Eingang des
ODER-Gatters
50 in diesem Zustand, so daß auf der Ausgangsleitung des dynamischen Speichers 32
das Nullphasensignal T auch dann noch erscheint, wenn die Signale F und D verschwunden
sind, weil der Lichtweg-Umschalter 20 von seiner Stellung 20a auf die. Stellung
20b umgeschaltet hat. In der neuen Stellung 20b des Lichtweg-Umschalters 20 erscheint
am Ausgang des Signalformers 31 das Signal D', das für den dynamischen Speicher
32 ohne Wirkung bleibt, da das Flip-Flop 47 an seinem Q-Ausgang immer noch eine
logische 1 aufweist und somit nicht erneut gesetzt werden kann. Am Ausgang des dynamischen
Speichers 32 erscheint also auch nach einer Umschaltung des Lichtweg-Umschalters
20 in seine Stellung 20b in unveränderter Weise das Nullphasensignal T, das die
Phasenlage des auf das Lichtbündel 11 aufmodulierten Referenzsignals in dynamischer
Weise "speichert.
-
Fig. 3 zeigt, daß die digitale Phasenmeßvorrichtung 35 ein D-Flip-Flop
58 und ein Setz-Rücksetz-Flip-Flop 59 umfaßt. Das D-Flip-Flop 58 erhält an seinem
Takteingang das vom dynamischen Speicher 32 abgebene Nullphasensignal T, während
seinem Dateneingang, das impulsförmige Signal G zugeführt wird. Das Rücksetzsignal
H wird sowohl dem Rücksetzeingang des D-Flip-Flops 58 als auch dem Rücksetzeingang
des Setz-Rücksetz-Flip-Flops 59 zugeführt. Sobald am Dateneingang de! D-Flip-Flops
58 die logische 1 des G-Signals anliegt, wird dieses Flip-Flop 58 durch die nächste
steigende Flanke des T-Signals an seinem Takteingang dazu veranlaßt, an seinem Ausgang
eine im folgenden als J-Signal bezeichnete logische 1 abzugeben. Dieses J-Signal
wird jeweils einem Eingang von zwei UND-Gattern 63 bzw. 64 zugeführt. Der zweite
Eingang des mit seinem Ausgang ded Setz-Eingang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops 59
ansteuernden UND-Gatters 64 ist
mit der Leitung 41 verbunden und
erhält von dort die Signale D bzw. D'. Der zweite Eingang des UND-Gatters 63 erhält
das im folgenden als K-Signal bezeichnete, durch ein Verzögerungsglied 65 verzögerte
Signal, das am Q-Ausgang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops erscheint. Das K-Signal wird
außerdem einem Inverter 66 zugeführt, der den Takt-Sperr-Eingang eines digitalen
Intervallzählers 68 ansteuert. Der Ausgang des UND-Gatters 63 ist mit dem Takt-Freigabe-Eingang
dieses Intervallzählers 68 verbunden, der die von ihm zu zählenden Impulse an seinem
Takteingang vom Frequenzvervielfacher 45 erhält. Der Datenausgang Q1 ... Qn des
Intervallzählers 68 ist über die Leitung 37 mit dem Rechner 38 verbunden. Der Intervallzähler
68 weist außerdem einen Rücksetzeingang auf, dem ebenfalls das H-Signal zugeführt
wird.
-
Zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Anordnung wird davon ausgegangen,
daß durch ein H-Signal die beiden Flip-Flops 58 und 59 und der Intervallzähler 68
zurückgesetzt sind. Am Q-Ausgang des D-Flip-Flops 58 ist also eine logische 0 vorhanden,
die die beiden UND-Gatter 63 und 64 sperrt. Die gleichzeitig vom Q-Ausgang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops
59 abgegebene logische 1 wird durch den Inverter 66 invertiert, so daß am Takt-Sperreingang
des Intervallzählers 68 eine logische 0 anliegt, durch die der Intervallzähler 68
daran gehindert wird, auf irgendwelche an seinem Takteingang erscheinende Signale
zu reagieren. Da auch der Intervallzähler 68 zurückgesetzt ist, erscheint an seinem
Datenausgang Q1...Qn der Zählwert 0.
-
Wird nun durch die Steuerung 24 der Lichtweg-Umschalter 20 in seine
Stellung 20b umgeschaltet, so lenkt er das reflektierte Lichtbündel 18 auf den Lichtempfänger
22.
-
Das Ende des Umschaltvorganges in die Stellung 20b
wird
dadurch bewirkt, daß die Pegelüberwachung 26 anzeigt, daß die Amplitude des vom
Lichtempfänger 22 abgegebenen Signals die Verlgeichsspannung Uref übersteigt. Daraufhin
gibt die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 an ihrem Ausgang A2 das impulsförmige
Signal G ab, wodurch der Dateneingang des D-Flip-Flops 58 der digitalen Phasenmeßvorrichtung
35 eine logische 1 erhält. Der dynamische Speicher 32 erzeugt noch immer das Nullphasensignal
T, dessen Phasenlage bei der vorausgehenden Stellung 20a des Lichtweg-Umschalters
20 mit der Phasenlage des auf das Referenzlichtbündel 15 aufmodulierten Referenzsignals
"synchronisiert" worden ist, was bedeutet, daß beispielsweise jede steigende Flanke
der das T-Signal bildenden Rechtecks-Impulse mit einem Nulldurchgang des Referenzsignals
zeitlich streng korreliert ist. Somit kann also eine solche steigende Flanke dazu
benutzt werden, eine Zeitmessung zu starten, durch die der zeitliche Abstand zwischen
einem Nulldurchgang des Referenzsignals und einem Nulldurchgang des Reflexionssignals
bestimmt werden soll. Dies geschieht dadurch, daß nach dem Erscheinen des Signals
G am Dateneingang des D-Flip-Flops 58 die nächste steigende Flanke des Nullphasensignals
T das Flip-Flop 58 dazu veranlaßt, die an seinem Dateneingang anliegende logische
1 an seinen Q-Ausgang zu übernehmen. Dieses Signal J gelangt durch das UND-Gatter
63, das an seinem zweiten Eingang eine zu diesem Zeitpunkt vom Q-Ausgang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops
59 noch abgegebene logische 1 erhält, an den Takt-Freigabe-Eingang des Intervallzählers
68, der somit beginnt, die seinem Takteingang vom Frequenzvervielfacher 45 zugeführten
Rechteckts-Impulse mit der Impulsfolgefrequenz n f2 2 abzuzählen. Diese Abzählung
wird so lange
fortgesetzt, bis die nächste steigende Flanke des
Signals D' erscheint, das in der momentan vorhandenen Stellung 20b des Lichtweg-Umschalters
einem Nulldurchgang des Reflexionssignals entspricht. Die nach dieser steigenden
Flanke erscheinende logische 1 gelangt über das UND-Gatter 64 auf den Setzeingang
des Setz-Rücksetz-Flip-Flops 59, das hierdurch gesetzt wird, so daß an seinem Q-Ausgang
eine logische 0 erscheint, die über das Verzögerungsglied 65 einerseits das UND-Gatter
63 sperrt und andererseits über den Inverter 66 als logische 1 an den Takt-Sperr-Eingang
des Intervallzählers 68 gelegt wird, der dadurch die Abzählung der seinem Takteingang
zugeführten Impulse beendet.
-
Auf diese Weise wird durch ein digitales Zeitmeßverfahren die Phasenverschiebung
zwischen dem die Phasenlage des Reflexionssignals wiederspiegelnsennessen , den
D'-Signal und dem Nullphasensignal T/ das in dynamischer Form die Phasenlage des
zuvor in der Stellung 20a des Lichtweg-Umschalters 20 empfangenen Referenzsignals
speichert. Somit stellt also der vom Intervallzähler 68 erreichte, und an seinem
Datenausgang Q1...Qn erscheinende Zählwert ein Maß für die Entfernung des Zielgegenstandes
17 vom erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerät dar. Dieser Zählwert wird, über die
Leitung 37 an den Rechner 38 weitergegeben, der für eine direkt in Metern, Zentimetern
bzw. Millimetern ablesbare Wiedergabe dieses Zählwertes durch die digitale Anzeigevorrichtung
39 sorgt.
-
Die Zeitkonstante des zwischen dem Q-Ausgang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops
59 und den Inverter 66 geschalteten Verzögerungsgliedes 65 ist so kurz gewählt,
daß die hierdurch bewirkte Verzögerung der Beendigung der digitalen
Phasenverschiebungsmessung
unterhalb der durch die Meßgenauigkeit vorgegebenen Grenze liegt. Das Verzögerungsglied
65 soll lediglich sicherstellen, daß bei dem durch das Signal H erfolgenden Rücksetzen
der beiden Flip-Flops 58 und 59 an den Taktfreigabe- bzw. Sperr-Eingängen des Intervall
zählers 68 keine undefinierten Zustände entstehen.
-
Das vom Verzögerungsglied 65 abgegebene Signal K wird außerdem noch
der digitalen Anzeigeeinheit 39 zugeführt, die hierdurch veranlaßt wird, das ihrem
Dateneingang D1...
-
Dn zugeführte Entfernungs-Meßergebnis anzuzeigen.
-
Gemäß Fig. 4 umfaßt die Ablaufsteuerungseinheit 25 ein Eingangs-Flip-Flop
71, das als Setz-Rücksetz-Flip-Flop ausgebildet ist,-und dazu dient, Prell-Erscheinungen
zu unterdrücken, die an dem zum Ein- bzw. Ausschalten des Meßablaufes vorgesehenen
Schalter 76 auftreten können. Dieser Schalter 76 ist als Umschalter ausgebildet,
der an der einen Seite auf einer positiven Spannung liegt und dessen Ruhekontakt
(Messung ausgeschaltet) mit dem Rücksetzeingang des Flip-Flops 71 und dessen Arbeitskontakt
(Messung einqeschaltet) mit dem Setzeingang des Flip-Flops 71 verbunden ist.
-
Der Q-Ausgang des Flip-Flops 71 ist mit dem einen Eingang eines ODER-Gatters
72 verbunden, dessen anderem Eingang das Signal G zuführbar ist. Der Ausgang des
ODER-Gatters 72 steuert den Takteingang eines Monoflops 73 an, dessen Q-Ausgang
mit dem Takteingang eines weiteren Monoflops 74 verbunden ist, dessen Q-Ausgang
des Takteingang eines dritten Monoflops 75 ansteuert. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist angenommen, daß die Takteingänge dieser drei Monoflops 73, 74 und 75 jeweils
auf die fallende Flanke eines angelegten Eingangsimpulses reagieren. Am Q-Ausgang
des Monoflops 73
erscheint das Rücksetzsignal H, das zu Beginn
eines jeden neuen Zyklus die übrigen Einheiten der erfindungsgemäßen Entfernungsmeßvorrichtung
in ihrem Ausgangszustand bringt.
-
Das am Q-Ausgang des Monoflops 74 erscheinende Signal wird ferner
der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 zugeführt und veranlaßt diese, den Lichtweg-Umschalter
20 in die Stellung 20a zu bringen, in der das Referenzlichtbündel 15 auf den Lichtempfänger
22 geworfen wird. Das am Q-Ausgang des Monoflops 75 erscheinende Signal wird ebenfalls
der Steuerung 24 zugeführt und veranlaß diese, den Lichtweg-Umschalter 20 in die
Stellung 20b zu bringen, in der das vom Zielgegenstand 17 reflektierte Lichtbündel
18 auf den Lichtempfänger 22 fällt.
-
In Fig. 5 sind über einer Zeitskala die an der Ablaufsteuerung 25
und den Ausgängen A1 und A2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 erscheinenden Signale
aufgetragen.
-
Dabei wird zunächst davon ausgegangen, daß an der gesamten Schaltungsanordnung
des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts zwar die Versorgungsspannung anliegt,
daß sich aber der in Fig. 4 gezeigte Umschalter 76 in seiner AUS-Stellung befindet.
Das bedeutet, daß das Flip-Flop 71 zurückgesetzt ist, so daß an seinem Q-Ausgang
eine logische 1 erscheint, wie dies in der obersten Zeile der Fig. 5 ganz links
dargestellt ist.Wird nun der Schalter 76 in die EIN-Stellung bewegt, so wird das
Flip-Flop 71 gesetzt und das Signal an seinem Q-Ausgang fällt auf logisch 0 ab.
Außerdem wird angenommen, daß am Ausgang A2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24
eine logische 0 vorhanden ist. Daher erscheint die fallende Flanke des Q-Ausgangs
des Flip-Flops 71 auch am Ausgang des ODER-Gatters 72 und triggert das Monoflop
73, das an seinem Q-Ausgang einen Impuls liefert, dessen zeitliche Länge durch eine
entsprechende Wahl der Zeitkonstanten des Monoflops 73 vorgegeben ist. Dieser Impuls
dient einerseits als H-Signal
und gelangt andererseits an den Takteingang
des Monoflops 74, das er mit seiner fallenden Flanke triggert.
-
Daraufhin erscheint, wie in der dritten Zeile von oben in Fig. 5 dargestellt,
ein wesentlich längerer Impuls am Q-Ausgang dieses Monoflops 74, der die Lichtweg-Umschalter-Steuerung
24 dazu veranlaßt, den Lichtweg-Umschalter 20 in seine Stellung 20a zu bewegen.
Ist dieser Umschaltvorgang beendet, was durch ein auf der Leitung 27 erscheinendes
Signal der Pegelüberwachungsschaltung 26 angezeigt wird, so hält die Steuerung 24
den Lichtweg-Umschalter 20 in dieser Position fest und gibt an ihrem Ausgang Al
das in der Fig. 5 in der vierten Zeile von oben dargestellte, impulsförmige Signal
F ab, dessen Pulsbreite mindestens so groß wie die Periodendauer des Nullphasensignals
T sein muß.
-
Dieses SignalAwird dem dynamischen Speicher 32 zugeführt und gibt
dort die Erzeugung des Nullphasensignals T frei.
-
Die Zeitkonstante des Monoflops 74 ist so gewählt, daß die fallende
Flanke des von seinem Q-Ausgnag abgegebenen Impulses mit Sicherheit erst dann erscheint,
wenn der dynamische Speicher 32 begonnen hat, das Nullphasensignal T zu erzeugen.
Sobald dies geschehen ist, kann durch die fallende Flanke des Ausgangsimpulses des
Monoflops 74 das Monoflop 75 der Ablaufsteuerung 25 getriggert werden, so daß an
dessen Q-Ausgang ein Impuls erscheint, der die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24
dazu veranlaßt, den Lichtweg-Umschalter 20 in seine Stellung 20b zu bewegen. Sobald
die Pegelüberwachung 26 angezeigt hat, daß dieser Umschaltvorgang beendet werden
kann, hält die
Steuerung 24 den Lichtweg-Umschalter 20 in seiner
neuen Stellung 20b fest und gibt an ihrem Ausgang A2 das impulsförmige Signal G
ab, das in Fig. 5 in der untersten Zeile dargestellt ist. Die Länge dieses Signals
ist so bemessen, daß der digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 genügend Zeit bleibt,
um die Phasenverschiebung zwischen dem immer noch vom dynamischen Speicher 32 erzeugten
Nullphasensignal T und dem jetzt vom Signalformer 31 abgegebenen Signal D' auszumessen.
Das Signal G gelangt gemäß Fig. 4 über das ODER-Gatter 72 an den Takteingang des
Monoflops 73, so daß seine fallende Flanke dieses Monoflops 73 triggert und somit
die Erzeugung eines neuen Rücksetzimpulses H auslöst, wodurch dann ein neuer Zyklus
der eben beschriebenen Art eingeleitet wird.
-
In Verbindung mit Fig. 6 soll nun die Funktionsweise der gesamten
Meßvorrichtung übersichtsmäßig dargestellt werden.
-
Dabei wird davon ausgegangen, daß zunächst durch einen H-Rücksetzimpuls
sämtliche Flip-Flops und Zähler der Meßanordnung in ihren Ausgangszustand gebracht
worden sind. Erhält daraufhin die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 von der Ablaufsteuerung
25 ein entsprechendes Signal, so bewegt sie den Lichtweg-Umschalter in seine Stellung
20a, um das Referenzlichtbündel 15 auf den Lichtempfänger 22 zu lenken.
-
Da bei dieser Bewegung die Intensität des auf den Lichtempfänger 22
fallenden Referenzlichtbündels 15 ausgehend von Null allmählich zunimmt, steigt
auch die Amplitude des vom Lichtempfänger 22 abgegebenen Signals, ausgehend von
Null immer mehr an. Gleiches gilt auch, wie in der obersten Zeile von Fig. 6 dargestellt,
für
das vom Mischer 28 abgegebene Signal A, das die Frequenz f1
f f2 besitzt. Die Darstellung dieses Signals in Fig. 6 ist nur schematisch, und
je nach Schnelligkeit des Umschaltvorganges können auch mehr Schwingungsperioden
mit wachsender bzw. abfallender Amplitude auftreten, als dies in Fig. 6 wiedergegeben
ist. Wesentlich ist lediglich, daß dieses Signal erst dann ausgewertet wird, wenn
die Pegelüberwachung 26 auf der Leitung 27 anzeigt, daß seine Amplitude die Spannung
Uref übersteigt.
-
Der dem Mischer 28 nachgeschaltete Signalformer 31 setzt das sinusförmige
Signal A in ein Rechtecks-Impulssignal D um, das in Fig. 6 in der zweiten Zeile
von oben wiedergegeben ist. Wie man der Fig. 6 entnimmt, besitzt dieses Rechtecks-Impulssignal
D eine Impulsfolgefrequenz, die gleich der Frequenz f1 - f2 des sinusförmigen Signals
A ist, wobei die Flanken der Rechtecksimpulse genau mit den Nulldurchgängen der
Sinusschwingung zusammenfallen.
-
Sobald die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 aufgrund des von der Pegelüberwachung
26 erhaltenen Signals den Lichtweg-Umschalter 20 in seiner Stellung 20a festgehalten
hat, erzeugt sie an ihrem Ausgang Al das impulsförmige Signal F, das in der Fig.
6 in der dritten Zeile von oben wiedergegeben ist.
-
Wie bereits beider Schilderung des dynamischen Speichers 32 (s. auch
Fig. 2) erwähnt, wird die durch dieses Signal F gegebene logische 1 über das ODER-Gatter
50 dem Dateneingang des D-Flip-Flops 47 zugeführt, das durch die nächste steigende
Flanke des D-Signals,die in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet ist,
so getriggert wird,
so daß die vom Signalformer 43 abgegebenen
Impulse mit der Folgefrequenz f2 an den Takteingang des Digitalzählers 53 gekonn
langen,der nach Erreichen des Zählwertes f2/(fl - f2) das nachgeschaltete Monoflop
56 triggert, an dessen Q-Ausgang das in Fig. 6 in der vierten Zeile von oben dargestellte
Nullphasensignal T erscheint. Durch dieses T-Signal wird der Digitalzähler 53 so
rasch auf Null zurückgesetzt, daß er ohne Zählfehler die Zählung der vom Signalformer
43 kommenden Impulse mit dem Zählwert 0 beginnend fortsetzt, bis er wieder den eben
erwähnten maximalen Zählwert erreicht und ein entsprechendes Oberlaufsignal abgibt.
Auf diese Weise erhält man also ein periodisches Impulssignal T, das die Impulsfolgefrequenz
f1 -f2 besitzt. Die steigenden Flanken dieser sind T-Impulse/zeitlich genau mit
den Nulldurchgängen der Sinusschwingung A korreliert, so daß sie die Phasenlage
des auf das Referenzlichtbündel 15 aufmoduliertv Referenzsignals, die sich beim
Heruntermischen durch den Mischer 28 nicht geändert hat, exakt wiedergeben.
-
Da sich das D-Flip-Flop 47 durch die von seinem Q-Ausgang über das
ODER-Gatter 50 zu seinem D-Eingang führende Rückkopplung selbst solange im gesetzten
Zustand hält, bis es durch einen H-Impuls zurückgesetzt wird, fahren der Digitalzähler
53 und das ihm nachgeschaltete Monoflop 56 auch dann noch fort, das Nullphasensignal
T zu erzeugen, wenn die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 aufgrund eines entsprechenden
Befehlssignals den Lichtweg-Umschalter 20 aus der Stellung 20a in. die Stellung
20b be-' wegt. Dabei nimmt zunächst die Amplitude des vom Lichtempfänger 22 abgegebenen
Signals und damit auch die Amplitude des vom Mischer 28 erzeugten Signals A kontinuierlich
auf den Wert O ab, wie dies in der obersten Zeile der Fig. 6 angedeutet ist. Kurze
Zeit später fällt in zunehmendem Maße
das reflektierte Lichtbündel
18 auf den Lichtempfänger, der in entsprechender Weise ein Signal mit anwachsender
Amplitude abgibt. Dieses Signal besitzt die Frequenz f1', ist jedoch gegen das zuvor
beim Empfang des Referenzlichtbündels 15 abgegebene Signal phasenverschoben, wobei
die Größe der Phasenverschiebung ein Maß für die Entfernung des Zielgegenstandes
17 bildet.
-
Das vom Mischer 28 beim Empfang des reflektierten Lichtbündels 18
abgegebene, heruntergemischte Signal A' ist in der obersten Zeile der Fig. 6 auf
der rechten Seite dargestellt. Es besitzt ebenfalls die Frequenz 1' ' - f2 und ist
in seiner Phasenlage in der gleichen Weise an die Phasenlage des Reflexionssignals
gekoppelt, wie zuvor das Signal A in seiner Phasenlage an die Phasenlage des Referenzsignals
Die gebunden wart dadurch den Lichtempfänger eingeführte Phasen-
| und deren Drifterscheinunaen |
verschiebung 7 wirken sich in beiden Fällen gleichermaßen aus, so daß sie bei der
nachfolgenden Phasenmessung keine Rolle spielen, da das Hin- und Herschalten zwischen
Referenzlichtbündel 15 und Reflexionslichtbündel 18 so rasch erfolgt, daß in diesem
kurzen Zeitraum keine wesentlichen Änderungen auftreten können. Auchdas Signal A'
wird durch den Signalformer 31 in einen Rechtecks-Impulszug D' mit der Impulsfolgefrequenz
fl' - f2 umgesetzt, wobei die Impulsflanken mit den Nulldurchgängen der Sinusschwingung
A' zeitlich streng korreliert sind.
-
Wie in der vierten Zeile von unten in Fig. 6 dargestellt, erscheint
dann, wenn die Pegelüberwachung 26 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das Erreichen
einer auswertbaren Amplitude angezeigt hat,am Ausgang A2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung
24 das impulsförmige Signal G, das, wie in Fig. 3 gezeigt, dem Dateneingang des
D-Flip-Flops 58 der
digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 zugeführt
wird. Durch die nächste steigende Flanke des Nullphasensignals T, die in Fig. 6
mit dem Bezugszeichen 81 gekennzeichnet ist, wird dieses D-Flip-Flop 58 getriggert,
so daß der Intervallzähler 68 in der oben beschriebenen Weise die Abzählung der
seinem Takteingang zugeführten Impulse beginnt. Die nächstfolgende steigende Flanke
des D'-Signals, die in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 82 gekennzeichnet ist, gelangt
(s. Fig. 3) über die Leitung 41 an den zweiten Eingang des UND-Gatters 64, wodurch
das Setz-Rücksetz-Flip-Flop 59 gesetzt wird und das K-Signal abgibt, das in Fig.
6 in der zweiten Zeile von unten dargestellt ist und die Abzählung der dem Takteingang
des Intervall zählers 68 zugeführten Impulse beendet. Somit ist also der Zählvorgang
des Intervall zählers 68 durch eine Impulsflanke gestartet worden, die zeitlich
streng mit der Phasenlage des auf das Referenzl ichtbündel aufmodulierten Referenzsignals
gekoppelt ist, während sie durch eine steigende Flanke beendet wird, die streng
mit der Phasenlage des auf das reflektierte Lichtbündel aufmodulierten Reflexionssignals
verbunden ist. Somit stellt der vom Intervall zähler 68 erreichte Zählwert ein Maß
für die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden -Signalen und für den interessierenden
Abstand des Zielgegenstandes 17 dar.
-
Wie bereits erwähnt, ist die Länge des in Fig. 6 in der vierten Zeile
von unten dargestellten G-Signals so gewählt, daß beim Auftreten seiner fallenden
Flanke die Ausmessung der interessierenden Phasenverschiebung mit Sicherheit abgeschlossen
ist. Durch diese fallende Flanke wird dann, wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert,
ein neuer H-Impuls ausgelöst, der die Anordnung in ihren Ausgangszustand zurückversetzt
und den Ablauf eines neuen Zyklus einleitet,
was damit beginnt,
daß die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 den Lichtweg-Umschalter 20 dazu veranlaßt,
aus seiner Stellung 20b in die Stellung 20a zurückzukehren. Dies ist in Fig. 6 in
der obersten Zeile durch die nach rechts hin wieder abnehmende Amplitude des Signals
A' angedeutet.
-
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Entfernungsgemäßvorrichtung
ist, daß sie die Entfernung des Zielgegenstandes 17 mit großer Genauigkeit und hohem
Auflösungsvermögen zu bestimmen vermag.
-
Hierzu trägt einerseits das Heruntermischen der vom Lichtempfänger
22 abgegebenen, vergleichsweise hohen Frequenz f1 auf die Differenzfrequenz f1 +
f2 bei, die durch entsprechende Wahl von f2 z.B. so eingestellt werden kann, daß
sie 10 4 f1 beträgt. Man dehnt somit den interessierenden Zeitraum, d.h. den Zeitabstand
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Nullphasensignals T einerseits
und des beim Empfang des reflektierten Lichtbündels 18 er-4 zeugten A'-bzw. D"-Signals
andererseits um einen Faktor 104, was eine genaue Ausmessung wesentlich erleichtert,
ohne daß dabei die Phasenverhältnisse der miteinander zu vergleichenden, jeweils
die hohe Frequenz f1 besitzenden Signale verändert werden. Zum anderen wird durch
den Frequenzvervielfacher 45 die Möglichkeit geschaffen, die Ausmessung des Zeitabstandes
zwischen zwei Nulldurchgängen durch die Abzählung einer sehr hohen Impulsfolgefrequenz
n f2 2 mit einer sehr guten Auflösung durchzuführen, so daß man beispielsweise dann,
wenn man n = 10 wählt, insgesamt auf einen Faktor 105 kommt. Das bedeutet, daß man
beispielsweise mit f1 = 1,5 MHz, f2 = 1,5 MHz - 150 Hz und n = 10 eine Entfernung
von 100 m auf 1 mm genau messen kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerät sind trotz dieser hohen
Genauigkeit und des hohen Auflösungsvermögens
an die Genauigkeit
der beiden Oszillatoren 12 und 29 wesentliche geringere Anforderungen zu stellen,
als beim Stand der Technik. So benötigt beispielsweise die Vorrichtung gemäß der
DE-PS 22 35 318 drei Oszillatoren mit einer Genauigkeit von 10 13, um ein Auflösungsvermögen
von 10 4 zu erreichen, während bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dieses Ergebnis
mit zwei Oszillatoren erzielt wird, dieymit einer Genauigkeit von 10 arbeiten müssen,
was mit quarzgesteuerten Oszillatoren ohne besonders großen Aufwand erreichbar ist.
Leerseite