DE3120274C2

DE3120274C2 - Entfernungsmeßgerät

Info

Publication number: DE3120274C2
Application number: DE19813120274
Authority: DE
Inventors: Hoiko Dipl.-Ing. 8000 München Chaborski
Original assignee: Mitec Moderne Industrietechnik 8012 Ottobrunn De GmbH
Current assignee: Mitec Moderne Industrietechnik 8012 Ottobrunn De GmbH
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3120274A1

Abstract

Zur Messung der Phasenverschiebung eines Modulationssignals auf einem Lichtbündel legt ein Lichtweg-Umschalter alternierend ein über eine bekannte Weglänge laufendes Referenzlichtbündel und das Reflexionslichtbündel des Zielgegenstandes an einen Photoempfänger, um dessen Einflüsse auszuschalten. Da empfängerseitig die beiden Lichtbündel nie gleichzeitig verfügbar sind, ist es bekannt, die Phasenlage zuerst eines vom Referenzlichtbündel und dann eines vom Reflexionslichtbündel abgeleiteten Signals jeweils mit der Phasenlage eines ständig geräteintern erzeugten Bezugssignals zu vergleichen und aus den beiden Ver gleichs ergebnissen die Phasenverschiebung zwischen den interessierenden Signalen zu bestimmen. Hierfür sind drei hochgenaue, quarzgesteuerte Oszillatoren erforderlich. Zur Erzielung eines einfacheren, dennoch sehr genauen und gut auflösenden Entfernungsmeßgeräts ist erfindungsgemäß als dynamischer Speicher eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die beim Anliegen des Referenzlichtbündels ein periodisches, phasenmäßig an das Referenzsignal gekoppeltes Nullphasensignal zu erzeugen beginnt und auch dann noch erzeugt, wenn statt des Referenzlichtbündels das Reflexionslichtbündel empfangen wird, so daß durch eine digitale Phasenmeßvorrichtung die Phasenverschiebung eines vom Reflexionslichtbündel abgeleiteten Signals gegenüber dem Nullphasensignal hochgenau und hochauflösend gemessen und hieraus die Entfernung des Zielgegenstandes bestimmt werden kann.

Description

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

b5 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

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Basis-Bezugssignal erzeugt wird. Mit diesem wird dann gekoppelt ist Weiterhin ist vorgesehen, daß sich der einerseits beim Anliegen des Referenzlichtbündels die Digitalzähler nach Erreichen eines Überlaufwertes au-Phasenlage des auf das Referenzlichtbündel aufmodu- tomatisch selbst auf seinen Anfangszählwert zurücklierten Signals und andererseits beim Anliegsn des vom setzt, ohne dabei die Zählung der ihm zugeführten Im-Zielgegenstand reflektierten Lichtbündels die Phasenla- 5 pulse zu unterbrechen. Legt man, wie dies erfindungsgege des auf dieses Lichtbündel aufmodulierten Refle- maß gsschieht, den Oberlaufwert, bei dem das Rückset-

xionssignals verglichen. Aus den beiden Vergleichser- zen des Digitalzählers erfolgt, in Abhängigkeit von der gebnissen wird dann die eigentlich interessierende, zur Folgefrequenz der abgezählten Impulse so fest, daß die

Entfernung des Zielgegenstandes proportionale Pha- Folgefrequenz der Überlaufsignale gleich der Frequenz senverschiebung zwischen den auf die beiden Lichtbün- io des Referenzsignals oder eines ganzzahligen Bruchteils

del aufmodulierten Signalen ermittelt hiervon ist, so ergibt die periodische Folge von Über-

Diese bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, Iaufsignalen das gewünschte digitale Nullphasensignal, daß unter Bezugnahme auf ein analoges Basis-Bezugssi- das der Digitalzähler solange erzeugt solange ihm Zählgnal zwei Phasenlage-Messungen durchgeführt und aus impulse zugeführt werden. Da erfindungsgemäß diese dem Vergleich dieser beiden Meßergebnisse der eigent- 15 Zufuhr auch dann noch erhalten bleibt, wenn der Lichtlich interessierende Wert gewonnen werden müssen. wegumschalter auf das Reflexionslichtbündel umschal-Dies bedingt nicht nur deswegen einen hohen techni- tet, steht in der zweiten Hälfte eines jeden Zyklus dieses sehen Aufwand, weil das Meßverfahren mehrere nach- digitale Nullphasensignal gleichzeitig mit dem eine enteinander durchzuführende Schritte umfaßt sondern vor fernungsproportionale Phasenverschiebung aufweisenallem auch deswegen, weil zur Erzielung eines genauen 20 den Reflexionssignal zur Verfügung, so daß ohne weite-End-Meßergebnisses an die Genauigkeit der Einzelmes- res eine Phasenverschiebungsmessung durchgeführt sungen außerordentlich hohe Anforderungen zu stellen werden kann,
sind. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemä-

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu- Ben Entfernungsmeßgerätes sind in den Unteransprü-

grunde, ein Entfernungsmeßgerät der eingangs genann- 25 chen niedergelegt

ten Art so weiterzubilden, daß unter Verringerung des Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Atis-

schaltungstechnischen Aufwandes die Störsicherheit führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung

das Auflösungsvermögen und die Meßgenauigkeit noch beschrieben; in dieser zeigt
weiter verbessert werden. F i g. 1 eine schematische Gesamtdarstellung eines er-

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im 30 findungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts,
Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor. F i g. 2 Einzelheiten des dynamischen Speichers aus

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im F i g. 1,

Gegensatz zum Stand der Technik nicht kontinuierlich F i g. 3 Einzelheiten der digitalen Phasenmeßvorrich-

ein Basis-Bezugssignal gegebener Phasenlage erzeugt tungausFig. 1,

mit dem dann die beiden anderen Signale der Reihe 35 Fig. 4 Einzelheiten der Ablaufsteuerung aus Fig. 1, nach verglichen werden. Vielmehr wird jedesmal dann, F i g. 5 ein das Funktionieren der Ablaufsteuerung erwenn das Referenzlichtbündel am Lichtempfänger an- läuterndes Impulsdiagramm und
liegt, auf digitalem Wege die Phasenlage des auf dieses F i g. 6 ein das Funktionieren der gesamten Anord-Lichtbündel aufmcdulierten Signales erfaßt und begon- nung verdeutlichendes Signaldiagramm,
nen, ein dieselbe Phasenlage besitzendes, periodisches 40 Gemäß Fig. 1 erzeugt eine Lichtquelle 10, die bei-Digitalsignal zu erzeugen. Die Erzeugung dieses Digi- spielsweise von einer Leuchtdiode oder einer Laserdiotalsignals wird in kohärenter Weise auch dann noch de gebildet sein kann, ein Lichtbündel 11, das mit einem fortgesetzt, wenn der Lichtwegumschalter betätigt wor- hochfrequenten Sinus-Signal moduliert ist, das die Freden ist und das reflektierte Lichtbündel am Lichtemp- quenz f\ besitzt Dieses hochfrequente Sinus-Signal wird fänger anliegt. Somit kann unmittelbar ein Phasenver- 45 von einem ersten Oszillator 12 erzeugt, der beispielsgleich zwischen dem als Nullphasensignal dienenden, weise quarzgesteuert sein kann, und wird durch einen die Phasenlage des Referenzsignals in dynamischer Verstärker 13 verstärkt, der die Lichtquelle 10 modu-Weise speichernden Digitalsignal und dem Reflexionssi- liert.
gnal durchgeführt werden. Ein Strahlenteiler 14, der beispielsweise von einem

Ist auf diese Weise ein Meßergebnis gewonnen, wird 50 halbdurchlässigen Spiegel gebildet sein kann, teilt das die Erzeugung des »alten« Nullphasensignals beendet modulierte Lichtbündel 11 in ein Referenzlichtbündel 15 und der Lichtwegumschalter schaltet wieder auf das Re- und ein Meßlichtbündel 16 auf, das durch eine nicht ferenzlichtbündel zurück, so daß mit der Erzeugung ei- dargestellte Sendeoptik zu dem Zielgegenstand 17 ausnes »neuen« Nullphasensignals begonnen werden kann, gesandt wird, dessen Entfernung gemessen werden soll, mit dem dann das beim nächsten Umschalten auf das 55 Dieser Zielgegenstand 17 reflektiert einen Teil des auf-Reflexionslichtbündel erfaßte Reflexionssignal vergli- treffenden Lichts als reflektiertes Lichtbündel 18, das chen wird. Auf diese Weise wird sichergestellt daß die durch eine ebenfalls nicht dargestellte Empfangsoptik Phasenlage des Nullphasensignals ständig auf dem empfangen und auf einen Lichtweg-Umschalter 20 geneuesten Stand bleibt, so daß irgendwelche Drifter- richtet wird, der beispielsweise von einem Schwingscheinungen keine Rolle spielen. 60 bzw. Galvanometerspiegel gebildet sein kann.

Besonders einfach gestaltet sich die Schaltungsanord- Auch das P.eferenzlichtbündel 15 wird durch einen

nung zur Erzeugung des Nullphasensignals, wenn sie als Spiegel 19 auf den Lichtweg-Umschalter 20 gerichtet.
Digitalzähler aufgebaut wird, dessen Zählbetrieb so ge- Dieser Lichtweg-Umschalter 20 kann sich zwischen

steuert wird, daß er beim Anliegen des Referenzlicht- zwei C'ellungen 20a und 20£> hin- und herbewegen. In

bündeis mit dem Abzählen hochfrequenter Impulse zu 65 der Stellung 20a leitet er das Referenzlichtbündel 15

einem Zeitpunkt beginnt, der mit einem Nulldurchgang weiter zu einem Lichtempfänger 22, der beispielsweise

des Referenzsignals zusammenfällt bzw. mit einem sol- von einer lichtempfindlichen Diode mit nachgeschalte-

chen Nulldurchgang zeitlich genau und reproduzierbar tem Verstärker gebildet sein kann. In dieser Stellung

wird das reflektierte Lichtbündel 18 nicht weiterverarbeitet. In der Stellung 206 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 Polarisations- ίο ebene 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 f\ 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 Z₁ 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 als beim Anliegen des Referenzlichtbündels 15 ein Signal mit der Frequenz f\ und beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels 18 ein Signal mit der Frequenz f\', 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 nidii unterbrochen wird, nimrni bei jedem Umschalivorgang 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 Maß wieder anzusteigen, 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 w> 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 U_n! 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 A 1 oder den Ausgang A 2 ein Signal F oder ein Signal G ab, die die Stellung 20a bzw. 206 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 einen Mischers 28 verbunden, dessen anderer Eingang von einem zweiten Oszillator 29 ein Sinus-Signal mit der Frequenz /j erhält Diese Frequenz /₂ ist so gewählt, daß sie sich nur geringfügig, beispielsweise nur um 1 Promille oder sogar nur um 0,1 Promille von der Frequenz f\ unterscheidet. Das sinusförmige Ausgangssignal A bzw. Λ'des Mischers 28, das die Differenzfrequenz /, —/2 bzw. f\'—h aufweist, wird einem Signalformer 31 zugeführt der ein Rechtecks-Impulssignal D bzw. D'mit der Folgefrequenz f\—h bzw. f_l'—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 A 1 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das Signal Fzugeführt wird. Außerdem besitzt der dynamische Speicher einen Ausgang, an dem ein Nullphasensignal Γ erscheint, das einer digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 zugeführt wird. Einem Freigabeeingang dieser digitalen Phasenmeßvorrichtung 35 wird auf der Leitung 36 vom Ausgang A 2 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 Entfemungsanzeigesig- ■ nal 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 Progammspeicher 40 dem Rechner 38 zur Verfugung gestellt werden.

Das die Frequenz /2 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 Impulsfol-

gefrequenz /2 an einen Zähleingang des dynamischen Speichers 32 abgibt.

Schließlich wird das Ausgangssignal des zweiten Oszillators 29 einem Frequenzvervielfacher 45 zugeführt, der auf seiner Ausgangsieitung ein die Folgefrequenz η ■ Z₂ (n= 1, 2, 3,...) besitzendes Impulssignal an einen Zähleingang der digitalen Phasenmeßvorrichtung 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 F i g. 2 umfaßt der dynamische Speicher 32 ein D-Flip-Flop 47, dessen Takteingang das Rechtecksimpulssignal D bzw. D' mit der Folgefrequenz /|— /2 bzw. (\'—h 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 Ferhält und dessen anderer Eingang mit dem <?-Ausgang des D-Flip-Flops 47 verbunden ist. Dieser (^-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 6er Impulsfolgefrequenz /2 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 hl(f\ — /2) 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 (^-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 vom Signalformer 31 erzeugte Signal D erst dann eine Reaktion erfolgt, wenn die Amplitude des vom Lichtempfänger 22 abgegebenen Signals die Vergleichsspannung Urcf übersteigt Die Phasenlage des beim An legen 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 Rechtsecks-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 genaue definierte Lage hat. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der digitale Zähler 53 die vom Signalformer 43 kommenden Impulse mit der Folgefrequenz /2 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 hl(f\ — (i) besitzen die Überlaufsignale des Digitalzählers 53 und damit auch das impulsförmige Ausgangssignal des Monoflops 56 die Impulsfolgefrequenz f\ — /j und sind überdies aufgrund der oben beschriebenen Steuerung des Zählbeginns des Digitalzählers 53 zeitlich genau mit der Phasenlage des auf das Lichtbündel 11 auf modulierten Referenzsignals korreliert, so daß das am Ausgang des dynamischen Speichers 32 erscheinende Rechtecks-Impulssignal Tals Nullphasensignal dienen kann.

Ist das Flip-Flop 47 erst einmal durch eine Flanke des Signals D dazu veranlaßt worden, an einem (^-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 Tauch dann noch erscheint, wenn die Signale Fund D verschwunden sind, weil der Lichtweg-Umschalter 20 von seiner Stellung 20a auf die Stellung 206 umgeschaltet hat. In der neuen Stellung 2OZ? 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 (^-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 206 in unveränderter Weise das Nullphasensignal T, das die Phasenlage des auf das Lichtbündel 11 aufmodulierten Referenzsignals in dynamischer Weise »speichert«.

F i g. 3 zeigt daß die digitale Phasenmeßvorrichtung 35 ein D-Flip-Flop 5b und ein Setz-Rücksetz-FHp-Flop 59 umfaßt Das D-Flip-Flop 58 erhält an seinem Takteingang das vom dynamischen Speicher 32 abgegebene 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 des D-Flip-Flops 58 die logische 1 des G-Signals anliegt wird dieses Flip-Flop 58 durch die nächste steigende Flanke des Γ-Signals an seinem Takteingang dazu veranlaßt, an seinem Q- Ausgang eine im folgenden als /-Signal bezeichnete logische 1 abzugebea Dieses /-Signal wird jeweils einem Eingang von zwei UND-Gattern 63 bzw. 64 zugeführt Der zweite Eingang des mit seinem Ausgang den Setz-Eingang des Setz-Rücksetz-Flip-Flops 59 ansteuernden UND-Gatters 64 ist mit der Lei-

tung 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 iK-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 Qi ...Qndes Intervallzählers 68 ist über die Leitung 37 mit dem Rechner 38 verbunden. Der Intervallzähler 68 weist außerdem einen Rücksetzeingang auf, dem ebenfalls das //-Signal zugeführt wird.

Zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Anordnung wird davon ausgegangen, daß durch ein //-Signal die beiden Flip-Flops 58 und 59 und der Intervallzähler 68 zurückgesetzt wird. 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 Qi ... Qn der Zählwert 0. Wird nun durch die Steuerung 24 der Lichtweg-Umschalter 20 in seine Stellung 20fc 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 Vergleichsspannung V_nf übersteigt Daraufhin gibt die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 an ihrem Ausgang A 2 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 Γ-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 (^-Ausgang zu übernehmen. Dieses Signal / gelangt durch das UND-Gatter 63, das an seinem zweiten Eingang eine zu diesem Zeitpunkt vom (^-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 Rechtecks-Impulse mit der Impulsfolgefrequenz η · h abzuzählea Diese Abzählung wird so lange fortgesetzt bis die nächste steigende Flanke des Signals D' erscheint, das in der momentan vorhandenen Stellung 20fc des Lichtweg-Umschalters einem Nulldurchgang des Reflexionssignals entspricht. Die nach dieser steigenden Flanke erscheinende logisehe 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 wiederspiegelnden D'-Signal und dem Nuliphasensignai Γ gemessen, 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 Qi ...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 7.*i:!- wertes durch die digitale Anzeigevorrichtung 39 sorgt.

Die Zeitkonstante des zwischen dem (^-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 Intervallzählers 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 Dl ...Dn zugeführte Entfernungs-Meßergebnis anzuzeigen.
Gemäß F i g. 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

so ausgebildet, der an der einen Seite auf einer positiven Spannung liegt und dessen Ruhekontakt (Messung ausgeschaltet) mit dem Rücksetzeingang des Fiip-Fiops 7i und dessen Arbeitskontakt (Messung eingeschaltet) mit dem Setzeingang des Flip-Flops 71 verbunden ist

Der (^-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 Entfernungsmeßvor-

richtung in ihrem Ausgangszustand bringt. Das am Q-Ausgang des Monofiops 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 (^-Ausgang des Monofiops 75 erscheinende Signal wird ebenfalls der Steuerung 24 zugeführt und veranlaßt diese, den L.ichtweg-Umschalter 20 in die Stellung 20b zu bringen, in der das vom Zielgegenstand 17 reflektierte Lichtbündel 18 auf den Lichtempfänger 22 fällt.

In F i g. 5 sind über einer Zeitskala die an der Ablaufsteuerung 25 und den Ausgängen A 1 und A 2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 erscheinenden Signale aufgetragen. Dabei wird zunächst davon ausgegangen, daß an der gesamten Schaltunganordnung des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts zwar die Versorgungsspannung anliegt, daß sich aber der in F i g. 4 gezeigte Umschalter 76 in seiner AUS-Stellung befindet. Das bedeutet, daß das Flip-Flop 71 zurückgesetzt ist, so daß an seinem (^-Ausgang eine logische 1 erscheint, wie dies in der obersten Zeile der F i g. 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 A 2 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 Monofiops 73 vorgegeben ist Dieser Impuls dient einerseits als W-Signal und gelangt andererseits an den Takteingang des Monofiops 74, das er mit seiner fallenden Flanke triggert Daraufhin erscheint, wie in der dritten Zeile von oben in F i g. 5 dargestellt, ein wesentlich längerer Impuls am (^-Ausgang dieses Monofiops 74, der die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 dazu veranlaßt, den Lichtweg-Umschalter 20 in seine Stellung 20a zu bewegen. Ist dieser Umschaitvorgang 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 A 1 das in der F i g. 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 Signal F wird dem dynamischen Speicher 32 zugeführt und gibt dort die Erzeugung des Nullphasensig"3lS M X'Z\.

Die Zeitkonstante des Monofiops 74 ist so gewählt, daß die fallende Flanke des von seinem (^-Ausgang abgegebenen Impulses mit Sicherheit erst dann erscheint, wenn der dynamische Speicher 32 begonnen hat, das Nullphasensignal Tzu erzeugen. Sobald dies geschehen ist, kann durch die fallende Flanke des Ausgangsimpulses des Monofiops 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 Λ 2 das impulsförmige Signal G ab, das in F i g. 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 Tund dem jetzt vom Signalformer 31 abgegebenen Signal D' auszumessen. Das Signal G gelangt gemäß F i g. 4 über das ODER-Gatter 72 an den Takteingang des Monofiops 73, so daß seine fallende Flanke dieser Monofiops 73 triggert und somit die Erzeugung

ίο eines neuen Rücksetzimpulses H auslöst, wodurch dann ein neuer Zyklus der eben beschriebenen Art eingeleitet wird.

In Verbindung mit F i g. 6 soll nun die Funktionsweise der gesamten Meßvorrichtung übersichtsmäßig dargestellt werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß zunächst durch einen //-Rücksetzimpuls sämtliche Flip-Flops und Zähler der Meßanordnung in ihren Ausgangszustand gebracht worden sind. Erhält daraufhin die Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 von der Ablauf steuerung 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 8 abgegebene Signal A, das die Frequenz f\ —h besitzt. Die Darstellung dieses Signals in F i g. 6 ist nur schematisch, und je nach Schnelligkeit des Umschaltvorganges können auch mehr Schwingungsperioden mit wachsender bzw. abfallender Amplitude auftreten, als dies in F i g. 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 £/_re/-übersteigt

Der dem Mischer 28 nachgeschaltete Signalformer 31 setzt das sinusförmige Signal A in ein Rechtecks-Impulssignal D um, das in F i g. 6 in der zweiten Zeile von oben wiedergegeben ist Wie man der F i g. 6 entnimmt, besitzt dieses Rechtecks-Impulssignal D eine Impulsfolgefrequenz, die gleich der Frequenz f\ —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 A 1 Ha«: imnnJsfönüi^e Si*¹!!;*! F₁ d-iis in der F i **. 6 in der dritten Zeile von oben wiedergegeben ist Wie bereits bei der Schilderung des dynamischen Speichers 32 (s. auch F i g. 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 Ranke des D-Signals, die in F i g. 6 mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet ist, so getriggert wird, so daß die vom Signalformer 43 abgegebenen Impulse mit der Folgefrequenz h an den Takteingang des Digitalzählers 53 gelangen können, der nach Erreichen des Zählwertes hl(f\—fi) das nachgeschaltete Monoflop 56 triggert, an dessen Q-Ausgang das in F i g. 6 in der vierten Zeile von oben dargestellte Nullphasensignal Γ erscheint Durch dieses Γ-Signal wird der Digitalzähier 53 so rasch auf Null zurückgesetzt, daß er ohne Zähliehler die Zählung der

vom Signalformer 43 kommenden Impulse mit dem Zählwert 0 beginnend fortsetzt, bis er wieder den eben erwähnten maximalen Zahlwert erreicht und ein entsprechendes Oberlaufsignal abgibt Auf diese Weise erhält man also ein periodisches Impulssignal T, das die Impulsfolgefrequenz f\ —/j besitzt Die steigenden Flanken dieser Γ-Impulse sind zeitlich genau mit den Nulldurchgängen der Sinusschwingung A korreliert, so daß sie die Phasenlage des auf das Referenzlichtbündel 15 aufmodulierten 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 //-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 2Oi bewegt. 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 0 ab, wie dies in der obersten Zeile der F i g. 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 f\, 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 F ig. 6 auf der rechten Seite dargestellt Es besitzt ebenfalls die Frequenz f\'—h 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 verbunden war. Die durch den Lichtempfänger eingeführte Phasenverschiebung und deren Drifterscheinungen 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. Auch das Signal Λ'wird durch den Signalformer 31 in einen Rechtecks-Impulszug D'mit der Impulsfolgefrequenz f\'—h umgesetzt, wobei die Impulsflanken mit den Nulldurchgängen der Sinusschwingung Λ'zeitlich streng korreliert sind.

Wie in der vierten Zeile von unten in F i g. 6 dargestellt, erscneint dann, wenn die Pegelüberwachung 26 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das Erreichen einer auswertbaren Amplitude angezeigt hat, am Ausgang A 2 der Lichtweg-Umschalter-Steuerung 24 das impulsförmige Signal G, das, wie in F i g. 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 F i g. 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. F i g. 3) über die Leitung 41 an den zweiten Eingang des UND-Gatters 64, wodurch das Setz-Rücksetz-Flip-Flop 59 gesetzt wird und das /i-Signal abgibt das in F i g. 6 in der zweiten Zeile von unten dargestellt ist und die Abzählung der dem Takteingang des Intervallzählers 68 zugeführten Impulse beendet Somit ist also der Zählvorgang des Intervallzählers 68 durch eine

ίο Impulsflanke gestartet worden, die zeitlich streng mit der Phasenlage des auf das Referenzlichtbündel 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 Intervallzähler 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 F i g. 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 ah geschlossen ist Durch diese fallende Flanke wird dann, wie unter Bezugnahme auf Fig.5 erläutert, ein neuer //-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 206 in die Stellung 20a zurückzukehren. Dies ist in F i g. 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 das Heruntermischen der vom Lichtempfänger 22 abgegebenen, vergleichsweise hohen Frequenz f\ auf die Differenzfrequenz /Ί—/2 bei, die durch entsprechende Wahl von /₂ z. B. so eingestellt werden kann, daß sie 10-* ■ /i beträgt. Man dehnt somit den interssierenden Zeitraum, d.h. den Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Nullphasensignals T einerseits und des beim Empfang des reflektierten Lichtbündels 18 erzeugten A'- bzw. D'-Signals andererseits um einen Faktor 10\ was eine genaue Ausmessung wesentlich erleichtert, ohne daß dabei die Phasenverhältnisse der miteinander zu vergleichenden, jeweils die hohe Frequenz f\ 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 η ■ f₂ mit einer sehr guten Auflösung durchzuführen, so daß man beispielsweise dann, wenn man π =10 wählt, insgesamt auf einen Faktor 10⁵ kommt. Das bedeutet, daß man beispielsweise mit /i -1,5 MHz, /₂ = 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, die nur mit einer Genauigkeit von 10~⁹ arbeiten müssen, was mit quarzgesteuerten Oszillatoren ohne besonders großen Aufwand erreichbar ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen io

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Claims

Patentansprüche:

1. Entfernungsmeßgerät mit einer durch ein Hochfrequenzsignal modulierbaren, kontinuierlich ein Lichtbündel erzeugenden lichtquelle, mit einem Strahlenteiler, durch den das Lichtbündel in ein einen Weg vorgegebener Länge durchlaufendes Referenzlichtbfindel und ein zum Zielgegenstand ausgesandtes Meßlichtbündel aufteilbar ist, mit einem Lichtwegumschalter, durch den wechselweise das Referenzlichtbündel oder das vom Zielgegenstand reflektierte Lichtbündel an ein und denselben Lichtempfänger anlegbar ist, dessen jeweiliges Ausgangssignal in seiner Phasenlage und Frequenz entweder dem auf das Referenzlichtbündel aufmodulierten Referenzsignal oder dem auf das reflektierte Lichtbündel aufmodulierten Reflexionssignal entspricht, wobei das Reflexionssignal gegenüber dem Referenzsignal eine der Entfernung des Zielgegenstandes entsprechende Phasenverschiebung aufweist, und mit einer die Ausgangssignale des Lichtempfängers verarbeitenden Schaltungsanordnung, die eine die Phasenverschiebung erfassende Phasenmeßvorrichtungumfaßt/dadurch gekennzeichnet, daß ein dynamischer Speicher (32) vorgesehen ist, der beim Anliegen des Referenzlichtbündels (IS) am Lichtempfänger (22) zur kontinuierlichen, auch beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels (18) am Lichtempfänger (22) andauernden Erzeugung eines periodischen, die Phasenlage des Referenzsignals wiedergebenden, aus einer Folge von Impulsen bestehenden Nullphasensignals (T? ansteuerbar ist

2. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Speicher (32) einen im freigegebenen Zustand Impulse mit einer hohen Impulsfolgefrequenz (h) periodisch abzählenden, durch einen nach Erreichen eines vorgegebenen Maximalzählwertes erzeugten Impuls des Nullphasensignals (T) ohne Unterbrechung des Zählvorganges auf seinen Anfangszählwert rücksetzbaren Digitalzähler (53) und eine Freigabeschaltung (40,50,52) umfaßt, durch die beim Anliegen des Referenzlichtbündels (15) am Lichtempfänger (22) der Zählbetrieb des Digitalzählers (53) beim Auftreten eines Nulldurchgangs des Ausgangssignals des Lichtempfängers (22) auslösbar ist, und daß der Maximalzählwert in Abhängigkeit von der Folgefrequenz (f₂) der vom Digitalzähler (53) abgezählten Impulse so gewählt ist, daß das den Digitalzähler (53) periodisch zurücksetzende Nullphasensignal (T) dieselbe Frequenz besitzt, wie das beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels (18) am Lichtempfänger (22) der Phasenmeßvorrichtung (35) zugeführte, die Phasenlage des Reflexionssignals wiedergebende Signal (D?.

3. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Lichtempfängers (22) der eine Eingang eines Mischers (28) verbunden ist, an dessen zweitem Eingang ein Signal anliegt, dessen Frequenz (f₂) sich nur wenig von der Frequenz (f\) der Ausgangssignale des Lichtempfängers (22) unterscheidet, und daß das die Differenzfrequenz der beiden Eingangssignale aufweisende Ausgangssignal (A. A') des Mischers (28) weiterverarbeitet wird.

4. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des am zweiten Eingang des Mischers (28) anliegenden Signals gleich der Folgefrequenz (fi) der vom Digitalzähler (53) abgezählten Impulse ist

5. Entfernungsmeßgerät nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangszählwert des Digitalzählers (53) gleich Null und der Maximalzählwert gleich fjf(f\ —h) ist

6. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mi- scher (28) ein Signalformer (31) nachgeschaltet ist, durch den das vom Mischer (28) abgegebene Sinussignal (A bzw. A') in einen Rechteckimpulszug (D bzw. D') mit einer der Frequenz des Sinussignals (A bzw. A^entsprechenden Impulsfolgefrequenz umsetzbar ist, wobei die Impulsflanken eine strenge zeitliche Korrelation zu den Nulldurchgängen des Sinussignals (A bzw. A') aufweisen.

7. Entfernungsmeßgerät nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet daß die Freigabe schaltung (47, 50, 52) durch eine Impulsflanke (80) des beim Anliegen des Referenzlichtbündels (15) am Lichtempfänger (22) vom Signalformer (31) abgegebenen Rtchtecksimpulszuges (D) zur Auslösung des Zählbeginns des Digitalzählers (53) triggerbar ist

8. Entfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß eine digitale Phasenmeßvorrichtung (35) vorgesehen ist, die einen Impulse mit einer sehr hohen Folgefrequenz abzählenden Intervallzähler (68) umfaßt c<es- sen Zählbeginn durch einen einem Nulldurchgang des beim Anliegen des Referenzlichtbündels (15) vom Lichtempfänger (22) erzeugten Ausgangssignals entsprechenden Teil (81) des Nullphasensignals (T) und dessen Zählende durch die nächstfol- gende, einem Nulldurchgang des beim Anliegen des reflektierten Lichtbündels (18) vom Lichtempfänger (22) erzeugten Ausgangssignals entsprechende Flanke (82) des Ausgangssignals (D') des Signalformers (31) auslösbar sind.

9. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz der vom Intervallzähler (68) abgezählten Impulse ein Vielfaches der Frequenz (fy des dem zweiten Eingang des Mischers (28) zugeführten Signals ist