DE4108376A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erfassung und auswertung von signalen bei der entfernungsmessung - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur erfassung und auswertung von signalen bei der entfernungsmessung

Info

Publication number
DE4108376A1
DE4108376A1 DE4108376A DE4108376A DE4108376A1 DE 4108376 A1 DE4108376 A1 DE 4108376A1 DE 4108376 A DE4108376 A DE 4108376A DE 4108376 A DE4108376 A DE 4108376A DE 4108376 A1 DE4108376 A1 DE 4108376A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signals
input
time
output
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4108376A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4108376C2 (de
Inventor
Otto Juenemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Original Assignee
Jenoptik Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical Jenoptik Jena GmbH
Priority to DE4108376A priority Critical patent/DE4108376C2/de
Publication of DE4108376A1 publication Critical patent/DE4108376A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4108376C2 publication Critical patent/DE4108376C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung, die eine Bestimmung der Entfernung von im Raum angeordneten Objekten ermöglicht. Sie findet in der Vermessungstechnik, aber insbesondere im Transport- und Verkehrswesen, in der Forstwirtschaft und im Maschinenbau ihre Anwendung.
Es sind verschiedene Lösungen bekannt, die die Realisierung einer Laserentfernungsmessung gestatten. Bekannte Entfernungsmesser nutzen das Verfahren der Laserimpuls-Laufzeitmessung mit verschiedenen Lösungen und unterschiedlichem Erfolg.
In der AT-PS 3 07 762 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsreflexlaufzeitprinzip vorgestellt. Die Lösung nutzt die Aussendung eines Impulses in Richtung eines Objektes, welcher von diesem reflektiert und als Refleximpuls aufgefangen wird. Die verfahrensmäßig ermittelte Laufzeit dient dabei als Maß der Entfernung, wobei eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die einen Sende- und Empfangsteil sowie eine Anordnung zur Messung der Impulslaufzeit umfaßt, eingesetzt ist. Lösungsgemäß erfolgt eine Regelung der Empfangsamplitude durch das Messen vorangegangener Amplituden und das Verändern der Sendeleistung und/oder des Verstärkungsfaktors eines Empfangsverstärkers auf einen konstanten Wert. Die Meßgenauigkeit der erfinderischen Lösung ist von deren Regelgenauigkeit abhängig. Nachteilig ist ebenfalls, daß die Regelung der Empfangsamplitude eine hohe Anzahl von Sendeimpulsen bzw. eine große Regelzeit erfordert. Weiterhin muß der Reflektionsfaktor lösungsbezogen konstant sein, d. h. der Meßstrahl darf sich während der Regel- und Meßzeit nicht bewegen. Aus der gemessenen Empfangsamplitude lassen sich Korrekturwerte für die Entfernung ermitteln. Nachteilig wirkt sich allerdings aus, daß die Amplitude des Empfangssignales aufgrund der entfernungsabhängigen Dynamik sich sehr schnell in einer Begrenzung befindet, in der sich keine Korrekturwerte ermitteln lassen, wodurch diese Lösung außerdem eine zeitaufwendige Regelung benötigt. Die DD-PS 2 23 539 stellt eine Anordnung zur Empfangssignalaufbereitung für optoelektronische Entfernungsmesser vor, mit der das Empfangssignal so aufbereitet werden soll, daß eine laufzeitabhängige Intensitätsschwächung für jeden Entfernungsmeßwert kompensiert wird. Die laufzeitabhängige Intensitätsschwächung wird durch eine zeitabhängige Steuerung eines Verstärkers kompensiert, damit die Empfangsamplitude unabhängig von der Entfernung konstant gehalten werden kann. Die Flankensteilheit verhält sich ebenfalls konstant, wobei der Zeitmeßfehler zwischen einem Strahlungsimpuls und einem elektronischen Empfangsimpuls ausgleichbar ist. Der Nachteil dieser erfinderischen Lösung liegt darin, daß der Reflexionsfaktor des Meßobjektes die Empfangsamplitude zum großen Teil bestimmt und nur eine kleine statistisch begründbare Genauigkeitsverbesserung erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung zu schaffen, mit der die Meßgenauigkeit von Laserimpulsen nach dem Impulsreflexlaufzeitprinzip erhöht wird, ohne die Meßzeit zu verlängern.
Diese Aufgabe für ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung, bei dem ein indirekt von einer Sendeeinheit erhaltenes Lichtsignal, das von einem entfernt angeordneten Meßobjekt reflektiert und dann als Reflexsignal bereitgestellt wird, und ein direkt von der Sendeeinheit erhaltenes Lichtsignal einer Schaltungsanordnung zugeführt wird, bei dem diese Lichtsignale impulsförmig sind und in elektrische Signale gewandelt werden, bei dem letztere mit einer definierten Verzögerung verstärkt und mit einem Schwellwertsignal verglichen werden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die unterschiedlichen Impulsbreiten der komparativ gewonnenen Ausgangssignale gemessen werden, daß die Abstände der Vorderflanken der Impulsbreiten gemessen werden, daß die ermittelten Meßergebnisse abgefragt und danach die Flankenzeitpunkte der komparativ gewonnenen Ausgangssignale korrigiert werden, wobei die Korrekturzeiten aus den unterschiedlichen Impulslängen der Ausgangssignale ermittelt werden, daß aus den Meß- und Korrekturergebnissen die Umwandlung in eine wahre Impulslaufzeit erfolgen wird, daß aus der wahren Impulslaufzeit die Entfernung zum Meßobjekt ermittelt wird. Der Anstieg der verstärkten Signale wird in Abhängigkeit von der Erzeugung elektrischer Signale geschehen, wobei nach dem Ablauf der Verstärkerverzögerungszeit deren Schwellwertüberschreitung nach dem Passieren der Hinterflanke der Lichtsignalbreite erfolgen wird. Das Ansteigen und der Abfall des Signalverlaufes der verstärkten Signale wird mit einer im wesentlichen gleichen Zeitkonstante erfolgen. Die Triggerzeitpunkte der komparativ gewonnenen Ausgangssignale werden von den Amplituden der verstärkten Signale bestimmt. Die Verzögerung zwischen Impulsbeginn und Schwellwertüberschreitung wird ebenfalls von den Amplituden der verstärkten Signale bestimmt, wobei mit wachsender Amplitudenhöhe die Verzögerung abnimmt. Durch den Bezug der verzögerten Verstärkerausgangssignale auf ein Schwellwertsignal sind Digitalimpulse ableitbar, deren zeitliche Länge ein Maß für die zu korrigierende Zeit ist, wobei die Signalamplituden der komparativ gewonnenen Ausgangssignale und das Schwellwertsignal sowie nebenwirkende Rauschsignale unberücksichtigt bleiben.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung, die aus einer Fotodiode, einem Tiefpaßglied, einem Breitbandverstärker, einem Schwellwertkomparator, einem Zeitglied und einer Recheneinheit besteht, wobei die Katode der Fotodiode mit dem Pluspol einer EMK verbunden ist, bei der die Anode der Fotodiode auf den Eingang des Tiefpaßgliedes geführt ist, dessen Ausgang auf den Eingang des Breitbandverstärkers geschaltet ist, bei der letzterer ausgangsseitig auf einen ersten Eingang des Schwellwertkomparators geführt ist, wobei dessen zweiter Eingang zur Aufnahme eines Referenzsignales vorgesehen ist, bei der der Ausgang des Schwellwertkomparators auf den Eingang der Zeiteinheit gelegt ist, deren Ausgänge mit der Recheneinheit eingangsseitig verbunden sind, wobei der Ausgang der Recheneinheit zu einer Ausgabeeinheit geführt ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zeiteinheit aus mehreren Zeitmessern, aber mindestens drei Zeitmessern zusammengesetzt ist, deren Eingänge eingangsseitig parallel geschalten sind und ihr leitungsmäßig gemeinsamer Knotenpunkt als Eingang der Zeiteinheit vorgesehen ist, daß die Abgänge der Zeitmesser leitungsmäßig direkt zu den Eingängen der Recheneinheit geführt sind. Zur Messung von Impulsbreiten der Komparatorausgangssignale sind zwei Zeitmesser vorgesehen. Ein dritter Zeitmesser ist zur Messung des Abstandes der Vorderflanke der Komparatorausgangssignale vorgesehen. Alle Zeitmesser sind nacheinander aktiv ansteuerbar. Das Tiefpaßglied ist durch ein Tiefpaßverhalten charakterisiert. damit das Signal/Rausch-Leistungsverhältnis am Verstärkerausgang ein Maximum ist. Der Breitbandverstärker ist rauscharm und durch eine Laufzeit und eine Bandbreite charakterisiert, die ein annähernd verzerrungsfreies Verstärken des Verstärkereingangssignales realisieren. Der komplexe Lastwiderstand des Tiefpaßgliedes setzt sich aus einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator zusammen. Er ist aus den Ersatzwerten der Zusammenschaltung der komplexen Widerstände von Fotodiode und Breitbandverstärker gebildet. Es ist vorgesehen, daß das Tiefpaßglied im Breitbandverstärker enthalten ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Messung der unterschiedlichen Impulsbreiten der komparativ gewonnenen Ausgangssignale sowie die Messung der Vorderflanken der Impulsbreiten innerhalb einer Entfernungsmessung möglich ist. Die erfinderische Lösung bietet eine Systemlösung an, die mit einfachen technischen Mitteln die Meßgenauigkeit bei Entfernungsmessungen erhöht. Die Lösung gestattet die Realisierung von kostengünstigen, handhabbaren genauen und augensicheren Entfernungsmessern nach dem beschriebenen Auswerteprinzip.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung;
Fig. 2 den zeitbezogenen Signalverlauf der Verstärkerausgangssignale;
Fig. 3 die zeitbezogene Darstellung der komparativ gewonnenen Ausgangssignale;
Fig. 4 die zeitbezogene Darstellung der Triggerzeitpunkte der komparativ gewonnenen Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Amplituden der Verstärkerausgangssignale;
Fig. 5 die zeitbezogene Darstellung eines Verstärkerausgangssignals.
Die Entfernung E zum diffus reflektierenden Meßobjekt ist bei der Laserimpuls-Laufzeitmessung aus der Beziehung: E=½ c · Δ t ermittelbar, wobei die Meßgenauigkeit wesentlich von der Erfassung der zeitsignifikanten Flanken des Laserimpuls und des vom Meßobjekt erhaltenen Refleximpulses abhängt. Der von einer Sendeeinheit zu einem entfernt angeordneten Meßobjekt ausgesandte und dann reflektierte Laserimpulse und ein direkt abgegebener Laserimpulse werden vom gleichen Empfänger erfaßt und über einen Verstärker einer Zeitmeßschaltung zugeführt, so daß sich gleiche Verzögerungszeiten ergeben, die sich bei der Zeitdifferenzmessung kompensieren. Die Verzögerungszeiten der zeitsignifikaten Flanken des Laserimpulses als auch des Refleximpulses sind in Fig. 2 dargestellt. Die empfängerseitig erfaßten Laserimpulse werden in geeigneter Form in elektrische Signale gewandelt. Letztere werden dann mit einer definierten Verzögerung verstärkt und danach mit einem Schwellwertsignal verglichen.
Bei einem festen Signalschwellwert ergeben sich unterschiedliche Triggerzeitpunkte tka der komparativ gewonnenen Ausgangssignale, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. In Fig. 4 wird gezeigt, daß die Triggerzeitpunkt tka von der Amplitude der verstärkten elektrischen Signale abhängen. Je größer die Amplitude der verstärkten Signale ist, um so kleiner ist die Verzögerung zwischen Impulsbeginn und Schwellwertüberschreitung. Diese Verzögerungszeiten der zeitsignifikanten Flanken des Laserimpulses und des Refleximpulses nach Fig. 2, die sich aus der Beziehung: Δt=tStopp-tStart ergeben, sind nicht direkt meßbar, weil die verstärkten Signale einen Rauschanteil besitzen. Eine Zeitmessung unterhalb des Schwellwertes ist nicht möglich.
Da mit der Bandbreite eines Empfängersystems auch dessen Ausgangsrauschleistung steigt, somit dann der Schwellwert eines vergleichenden Signals zu erhöhen ist, würde ein Sinken der Empfindlichkeit dieses Empfängersystems eintreten. Die verstärkten Ausgangssignale könnten in diesem Fall den empfangenden Impulsen formgetreu folgen. Sie würden kein integriertes Verhalten zeigen. Ist die Anstiegsflanke des Laser- und Refleximpulses sehr schnell, die mit einem Laserimpuls im ns-Bereich erreichbar ist, würden sich auch sehr kleine Verzögerungszeiten, die unabhängig von den Amplituden der verstärkten Signale sind, ergeben.
Eine weitere Möglichkeit wäre durch die Realisierung geringer Bandbreiten zugunsten einer hohen Empfindlichkeit bei einem Empfängersystem gegeben, wobei die Regelung der Empfangsamplitude der erfaßten Laserimpulse auf einen konstanten Wert durch das Verändern der Laserleistung erforderlich ist. Die Verzögerungszeiten werden somit auf einen konstanten Wert gebracht, um den das Ergebnis der Zeitmessung verändert wird.
Die Amplitudenänderung der verstärkten Signale erfolgt zeitlich so lange, wie optische in elektrische Signale gewandelt werden. Fig. 5 zeigt dieses Verhältnis in seiner Abhängigkeit, wobei nach dem Ablauf der Verstärkerverzögerungszeit Tv die Schwellwertüberschreitung der verstärkten Signale zum Zeitpunkt t₁ innerhalb der Lasersignalbreite TL erfolgt. Die Unterschreitung des Schwellwertsignales erfolgt zum Zeitpunkt t₂ nach dem Passieren der Hinterflanke der Lasersignalbreite TL. Das Ansteigen und der Abfall des Signalverlaufes der verstärkten Signale wird mit einer im wesentlichen gleichen Zeitkonstante τ erfolgen, wie in Fig. 4 erkennbar ist. Es ergeben sich komparativ gewonnene Ausgangssignale mit einer Impulsbreite der Zeit ti, wobei die Beziehung: ti=t₂-t₁ gelten soll.
Aus dem Vergleich der verstärkten Signale mit einem Schwellwertsignal entstehen komparativ gewonnene Ausgangssignale, deren unterschiedliche Impulsbreiten tiStart, tiStopp und Abstände der Vorderflanken dieser Impulsbreiten tkStart, tkStopp gemessen werden. Fig. 3 stellt diese komparativ gewonnenen Signale bildlich dar. Nach dem Abfragen der Meßergebnisse und deren Analyse erfolgt eine Korrektur der Flankenzeitpunkte zu tkStart und tkStopp. Die Korrekturzeiten werden aus den unterschiedlichen Impulslängen dieser Ausgangssignale ermittelt. Für die Korrekturzeitermittlung gilt die Beziehung:
wobei der Schwellwert des Schwellwertsignales unberücksichtigt bleibt. Die Korrekturzeitermittlung geschieht unabhängig vom Schwellwert. Der Schwellwert steht nur in Beziehung zum Signalrauschen, welches durch ein Umgebungslicht wesentlich beeinflußt wird. Aus den bereits vorhandenen Meßergebnissen und den ermittelten Korrekturergebnissen wird danach die Umwandlung in eine wahre Impulslaufzeit erfolgen. Die wahre Impulslaufzeit stellt die Zeitdifferenz zwischen elektrischem Start- und Stopp-Impuls im verstärkten Zustand bei unendlich steilen zeitsignifikanten Flanken dar. Aus der wahren Impulslaufzeit wird letztlich die Entfernung zum Meßobjekt ermittelt.
Die genaue Bestimmung des Sende- und Empfangszeitpunktes auf den entsprechenden zeitsignifikanten Flanken dieser Impulse besteht aus der Nutzung:
  • - eines durch minimal notwendige Bandbreite empfindlichen Empfangssystems,
  • - eines Laserimpulssenders mit sehr kleiner Anstiegszeit und Halbwertzeit des Strahlungsimpulses,
  • - der nachträglichen Bestimmung der in Fig. 2 erkennbaren Anfangszeitpunkte des Laser- und Reflexsignales unabhängig von
  • - der aktuellen Amplitude des Laser- und Reflexsignales,
  • - der Rauschspannung im Anfangszeitpunkt,
  • - der Schwellspannung,
  • - der Übersteuerung des Verstärkers aufgrund der extremen Dynamik des Empfangssignales.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung besteht aus einer Fotodiode 1, einem Tiefpaßglied 2, einem Breitbandverstärker 3, einem Schwellwertkomparator 4, einer Zeiteinheit 5 und einer Recheneinheit 6, wobei letztere mit einer Ausgabeeinheit verbunden ist.
Das Tiefpaßglied 2 besteht aus einem ohmschen Widerstand 13 und einem Kondensator 14. Der Widerstand 13 ist mit einem Ende an einen Knotenpunkt 10, der als Eingang des Tiefpaßgliedes 2 zu verstehen ist, geführt. Der Kondensator 14 ist ebenfalls mit einem Ende an einen zweiten Knotenpunkt 11, der als Ausgang des Tiefpaßgliedes 2 zu verstehen ist, geführt. Die verbleibenden Anschlüsse von Widerstand 13 und Kondensator 14 sind an ein Massepotential gelegt. Die beiden Knotenpunkte 10, 11 sind miteinander verbunden.
Die Zeiteinheit 5 besteht aus mehreren, aber mindestens drei Zeitmessern 7, 8, 9. Die Eingänge der Zeitmesser 7, 8, 9 sind eingangsseitig parallel geschaltet, wobei ihr leistungsseitig gemeinsamer Knotenpunkt 12 als Eingang der Zeiteinheit 5 vorgesehen ist. Die Abgänge der Zeitmesser 7, 8, 9 sind leitungsmäßig direkt mit den entsprechenden Eingängen der Recheneinheit 6 verbunden.
Die Fotodiode 1 ist in Sperrichtung zu schalten. Sie ist mit ihrer Katode an den Pluspol einer EMK gelegt. Die Anode der Diode 1 ist an den Eingang des Tiefpaßgliedes 2 geführt. Der Ausgang des Tiefpaßgliedes 2 ist auf den Eingang des Breitbandverstärkers 3 geschaltet. Letzterer ist ausgangsseitig auf den ersten Eingang des Schwellwertkomparators 4 geführt. An den zweiten Eingang des Komparators 4 ist eine Referenzspannung +Us gelegt. Ausgangsseitig ist der Schwellwertkomparator 4 mit dem Eingang der Zeiteinheit 5 verbunden, deren drei Ausgänge direkt an die Recheneinheit 6 geschalten sind.
Das Empfangs-Meßsystem im leitungsmäßigen Verbund der Elemente nach Fig. 1, wobei alle Leitungen bzw. Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen elektrisch leitend sind, soll nachstehend funktionell näher erläutert werden. Der verfahrensgemäß von einer Sendeeinheit direkt erhaltene Refleximpuls erzeugt in der Fotodiode 1 jeweils einen Fotostrom IF. Diese initiierten Impulsströme erzeugen über dem Tiefpaß 2 die Verstärkereingangsspannungen. Das Tiefpaßverhalten selbst ist so gewählt, daß das Signal/Rausch-Leistungsverhältnis am Verstärkereingang ein Maximum ist. Der rauscharme Breibandverstärker 3 besitzt eine solche Laufzeit und eine solche Bandbreite, daß die Verstärkereingangssignale im wesentlichen verzerrungsfrei, das bedeutet mit einer definierten Verzögerung verstärkt werden. Das in Fig. 5 beispielgemäß gezeigte jeweilige Verstärkerausgangssignal Ua (t) wird auf den Komparator 4 gegeben und mit der bereits erwähnten Schwellwertspannung +Us verglichen. Die in Fig. 3 gezeigten Komparatorausgangssignale Uk (t) besitzen entsprechend der zugehörigen Amplituden nach Fig. 2 nur ungenügend definierte Flankenzeitpunkte tkStart und tkStopp, die später verfahrensgemäß noch zu korrigieren sind. Die Zeitmesser 7, 8, 9 erhalten zunächst die unkorrigierten Komparatorausgangssignale Uk (t), wobei der erste Zeitmesser 7 die Impulsbreite tiStart, der zweite Zeitmesser 9 die Impulsbreite tiStopp und der dritte Zeitmesser 8 den Abstand der Vorderflanken des jeweiligen Komparatorausgangssignales Δtk=tkStopp-tkStart mißt. Diese Meßergebnisse werden der Recheneinheit 6 zugeführt, wobei in ihr auch gleichzeitig eine Analyse und Speicherung derselben erfolgt. Die bereits erwähnte Korrektur der Flankenzeitpunkte tkStart und tkStopp wird nach der Analyse der Meßergebnisse vorgenommen. Die beiden Flankenzeitpunkte sind nach der Beziehung:
Δt=(tkStopp-tkKorr Stopp)-(tkStart-tkKorr Start)
zu korrigieren. Die gespeicherten Meßergebnisse werden von der Recheneinheit 6 abgefragt und gemeinsam mit den ermittelten Korrekturergebnissen von dieser in die wahre Impulslaufzeit umgewandelt. Entsprechend der Beziehung: E=½ c · Δt ermittelt die Recheneinheit 6 dann die Entfernung E der Sendeeinheit zum Meßobjekt, wobei von ihr eine entsprechende Information zur Ausgabeeinheit erfolgt.
Die von den Zeitmessern 7, 8, 9 vorgenommenen drei Messungen können auch innerhalb einer Entfernungsmessung erfolgen. Die eingangsseitige Parallelschaltung der Zeitmesser 7, 8, 9 und deren entsprechendes nacheinander aktive Ansteuern bietet dazu die Gewähr.
Im übrigen sind diese drei Messungen auch nur von einem Zeitmesser realisierbar. Dann sind mindestens drei Entfernungsmessungen notwendig und der eine Zeitmesser ist entsprechend einer der mindestens drei Zeitmessungen aktiv anzusteuern.
Eine besondere Ausgestaltungsform ist insofern mit dem Lokalisieren des Tiefpaßgliedes (2) in den Breitbandverstärker (3) möglich.
Es ist vorteilhaft, wenn anstelle der rechnerischen Ermittlung der Korrekturzeiten bereits gespeicherte Korrekturwerte durch die Recheneinheit 6 verwendet werden, die infolge der Meßwerte ti und tk abrufbar vorhanden sind. Mit Hilfe dieser gespeicherten Korrekturwerte verringert sich die Auswertezeit zur Entfernungsbestimmung.
Die Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, läßt sich ebenfalls mit einer Umkehr der in ihr angegebenen Polaritäten betreiben. In diesem Anwendungsfall sind folgende Veränderungen erforderlich:
  • a) Die Fotodiode 1 ist in Durchlaßrichtung zu schalten. Sie ist mit ihrer Anode an den Pluspol einer EMK zu legen. Ihre Katode ist auf den Eingang des Tiefpaßgliedes 2 zu führen.
  • b) Die nicht belegten Anschlüsse von Widerstand 13 und Kondensator 14, die bei einer in Sperrichtung geschaltenen Diode 1 an ein Massepotential gelegt sind, erhalten die Polarität des Pluspoles der EMK.
  • c) Der zweite Eingang des Komparators 4 ist an eine Referenzspannung -Us zu legen.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung bleibt in diesem Anwendungsfall gleichermaßen erhalten.
Liste der Bezugszeichen
1 Fotodiode
2 Tiefpaßglied
3 Breitbandverstärker
4 Schwellwertkomparator
5 Zeiteinheit
6 Recheneinheit
7, 8, 9 Zeitmesser
10, 11, 12 Knotenpunkt
13 ohmscher Widerstand
14 Kondensator
E Entfernung
c Lichtgeschwindigkeit
t Zeitpunkt
Δt Zeitdifferenz
tk komparativer Flankenzeitpunkt
tka Triggerzeitpunkt der komparativ gewonnenen Ausgangssignale
tkKorr korrigierter Flankenzeitpunkt
ti Impulsbreite
Δtk nichtkorrigierte Zeitdifferenz der komparativ gewonnenen Ausgangssignale
Tv Verstärkerverzögerungszeit
TL Lasersignalbreite
IF Fotostrom
Ua(t) Verstärkerausgangssignal
Uk(t) Komparatorausgangssignal
Us Schwellwertspannung
+/- positives/negatives Potential
Start Beginn der Zeitdifferenz
Stopp Ende der Zeitdifferenz
i=1 . . n Index

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung, bei dem ein indirekt von einer Sendeeinheit erhaltenes Lichtsignal, das von einem entfernt angeordneten Meßobjekt reflektiert und dann als Reflexsignal bereitgestellt wird, und ein direkt von der Sendeeinheit erhaltenes Lichtsignal einer Schaltungsanordnung zugeführt wird, bei dem diese Lichtsignale impulsförmig sind und in elektrische Signale gewandelt werden, bei dem letztere mit einer definierten Verzögerung verstärkt und mit einem Schwellwertsignal verglichen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die unterschiedlichen Impulsbreiten der komparativ gewonnenen Ausgangssignale gemessen werden,
daß die Abstände der Vorderflanken der Impulsbreiten gemessen werden,
daß die ermittelten Meßergebnisse abgefragt und danach die Flankenzeitpunkte der komparativ gewonnenen Ausgangssignale korrigiert werden, wobei die Korrekturzeiten aus den unterschiedlichen Impulslängen der Ausgangssignale ermittelt werden,
daß aus den Meß- und Korrekturergebnissen die Umwandlung in eine wahre Impulslaufzeit erfolgen wird,
daß aus der wahren Impulslaufzeit die Entfernung zum Meßobjekt ermittelt wird.
2. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der verstärkten Signale in Abhängigkeit von der Erzeugung elektrischer Signale geschehen wird, wobei nach dem Ablauf der Verstärkerverzögerungszeit deren Schwellwertüberschreitung innerhalb der Lichtsignalbreite und deren Schwellwertunterschreitung nach dem Passieren der Hinterflanke der Lichtsignalbreite erfolgen wird.
3. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansteigen und der Abfall des Signalverlaufes der verstärkten Signale mit einer im wesentlichen gleichen Zeitkonstante erfolgen wird.
4. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerzeitpunkte der komparativ gewonnenen Ausgangssignale von den Amplituden der verstärkten Signale bestimmt werden.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einer Fotodiode, einem Tiefpaßglied, einem Breitbandverstärker, einem Schwellwertkomparator, einem Zeitglied und einer Recheneinheit besteht, wobei die Katode der Fotodiode mit dem Pluspol einer EMK verbunden ist, bei der die Anode der Fotodiode auf den Eingang des Tiefpaßgliedes geführt ist, dessen Ausgang auf den Eingang des Breitbandverstärkers geschaltet ist, bei der letzterer ausgangsseitig auf einen ersten Eingang des Schwellwertkomparators geführt ist, wobei dessen zweiter Eingang zur Aufnahme eines Referenzsignales vorgesehen ist, bei der der Ausgang des Schwellwertkomparators auf den Eingang der Zeiteinheit gelegt ist, deren Ausgänge mit der Recheneinheit eingangsseitig verbunden sind, wobei der Ausgang der Recheneinheit zu einer Ausgabeeinheit geführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeiteinheit (5) aus mehreren Zeitmessern, aber mindestens drei Zeitmessern (7, 8, 9) zusammengesetzt ist, deren Eingänge eingangsseitig parallel geschaltet sind und ihr leitungsmäßig gemeinsamer Knotenpunkt (12) als Eingang der Zeiteinheit (5) vorgesehen ist,
daß die Abgänge der Zeitmesser (7, 8, 9) leitungsmäßig direkt zu den Eingängen der Recheneinheit (6) geführt sind.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Zeitmesser (7, 9) zur Messung von Impulsbreiten der Komparatorausgangssignale und ein dritter Zeitmesser (8) zur Messung des Abstandes der Vorderflanken der Komparatorausgangssignale vorgesehen ist, wobei sie nacheinander aktiv ansteuerbar sind.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der komplexe Lastwiderstand des Tiefpaßgliedes (2) aus einem ohmschen Widerstand (13) und einem Kondensator (14) zusammengesetzt ist, wobei der komplexe Lastwiderstand aus den Ersatzwerten der Zusammenschaltung der komplexen Widerstände von Fotodiode (1) und Breitbandverstärker (3) gebildet ist.
8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tiefpaßglied (2) durch ein Tiefpaßverhalten charakterisiert ist, das ein Signal/Rausch-Leistungsverhältnis am Ausgang des Breitbandverstärkers (3) ein Maximum gewährleistet.
9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Breitbandverstärker (3) rauscharm und durch eine Laufzeit und eine Bandbreite charakterisiert ist, die in annähernd verzerrungsfreies Verstärken des Verstärkereingangssignales gewährleisten.
10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tiefpaßglied (2) im Breitbandverstärker (3) enthalten ist.
DE4108376A 1991-03-15 1991-03-15 Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung Expired - Fee Related DE4108376C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4108376A DE4108376C2 (de) 1991-03-15 1991-03-15 Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4108376A DE4108376C2 (de) 1991-03-15 1991-03-15 Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4108376A1 true DE4108376A1 (de) 1992-12-10
DE4108376C2 DE4108376C2 (de) 1995-05-11

Family

ID=6427336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4108376A Expired - Fee Related DE4108376C2 (de) 1991-03-15 1991-03-15 Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4108376C2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4237347C1 (de) * 1992-11-05 1994-06-23 Jenoptik Jena Gmbh Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auwertung von Signalen bei der Messung von Entfernungen und Entfernungsänderungen
DE4406865A1 (de) * 1993-03-02 1994-09-08 Mitsubishi Electric Corp Abstandsmeßvorrichtung
EP0793115A2 (de) * 1996-02-27 1997-09-03 Sick Ag Laser-Radar-Abtaster mit Millimeter-Auflösung
DE19805200A1 (de) * 1998-02-10 1999-08-19 Micro Optronic Messtechnik Gmb Verfahren zum Vermessen transparenter Objekte
EP1308693A1 (de) * 2001-10-29 2003-05-07 Sick AG Optoelektronische Entfernungsmesseinrichtung
EP2942644A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-11 Sick Ag Entfernungsmessender Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
DE102018126631A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Entfernung eines Objekts mithilfe einer optischen Detektionsvorrichtung und optische Detektionsvorrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719749A1 (de) * 1997-05-14 1998-01-08 Josef Koelbl Pikosekunden Laserpuls Diskriminator mit Hilfe eines elektronischen Integrators
DE10249544B4 (de) * 2002-10-23 2012-05-31 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT307762B (de) * 1971-04-28 1973-06-12 Eumig Verfahren und Einrichtung zur Entfernungsmessung
DE2923963B1 (de) * 1979-06-13 1980-11-20 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren zur Impulsabstandsmessung und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens
DD223539A1 (de) * 1983-11-29 1985-06-12 Zeiss Jena Veb Carl Anordnung zur empfangssignalaufbereitung fuer optoelektronische entfernungsmesser
EP0357822A1 (de) * 1988-09-08 1990-03-14 Helmut K. Pinsch GmbH & Co. Verfahren zur Messung der Zeitdifferenz zwischen Impulsen und Einrichtung hierzu
EP0762322A2 (de) * 1995-08-23 1997-03-12 Pitney Bowes Inc. Chipkarte mit Ferninspektion

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT307762B (de) * 1971-04-28 1973-06-12 Eumig Verfahren und Einrichtung zur Entfernungsmessung
DE2923963B1 (de) * 1979-06-13 1980-11-20 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren zur Impulsabstandsmessung und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens
DD223539A1 (de) * 1983-11-29 1985-06-12 Zeiss Jena Veb Carl Anordnung zur empfangssignalaufbereitung fuer optoelektronische entfernungsmesser
EP0357822A1 (de) * 1988-09-08 1990-03-14 Helmut K. Pinsch GmbH & Co. Verfahren zur Messung der Zeitdifferenz zwischen Impulsen und Einrichtung hierzu
EP0762322A2 (de) * 1995-08-23 1997-03-12 Pitney Bowes Inc. Chipkarte mit Ferninspektion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RIEGL, Johannes: "Messung kurzer Entfernungen mit Hilfe optischer Impulsradargeräte", NTZ 1973 (Bs.26), H.9, S.435-440 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4237347C1 (de) * 1992-11-05 1994-06-23 Jenoptik Jena Gmbh Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auwertung von Signalen bei der Messung von Entfernungen und Entfernungsänderungen
DE4406865A1 (de) * 1993-03-02 1994-09-08 Mitsubishi Electric Corp Abstandsmeßvorrichtung
EP0793115A2 (de) * 1996-02-27 1997-09-03 Sick Ag Laser-Radar-Abtaster mit Millimeter-Auflösung
EP0793115A3 (de) * 1996-02-27 1998-06-10 Sick Ag Laser-Radar-Abtaster mit Millimeter-Auflösung
US5949530A (en) * 1996-02-27 1999-09-07 Sick Ag Laser range finding apparatus
DE19805200A1 (de) * 1998-02-10 1999-08-19 Micro Optronic Messtechnik Gmb Verfahren zum Vermessen transparenter Objekte
DE19805200B4 (de) * 1998-02-10 2006-02-09 Micro-Optronic-Messtechnik Gmbh Auswerteverfahren für eine Dickenmessung an Objekten
EP1308693A1 (de) * 2001-10-29 2003-05-07 Sick AG Optoelektronische Entfernungsmesseinrichtung
US6710324B2 (en) 2001-10-29 2004-03-23 Sick Ag Optoelectronic distance measuring device
EP2942644A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-11 Sick Ag Entfernungsmessender Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
DE102018126631A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Entfernung eines Objekts mithilfe einer optischen Detektionsvorrichtung und optische Detektionsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE4108376C2 (de) 1995-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1423731B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufnahme eines dreidimensionalen abstandsbildes
EP0057447B1 (de) Entfernungsmessgerät nach dem Prinzip der Laufzeitmessung eines Messlichtimpulses
EP0025086A2 (de) Verfahren und Anordnung zur Impulsabstandsmessung bei periodischen Impulspaaren
DE3219423A1 (de) Entfernungsmessverfahren und vorrichtung zu seiner durchfuehrung
EP1884797A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Abstandsbestimmung
DE102007013714A1 (de) Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung einer Entfernung oder einer Entfernungsänderung
DE3406597A1 (de) Automatische fokusdetektorschaltung
EP0257292A1 (de) Optoelektrisches Entfernungsmessgerät nach dem Prinzip der Laufzeitmessung
DE102018220688A1 (de) Analog-Digital-Wandler
DE4108376C2 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung von Signalen bei der Entfernungsmessung
EP2182379B1 (de) Entfernungsmessender Laserscanner
CH670895A5 (de)
DE2554846A1 (de) Optoelektrisches system zur winkelortung eines zieles
WO2008003481A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur optoelektronischen berührungslosen distanzmessung
DE2945825C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Strahlablenkung für Ultraschall-Abbildungssysteme mit Sektorabtastung
CH628149A5 (de) Vorrichtung zur automatischen verstaerkungsregelung fuer einen zur empfangseinheit eines impulsradargeraetes gehoerenden zf-verstaerker.
DE2953968C2 (de) Integrierende Analog-/Digital-Wandlerschaltung
DE102017122604A1 (de) Photoelektrischer Sensor
DE102006057495A1 (de) Verfahren zur Erfassung einer physikalischen Größe und Vorrichtung hierfür
DE2441880A1 (de) Einrichtung zum aufbereiten von daten fuer zeichenerkennungsanlagen
DE2610019C2 (de) Verfahren zur Bestimmung des Impulseintreffzeitpunktes beim Empfang eines impulsamplitudenmodulierten HF-Trägers und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens
EP3848727B1 (de) Sensor und verfahren zur bestimmung einer entfernung
DE2208344A1 (de) Anordnung mit mehreren Strahlungsfühlern
DE2743410C3 (de) Verfahren zur zeitlichen Stabilisierung periodischer Abtastimpulse und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens
DE4237347C1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auwertung von Signalen bei der Messung von Entfernungen und Entfernungsänderungen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: JENOPTIK GMBH, O-6900 JENA, DE

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: JENOPTIK AG, 07743 JENA, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee