DE4318623A1 - Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip - Google Patents
Entfernungsmeßgerät nach dem LaufzeitprinzipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip unter
Verwendung elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise von Lichtwellen, mit min
destens einem eine Lichtwelle aussendenden Lichtsender, mit einem die Ampli
tude der Lichtwelle mittels eines Amplitudenmodulationssignals modulierenden
Sendepulsgenerator, mit mindestens einem am Ende einer Lichtstrecke angeord
neten, ein Empfangssignal liefernden Lichtempfänger und mit mindestens einem
Phasendifferenzdetektor, wobei der Lichtsender, der Sendepulsgenerator, der
Lichtempfänger und der Phasendifferenzdetektor in an sich bekannter Weise über
elektrische Signalwege verbunden sind.
Entfernungsmeßgeräte basieren auf dem Prinzip, daß bei bekannter Laufzeit
eines Signals durch ein Medium über eine Entfernung - also eine Meßlicht
strecke - und gleichzeitig bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals
in diesem Medium sich die Entfernung als Quotient von Ausbreitungsgeschwin
digkeit und Laufzeit ergibt. Im vorliegenden Fall wird das sich ausbreitende
Signal von elektromagnetischen Wellen, vorzugsweise von Lichtwellen, gebildet.
Breiten sich im hier vorgeschlagenen Verfahren die Lichtwellen in einem homo
genen Medium, z. B. Luft oder Wasser aus, so ist die Entfernungsbestimmung bei
Kenntnis der Laufzeit ohne weiteres möglich, wenn die Ausbreitungsgeschwindig
keit von Lichtwellen in dem homogenen Medium berücksichtigt wird.
Eine wesentliche Problematik der Entfernungsmessung nach dem Laufzeitprinzip
unter Verwendung von Lichtwellen liegt in der extrem hohen Ausbreitungsge
schwindigkeit von 300 000 km/s, die eine extrem hoch aufgelöste Messung der
Laufzeit erforderlich macht. Um diese hoch aufgelöste Zeitmessung durchzu
führen, sind in der Vergangenheit verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden.
Diese Verfahren lassen sich im wesentlichen in zwei Entwicklungsrichtungen un
terscheiden. Man spricht - begrifflich nicht ganz präzise - einerseits von dem
Dauerstrichverfahren, andererseits von dem Pulsverfahren. Beim Dauerstrichver
fahren wird die Amplitude der Lichtwelle mit einer Frequenz im Hochfrequenz
bereich moduliert. Dabei wird die Modulationsfrequenz so gewählt, daß die Mo
dulationswellenlänge - also nicht die Lichtwellenlänge - in einem Bereich
liegt, der zumindest größenordnungsmäßig dem Bereich der zu messenden Ent
fernung entspricht; da dieser häufig durch die Anwendung nicht genügend ein
geschränkt werden kann, werden regelmäßig zwei oder mehrere Modulations
frequenzen nacheinander gewählt. Die Laufzeitbestimmung eines Meßlichtsignals
erfolgt nun aus dem Phasenvergleich der Modulation der ausgesandten Lichtwelle
mit der Modulation der einlaufenden Lichtwelle. Dem gegenüberzustellen ist das
Pulsverfahren, bei welchem zwar auch die Amplitude der Lichtwelle moduliert
wird, jedoch die Modulation pulsförmig mit anschließender längerer Unterbre
chung - also wesentlich niedriger Modulationsfrequenz - erfolgt. Bei diesem
Verfahren wird - bildlich gesprochen - tatsächlich die Zeit gestoppt, die zwi
schen dem Aussenden und dem Einlaufen des Meßlichtsignals verstreicht.
Sowohl das Dauerstrichverfahren (vgl. DE-A 22 29 339, DE-C 24 20 194,
DE-C 31 20 274, GB-C 1 585 054, US-C 4,522,992, US-C 4,403,857,
US-C 4,531,833) als auch das Pulsverfahren (vgl. DE-A 20 23 383, DE-A
21 12 325, DE-A 26 49 354, DE-C 31 03 567, EP-A 0 015 566,
US-C 3,428,815, US-C 3,503,680, US-C 3,900,261) weisen verfahrens
bedingte Vor- bzw. Nachteile auf, die zu verschiedenen Lösungsvorschlägen in
den zitierten Druckschriften geführt haben.
Ein grundsätzliches Problem ist jedoch beiden Verfahren gleichermaßen eigen.
Aufgrund der extrem kurzen Laufzeiten, die es zu bestimmen gilt, spielen neben
der Laufzeit der Lichtwelle ebenso die Laufzeiten der elektronischen Signale
in der zugehörigen Schaltung eine maßgebliche, die Meßgenauigkeit beeinträch
tigende Rolle. Das eigentliche Problem besteht darin, daß sich die elektri
schen Signallaufzeiten innerhalb der Schaltung infolge von Temperaturschwan
kungen und Alterungserscheinungen verändern - sie driften. Somit ist eine Ei
chung des Entfernungsmeßgerätes, welche die elektronischen Signallaufzeiten
berücksichtigt, allein im Produktionsprozeß nicht ausreichend. Die häufig vor
geschlagene Lösung für dieses Problem besteht darin, die Lichtwelle neben ihrer
Aussendung über die Meßlichtstrecke außerdem über eine Referenzlichtstrecke be
kannter Länge auszusenden. Da mit der Länge der Referenzlichtstrecke ebenfalls
die Laufzeit eines Referenzlichtsignals über die Referenzlichtstrecke bekannt
ist, kann man somit die elektronische Signallaufzeit errechnen und aus der
Laufzeit der Lichtwelle über die Meßlichtstrecke eliminieren. Da diese "Ei
chung" während des Meßvorganges mit einer Frequenz ungefähr im Kilohertzbe
reich durchgeführt wird, können so sämtliche Ungenauigkeiten durch verschie
dene Drifterscheinungen vermieden werden. In Strenge ist dies jedoch nur der
Fall, wenn sowohl das elektrische Meßsignal als auch das elektrische Referenz
signal in der elektrischen Schaltung exakt denselben elektrischen Signalweg
zurücklegen. Dies hat zur Folge, daß zur Aussendung und zum Empfang sowohl des
Meßlichtsignales als auch des Referenzlichtsignales nur ein Lichtsender - üb
licherweise eine Leuchtdiode - und nur ein Empfangselement - üblicherweise eine
Photodiode - eingesetzt werden dürfen. Daraus resultiert jedoch, daß die Licht
welle abwechselnd auf die Meßlichtstrecke und die Referenzlichtstrecke umgelei
tet werden muß. Bei Verfahren, die heutzutage ein Entfernungsmeßgerät mit nur
einem Lichtsender und einem Empfangselement realisieren, erfolgt das Umlegen
der Lichtwelle von der Meßlichtstrecke auf die Referenzlichtstrecke und umge
kehrt über optomechanische Schalter. Dieses kostenaufwendige und verschleißan
fällige Verfahren läßt sich bis heute nicht vermeiden, da optoelektronische
Bauelemente bislang nicht in ausreichender Stückzahl und zu angemessenen Prei
sen erhältlich sind. Bei weiteren, bekannten Verfahren wird das geschilderte
Problem dadurch gelöst, daß entweder ein zweiter Lichtsender oder ein zweites
Empfangselement vorgesehen wird.
Der in den bekannten Verfahren vorgeschlagene Einsatz zweier Lichtsender oder
zweier Empfangselemente ergibt - wie bereits angesprochen - ein neues Problem.
Um eine exakte Messung zu gewährleisten, ist es nämlich notwendig, daß die
elektrischen Signalwege exakt identisch aufgebaut sind. Eine solche Sym
metrie ist jedoch tatsächlich aus verschiedenen Gründen nicht erreichbar. Zum
einen sind in jeder elektronischen Schaltung Bauteiletoleranzen unvermeid
bar, die zudem noch unterschiedliche zeitliche Drifteigenschaften aufweisen.
Zum anderen kann auch nicht gewährleistet werden, daß die elektrischen Signal
wege auf exakt der gleichen Temperatur liegen, - wodurch die Symmetrie wie
derum durch die Temperaturabhängigkeit der Bauteile gestört wird. Im Ergebnis
führt die fehlende Symmetrie der elektrischen Signalwege zu einer zeitab
hängig reduzierten Meßgenauigkeit.
Ein weiteres, die Meßgenauigkeit bei bekannten Entfernungsmeßgeräten, insbe
sondere Entfernungsmeßgeräten nach dem Dauerstrichverfahren, beeinträchti
gendes Problem liegt in der Notwendigkeit der Phasendifferenzbestimmung
zwischen zwei hochfrequenten Signalen. Um eine hohe Meßgenauigkeit zu gewähr
leisten, muß diese Phasendifferenzbestimmung mit einer sehr hohen absoluten
Genauigkeit erfolgen. Problematisch ist hierbei insbesondere, daß die Phasen
differenzbestimmung bei sehr hohen Frequenzen erfolgen muß und daß gleich
zeitig zumindest ein Signal, nämlich das jeweilige Empfangssignal, einen er
heblichen Rauschanteil aufweist. Die angesprochenen Probleme führen zu einer
stark eingeschränkten Meßgenauigkeit des Phasendifferenzdetektors und somit
des Entfernungsmeßgerätes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßgenauigkeit der bekannten
Entfernungsmeßgeräte deutlich zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Auf
gabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der elek
trischen Signalwege eine elektronische Signalverzögerungseinheit vorgesehen
ist. Durch eine geeignete Anordnung der elektronischen Signalverzögerungsein
heiten mit variablen oder festen Signalverzögerungen lassen sich die beiden
angesprochenen Probleme lösen, und somit wird auch die Meßgenauigkeit gestei
gert.
Das Problem der Unsymmetrie der getrennten elektrischen Signalwege wird dadurch
gelöst, daß mindestens eine Verzögerungseinheit in mindestens einem der elek
trischen Signalwege vorgesehen ist und die Signalverzögerung dieser Signalver
zögerungseinheit bei Anlegen eines Abgleichsignals an die beiden elektrischen
Signalwege so gewählt wird, daß die Signallaufzeit in beiden elektrischen Sig
nalwegen identisch ist, also die Symmetrie der elektrischen Signalwege dauernd
gewährleistet ist. Dieser Abgleich wird in regelmäßigen Abständen wiederholt,
so daß ständig die Symmetrie der beiden elektrischen Signalwege gewährleistet
werden kann und somit die Meßgenauigkeit dauerhaft maximiert wird. Konsequent
ist die Unsymmetrie der getrennten Signalwege - die Signalverzögerungsein
heiten einmal unberücksichtigt gelassen - im Ergebnis völlig belanglos.
Das zweite Problem und damit die Aufgabe, die Meßgenauigkeit zu erhöhen, wird
dadurch gelöst, daß bei einem erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerät eine
Signalverzögerungseinheit in dem Signalweg zwischen dem Sendepulsgenerator
und dem Phasendifferenzdetektor vorgesehen ist. Die Signalverzögerung dieser
Signalverzögerungseinheit wird während des Meßvorgangs derart variiert, daß
die Phasendifferenz zwischen einem der Empfangssignale und dem Amplituden
modulationssignal, wobei letzteres die Signalverzögerung erfährt, verschwin
det. In diesem Fall entspricht die Signalverzögerung des Signalverzögerungs
elements der Phasendifferenz. Eine derart gestaltete Messung der Phasendif
ferenz ist deutlich genauer als eine nach den bekannten Verfahren. Dies resul
tiert daraus, daß man bei der Bestimmung einer Phasendifferenz mit dem Wert
Null eine wesentlich höhere absolute Genauigkeit erzielen kann und daß gleich
zeitig die Signalverzögerung sehr präzise aus der Einstellung der Signalver
zögerungseinheit bestimmbar ist. Insgesamt erhöht sich somit die Meßgenauigkeit
bei dem erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerät deutlich.
Es soll an dieser Stelle noch deutlich darauf hingewiesen werden, daß die auf
geführten Beispiele für eine Anordnung von Signalverzögerungseinheiten inner
halb der Signalwege eines Entfernungsmeßgerätes nicht als abschließend gelten
soll. Es existieren viele weitere Möglichkeiten für den Einsatz von Signal
verzögerungseinheiten in den Signalwegen von Entfernungsmeßgeräten, die die
Meßgenauigkeit dieser Entfernungsmeßgeräte weiter steigert. Diese werden im
folgenden nicht sämtlich aufgezählt, sondern anhand einer einzigen Figur exem
plarisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer bei
spielhaften Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Entfernungsmeßgerät.
Das in der einzigen Figur dargestellte Entfernungsmeßgerät 1 ermöglicht eine
Entfernungsmessung nach dem Laufzeitprinzip, wobei elektromagnetische Wellen,
vorzugsweise und hier dargestellt Lichtwellen, Verwendung finden. Das erfin
dungsgemäße Entfernungsmeßgerät 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf einen eine Lichtwelle aussendenden Lichtsender 2, einen die Amplitude
der Lichtwelle mittels eines Amplitudenmodulationssignals modulierenden Sen
depulsgenerator 3, zwei am Ende einer Lichtstrecke angeordnete, zwei Empfangs
signale liefernde Lichtempfänger 4, 5 und einen Phasendifferenzdetektor 6. Bei
der beispielhaft dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ent
fernungsmeßgeräts 1 sind der Lichtsender 2, der Sendepulsgenerator 3, die Licht
empfänger 4, 5 und der Phasendifferenzdetektor 6 in an sich aus dem Stand der
Technik bekannter Weise über mehrere elektrische Signalwege verbunden.
Der Vollständigheit halber sind in dem Blockschaltbild der dargestellten Aus
führungsform noch weitere Baueinheiten dargestellt, wie sie größtenteils dem
Stand der Technik entnommen werden können, so z. B. ein Verstärker 7 für das
Amplitudenmodulationssignal, zwei Signalverstärker 8, 9 für beide Empfangssig
nale, ein Schmalbandverstärker 10 zur Eliminierung der den Empfangssignalen
überlagerten Rauschanteile und weiter ein Begrenzerverstärker 11 zur Umwand
lung des anliegenden sinusförmigen Empfangssignals in ein annähernd rechteck
förmiges Signal.
Erfindungsgemäß ist das Entfernungsmeßgerät 1 dadurch entscheidend verbessert
bzw. seine Meßgenauigkeit erhöht, daß in mindestens einem der elektrischen
Signalwege mindestens eine elektronische Signalverzögerungseinheit vorgesehen
ist. Es soll an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen werden, daß die
im weiteren geschilderte konkrete Ausführungsform lediglich beispielhaft zu
verstehen ist. Denkbar sind über die dargestellte Kombination von einem Licht
sender und zwei Lichtempfängern hinaus verschiedene Kombinationen. Zu nennen
sind hier die Kombinationen aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger,
zwei Lichtsendern und einem Lichtempfänger und zwei Lichtsendern und zwei Licht
empfängern. Die erfindungsgemäße Anordnung der Signalverzögerungseinheit inner
halb der Signalwege des jeweiligen Entfernungsmeßgeräts ist analog zu der wei
teren Beschreibung des konkreten Ausführungsbeispiels vorzunehmen.
Wie bereits angesprochen, ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel ein erfin
dungsgemäßes Entfernungsmeßgerät 1 mit einem Lichtsender 2 und zwei Lichtemp
fängern 4, 5 dargestellt. Der Lichtsender 2 sendet aus einerseits ein Licht
signal über eine Meßlichtstrecke, die durch den Abstand eines Meßobjektes 12
von dem Lichtsender 2 und dem Lichtempfänger 5 bestimmt ist, zu dem Licht
empfänger 5 und andererseits ein weiteres Lichtsignal über eine Referenzlicht
strecke 13, z. B. gebildet von einer aufgewickelten Glasfaser, zu dem Licht
empfänger 4. Erfindungsgemäß ist in beiden der getrennten elektrischen Signal
wege zwischen den Lichtempfängern 4, 5 und dem Phasendifferenzdetektor 6 je
weils eine elektrische Abgleichsignalverzögerungseinheit 14, 15 vorgesehen. Mit
den erfindungsgemäß angeordneten Abgleichsignalverzögerungseinheiten 14, 15 in
nerhalb der getrennten elektrischen Signalwege zwischen den Lichtempfängern 4,
5 und dem Phasendetektor 6 ist bei einer entsprechenden Einstellung gewährlei
stet, daß die getrennten elektrischen Signalwege sich bezüglich ihrer Signal
laufzeit völlig symmetrisch verhalten.
Um einen geeigneten Abgleich der Abgleichsignalverzögerungseinheiten 14, 15
zu gewährleisten, wird ein Abgleichsignal mit im wesentlichen der Amplituden
modulationsfrequenz parallel an die getrennten elektrischen Signalwege hinter
den Lichtempfängern 4, 5 angelegt. Dieses Abgleichsignal dient sozusagen als
Referenz, da es gleichzeitig und parallel an die getrennten elektrischen Sig
nalwege angelegt wird und somit ein nicht phasenverschobenes Eingangssignal
für beide Signalwege darstellt. Diese Maßnahme ist notwendig, um eine tatsäch
liche Symmetrisierung der Signallaufzeiten zu erreichen. Da außerdem Signale
unterschiedlicher Frequenz auch unterschiedliche Signallaufzeiten benötigen,
die außerdem auch noch unterschiedliche Temperatur- und Drift-Abhängigkeiten
aufweisen, ist es notwendig, daß das Abgleichsignal im wesentlichen die Ampli
tudenmodulationsfrequenz besitzt, um diese Fehlerquelle zu eliminieren. Beson
ders einfach und im konkreten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist der Einsatz
des Amplitudenmodulationssignals als Abgleichsignal.
Das konkrete Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerätes 1
ist weiter dadurch verbessert, daß das Abgleichsignal unmittelbar hinter den
Empfangselementen 16, 17 der Lichtempfänger 4, 5 an die getrennten elektrischen
Signalwege anlegbar ist.
Da nur die von dem Abgleichsignal durchlaufenden Abschnitte der getrennten
Signalwege hinsichtlich ihrer Signallaufzeit symmetrisiert werden, ist es
von Vorteil, das Abgleichsignal so früh als möglich an die getrennten Signal
wege anzulegen. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn das Abgleich
signal unmittelbar hinter den Empfangselementen 16, 17 der Lichtempfänger 4, 5
angelegt wird.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät 1 ist weiter dadurch verbessert, daß
ein Umschaltgenerator 18 vorgesehen ist, der in an sich bekannter Weise in
verschiedenen Modi jeweils ein Empfangssignal und das Amplitudenmodulations
signal an den Phasendifferenzdetektor 6 anlegt, und daß außerdem der Umschalt
generator 18 alternativ beide Abgleichsignale nach Durchlaufen der getrennten
elektrischen Signalwege in einem Abgleichmodus an den Phasendifferenzdetektor 6
anlegt und gleichzeitig das Abgleichsignal an die vorgesehenen Punkte anlegt.
Der Umschaltgenerator 18 dient im konkreten Ausführungsbeispiel und im allge
meinen als Steuerungszentrale für den jeweiligen Betriebsmodus der Messungen.
Im vorliegenden Fall ist zu unterscheiden zwischen
- a) einem Meßmodus, in welchem die Phasendifferenz bei Ausbreitung der Lichtwelle über die Meßlichtstrecke bestimmt wird,
- b) einem Referenzmodus, in welchem die Phasendifferenz bei Ausbreitung der Lichtwelle über die Referenzlichtstrecke bestimmt wird, und
- c) dem Abgleichmodus, in welchem die Phasendifferenz bei Anlage des Ab gleichsignals an die getrennten elektrischen Signalwege bestimmt wird.
In den Modi a) und b) wird jeweils die Phasendifferenz zwischen den Empfangs
signalen und dem Amplitudenmodulationssignal bestimmt.
Das dargestellte Entfernungsmeßgerät 1 ist weiter dadurch verbessert, daß der
Umschaltgenerator 18 die möglichen Modi abwechselnd in beliebiger zeitlicher
Kombination realisiert. Da ein Abgleich der beiden getrennten Signalwege im
allgemeinen mit einer viel geringeren Frequenz im Vergleich zu der Wechselfre
quenz zwischen dem Meßmodus und dem Referenzmodus durchzuführen sein wird, da
eine spürbare Drift eine gewisse Zeit benötigt, ist es vorteilhaft, daß der
Umschaltgenerator 18 die Modi in beliebiger zeitlicher Kombination, also mit
unterschiedlichen Frequenzen realisieren kann.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät 1 wird weiter besonders vorteilhaft
dadurch ausgestaltet, daß der Phasendetektor 6 die Phasendifferenz des über
beide getrennte Signalwege der Lichtempfänger 4, 5 laufenden Abgleichsignals
in dem Abgleichmodus bestimmt. Alternativ kann jedoch auch ein zweiter separa
ter Phasendifferenzdetektor zur Bestimmung der Phasendifferenz des über die
beiden getrennten Signalwege laufenden Abgleichsignals vorgesehen sein.
Weiter ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Ent
fernungsmeßgerät 1 ein Abgleichregler 19 vorgesehen, der die Signalverzögerung
der ersten Abgleichsignalverzögerungseinheit 14 einstellt. Als Regelgröße des
Abgleichreglers 19 dient die vom Phasendifferenzdetektor 6 bestimmte Phasen
differenz zwischen dem über beide getrennte Signalwege laufenden Abgleichsignal.
Der Abgleichregler 19 verstellt die Signalverzögerung der ersten Abgleichsig
nalverzögerungseinheit 14 so lange, bis die Phasendifferenz des über die beiden
getrennten Signalwege laufenden Abgleichsignals den Sollwert, nämlich Phasen
differenz = 0, erreicht. Durch diese Abgleichprozedur mit Hilfe des Abgleich
reglers 19 wird die Symmetrisierung der getrennten Signalwege hinsichtlich
ihrer Signallaufzeiten schnell und elegant gewährleistet. Der Typ des Reglers
ist je nach Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auszuwählen, z. B. können
Proportional-, Proportional-Integral- oder Proportional-Integral-Differenzial-
Regler eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät 1 ist weiter dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Abgleichsignalverzögerungseinheit 14 die im Abgleichmodus nach
dem Erreichen des Sollwerts für die Phasendifferenz eingestellte Signalver
zögerung in den anderen Modi beibehält. Diese Maßnahme ist notwendig, um zu
gewährleisten, daß die im Abgleichmodus erreichte Symmetrisierung der getrenn
ten Signalwege sowohl im Meßmodus als auch im Referenzmodus erhalten wird.
Erfindungsgemäß ist das Entfernungsmeßgerät 1 weiter dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Abgleichsignalverzögerungseinheit 15 im jeweils anderen der
getrennten Signalwege der Lichtempfänger 4, 5 vorgesehen ist. Diese zweite Ab
gleichsignalverzögerungseinheit 15 erzeugt im Gegensatz zu der ersten Abgleich
signalverzögerungseinheit 14 keine variable, sondern eine konstante Signalver
zögerung. Durch die zweite Abgleichsignalverzögerungseinheit 15 wird gewähr
leistet, daß auch bei einer an und für sich geringeren Signallaufzeit durch den
getrennten Signalweg der zweiten Abgleichsignalverzögerungseinheit 15 eine Sym
metrisierung durch die Einstellung einer geringeren Signalverzögerung der er
sten Abgleichsignalverzögerungseinheit 14, im Vergleich zu der festen Signal
verzögerung der zweiten Abgleichsignalverzögerungseinheit 15, erreicht werden
kann. Denn es ist natürlich nicht möglich, eine negative Signalverzögerung zu
erzeugen. Die konstante Signalverzögerung der zweiten Abgleichsignalverzöge
rungseinheit 15 muß hierbei in geeignetem Maß über der minimal einstellbaren
Signalverzögerung der ersten Abgleichsignalverzögerungseinheit 14 liegen.
Es versteht sich von selbst und soll hier nur der Form halber erwähnt wer
den, daß die Abgleichsignalverzögerungseinheiten 14, 15 auf den getrennten
Signalwegen hinter dem Anlegpunkt des Abgleichsignals angeordnet sein müssen.
Bei einer Anordnung mit beispielsweise zwei Lichtsendern ist erfindungsgemäß
so vorzugehen, daß in mindestens einem der getrennten elektrischen Signalwege
zwischen dem Sendepulsgenerator und den Lichtsendern mindestens eine elektri
sche Signalverzögerungseinheit für die Amplitudenmodulationssignale vorge
sehen ist. In diesem Fall ist der Umschaltgenerator so auszugestalten, daß er
alternativ beide Amplitudenmodulationssignale nach Durchlaufen der getrennten
Signalwege in einem zweiten Abgleichmodus an den Phasendifferenzdetektor anlegt.
Das im Anschluß hieran von dem Phasendifferenzdetektor gewonnene Phasendifferenz
signal dient dann analog zu den vorherigen Betrachtungen zur Regelung der Sig
nalverzögerung einer der Abgleichsignalverzögerungseinheiten vor den Lichtsen
dern. Somit wird auch bei einem Entfernungsmeßgerät mit zwei Lichtsendern die
Symmetrisierung hinsichtlich der Laufzeit bereits vor dem Aussenden der Licht
wellen gewährleistet. Bei einem Entfernungsmeßgerät mit zwei Lichtsendern und
zwei Lichtempfängern lassen sich selbstverständlich die Symmetrisierung der
Lichtsender als auch der Lichtempfänger sukzessive verwirklichen.
Wie bereits angesprochen, besteht eine zweite Anwendungsmöglichkeit des er
findungsgemäßen Einsatzes von Signalverzögerungseinheiten innerhalb eines
Entfernungsmeßgeräts 1 nach dem Laufzeitprinzip darin, in dem elektrischen
Signalweg zwischen dem Sendepulsgenerator 3 und dem Phasendifferenzdetek
tor 6 eine elektronische Meßsignalverzögerungseinheit 20 vorzusehen. Erfin
dungsgemäß ist das Entfernungsmeßgerät 1 dann dadurch gekennzeichnet, daß
ein Meßregler 21 die Signalverzögerung der Meßsignalverzögerungseinheit 20
einstellt. Hierbei dient als Regelgröße des Meßreglers 21 im Meßmodus und im
Referenzmodus die Phasendifferenz zwischen jeweils einem Empfangssignal und
dem Amplitudenmodulationssignal am Phasendifferenzdetektor 6. Der Meßregler 21
stellt hierbei die Signalverzögerung der Meßsignalverzögerungseinheit 20 der
art ein, daß der Sollwert Null für die Phasendifferenz erreicht wird. Dadurch,
daß der Phasendifferenzdetektor 6 somit lediglich eine Phasendifferenz mit
einem Wert nahe bei Null bestimmen muß und gleichzeitig die relative Meßge
nauigkeit des Phasendifferenzdetektors unberührt bleibt, erreicht man bei der
Einstellung der Phasendifferenz Null eine höhere absolute Meßgenauigkeit im
Vergleich zu endlichen Werten. Insgesamt gelangt man also zu einer höheren ab
soluten Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts 1.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät 1 ist nun weiter dadurch gekennzeich
net, daß eine Auswerteeinheit 22 vorgesehen ist, die die Signalverzögerung
der Meßsignalverzögerungseinheit 20 nach dem Erreichen des Sollwertes für die
Phasendifferenz im Meßmodus und im Referenzmodus speichert. Mit Hilfe dieser ge
speicherten Signalverzögerungen berechnet die Auswerteeinheit 22 anschließend
aus den Differenzen der Signalverzögerungen der Meßsignalverzögerungseinheit 20
im Meßmodus und im Referenzmodus die Laufzeit des Lichtsignals und somit die
zugehörige Entfernung.
Besonderer Gegenstand der Erfindung ist es außerdem, daß als zeitbestimmendes
Bauteil der Signalverzögerungseinheiten eine Kapazitätsdiode eingesetzt wird.
Kapazitätsdioden werden bislang vorwiegend zu Abstimmzwecken in Mittelwellen-
und UKW-Kreisen, vor allem in Fernsehempfängern zur Abstimmung von VHF- und
UHF-Kreisen eingesetzt. Die wesentliche Eigenschaft von Kapazitätsdioden ist
die, daß ihre Sperrschichtkapazität mit zunehmender Sperrspannung besonders
ausgeprägt abnimmt. Somit erscheinen sie auch bei der erfindungsgemäßen Wei
terentwicklung von Entfernungsmeßgeräten durch den Einsatz in Signalverzöge
rungseinheiten als geeignete Bauteile, da ihre Kapazität in einfacher Weise
spannungsgesteuert variiert werden kann. Insbesondere kann eine Kapazitäts
diode als zeitbestimmendes Element eines als Signalverzögerungseinheit einge
setzten Allpaßfilters dienen.
Claims (21)
1. Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip unter Verwendung elektromag
netischer Wellen, vorzugsweise von Lichtwellen, mit mindestens einem eine
Lichtwelle aussendenden Lichtsender (2), mit einem die Amplitude der Licht
welle mittels eines Amplitudenmodulationssignals modulierenden Sendepulsge
nerator (3), mit mindestens einem am Ende einer Lichtstrecke angeordneten,
ein Empfangssignal liefernden Lichtempfänger (4, 5) und mit mindestens einem
Phasendifferenzdetektor (6), wobei der Lichtsender (2), der Sendepulsgenera
tor (3), der Lichtempfänger (4, 5) und der Phasendifferenzdetektor (6) in an
sich bekannter Weise über elektrische Signalwege verbunden sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß in mindestens einem der elektrischen Signalwege mindestens
eine elektronische Signalverzögerungseinheit vorgesehen ist.
2. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei Lichtempfänger (4, 5) am Ende einer Lichtstrecke angeordnet sind und in
mindestens einem der getrennten elektrischen Signalwege zwischen den Licht
empfängern (4, 5) und dem Phasendifferenzdetektor (6) mindestens eine elek
trische Abgleichsignalverzögerungseinheit (14, 15) vorgesehen ist.
3. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Abgleichsignal im wesentlichen mit der Amplitudenmodulationsfrequenz,
insbesondere das Amplitudenmodulationssignal, parallel an die getrennten elek
trischen Signalwege hinter den Lichtempfängern (4, 5) anlegbar ist.
4. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab
gleichsignal unmittelbar hinter den Empfangselementen (16, 17) der Lichtemp
fänger (4, 5) an die getrennten elektrischen Signalwege anlegbar ist.
5. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Umschaltgenerator (18) vorgesehen ist, der in an sich bekannter Weise in ver
schiedenen Modi jeweils ein Empfangssignal und das Amplitudenmodulationssignal
an den Phasendifferenzdetektor (6) anlegt, und daß der Umschaltgenerator (18)
alternativ beide Abgleichsignale nach Durchlaufen der getrennten elektrischen
Signalwege in einem Abgleichmodus an den Phasendifferenzdetektor (6) anlegt
und gleichzeitig das Abgleichsignal an die vorgesehenen Punkte der Lichtemp
fänger (4, 5) anlegt.
6. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Um
schaltgenerator (18) die möglichen Modi abwechselnd in beliebiger zeitlicher
Kombination realisiert.
7. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Phasendifferenzdetektor (6) die Phasendifferenz des über die beiden ge
trennten elektrischen Signalwege der Lichtempfänger (4, 5) laufenden Abgleich
signals in dem Abgleichmodus bestimmt.
8. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß ein Abgleichregler (19) die Signalverzögerung einer ersten Abgleich
signalverzögerungseinheit (14) einstellt.
9. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Re
gelgröße des Abgleichreglers (19) die Phasendifferenz des über die beiden
getrennten elektrischen Signalwege der Lichtempfänger (4, 5) laufenden Ab
gleichsignals am Phasendifferenzdetektor dient.
10. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll
wert des Abgleichreglers (19) für die Phasendifferenz Null beträgt.
11. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Abgleichsignalverzögerungseinheit (14) die im Abgleichmodus nach dem
Erreichen des Sollwerts für die Phasendifferenz eingestellte Signalverzöge
rung in den anderen Modi beibehält.
12. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine zweite Abgleichsignalverzögerungseinheit (15) im jeweils
anderen der getrennten Signalwege in bezug auf die erste Abgleichsignalver
zögerungseinheit (14) der Lichtempfänger (4, 5) vorgesehen ist.
13. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Abgleichsignalverzögerungseinheit (15) eine konstante Signalverzöge
rung erzeugt.
14. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem elektrischen Signalweg zwischen dem Sendepulsgenerator
(3) und dem Phasendifferenzdetektor (6) eine elektronische Meßsignalverzö
gerungseinheit (20) vorgesehen ist.
15. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Meßregler (21) die Signalverzögerung der Meßsignalverzögerungseinheit (20)
einstellt.
16. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als
Regelgröße des Meßreglers (21) in verschiedenen Modi die Phasendifferenz
zwischen jeweils einem Empfangssignal und dem Amplitudenmodulationssignal am
Phasendifferenzdetektor (6) dient.
17. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sollwert des Meßreglers (21) für die Phasendifferenz Null beträgt.
18. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Auswerteeinheit (22) die Signalverzögerung der Meßsignalverzögerungseinheit
(20) nach dem Erreichen des Sollwerts für die Phasendifferenz in den ver
schiedenen Modi speichert.
19. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerteeinheit (22) aus den Differenzen der Signalverzögerungen der Meß
signalverzögerungseinheit (20) in den verschiedenen Modi die Laufzeit be
stimmt.
20. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß das zeitbestimmende Bauteil der Signalverzögerungseinheit
eine Kapazitätsdiode ist.
21. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kapazitätsdiode das zeitbestimmende Element eines als Signalverzögerungs
einheit eingesetzten Allpaßfilters ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934318623 DE4318623A1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934318623 DE4318623A1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4318623A1 true DE4318623A1 (de) | 1994-12-08 |
Family
ID=6489659
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934318623 Ceased DE4318623A1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4318623A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1993-06-04 DE DE19934318623 patent/DE4318623A1/de not_active Ceased
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