DE972804C - Entfernungsmessgeraet - Google Patents

Description

Es ist schon vorgeschlagen worden, bei einem Entfernungsmeßgerät, bei dem eine modulierte Welle ausgesandt wird, die nach Zurücklegen der zu messenden Entfernung empfangen wird, einen Phasenvergleicher vorzusehen, der auf einen vorbestimmten Phasenunterschied zwischen der ausgesandten und der empfangenen Welle anspricht, sowie auch eine Modulationssignalquelle, dessen Ausgangssignal zur Modulation der ausgesandten Welle verwendet wird. Durch Variieren der Frequenz der Signalquelle, bis ein vorbestimmtes Phasenverhältnis erhalten worden ist, und durch Bestimmung der entsprechenden Frequenz kann die festzustellende Entfernung bestimmt werden, abgesehen von einer Unbestimmtheit betreffend die Anzahl von vollen Perioden bei der Modulationsfrequenz (d. h. Vielfache von 2 π), um die die Welle beim Zurücklegen der Entfernung verzögert worden ist.

Dieses Verfahren hat den schwerwiegenden Nachteil, daß die Schwingungsfrequenz der Modulationssignalquelle eingestellt werden muß. Eine derartige Einstellung ist mit der möglichst großen Genauigkeit nicht vereinbar, da jegliche Änderung in den Arbeitsverhältnissen des Schwingungserzeugers die Genauigkeit desselben herabsetzen

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wird, insbesondere wenn ein Kristalloszillator zur Verwendung kommt.

Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmeßgerät mit einem Sender zumAussenden einer modulierten Welle und einem Empfänger zum Empfang der Welle nach Zurücklegen der zu messenden Entfernung, das ein Phasenvergleichsgerät enthält, mittels dessen der Vergleich der Modulationsphasenlage der ausgesandten und der empfangenen ίο Wellen vorgenommen wird zur Bestimmung desjenigen Betrages der Entfernung, der ein ganzes Vielfaches einer Wellenlänge übersteigt.

Das Gerät nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umschalters die von der Welle zu durchlaufende Meßstrecke zwischen Sender und Empfänger durch eine Hilfsstrecke ersetzbar ist und daß zur Einstellung einer gewünschten Phasenlage der empfangenen Welle eine Verzögerungseinrichtung zwischen Moduao lationssignalquelle und Empfänger angeordnet ist. Die Verwendung einer optischen Hilfsstrecke zur Erzeugung einer vorbestimmten Verzögerung, d. h. Phasenverschiebung, eines Lichtstrahls zur Messung einer Entfernung ist an und für sich bekannt. Die Erfindung zeichnet sich gegenüber dem Bekannten dadurch aus, daß die Hilfsstrecke mittels Schaltmitteln statt der zu messenden Entfernung eingeschaltet werden kann.

Die Anordnung einer Hilfsstrecke, die die Meßstrecke ersetzen kann, ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Phasenvergleich bei einer erwünschten Phasenlage durchzuführen, ohne daß die Genauigkeit der Entfernungsmessung dadurch beeinträchtigt wird. Die zur Einstellung der gewünschten Phasenlage dienende Verzögerungseinrichtung braucht nicht kalibriert zu sein, sondern nur einen gleichbleibenden festen Wert behalten, nachdem sie einmal eingestellt worden ist. Die Kalibrierung einer Verzögerungseinrichtung elektrischer Art ist sonst mit Schwierigkeiten verbunden, da die elektrischen Bestandteile, wie Spulen, Kondensatoren usw., ziemlich temperaturempfindlich sind. Die eigentliche Messung erfolgt daher nicht durch die Verzögerungseinrichtung, sondern durch die Hilfsstrecke.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. ι stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar,

Fig. 2 eine Abänderung eines Teiles der Vorrichtung gemäß Fig. ι und

Fig. 3 eine Kurve zur Erklärung der Wirkungsweise der Erfindung.

Wie die Fig. ι erkennen läßt, wird, eine Welle in der Form eines Strahles ι ausgesandt. Der Einfachheit halber kann angenommen werden, daß der Strahl aus Lichtstrahlen besteht, obgleich jede andere Art von Wellensignal verwendet werden kann, z. B. Radiowellen oder Ultraschallwellen. Die Welle oder das Licht wird von einem aus einer Wellensignalquelle 2 und einem Modulator 3 zusammengesetzten Sender ausgesandt. Der Modulator 3 wird von einem Modulationssignal gesteuert, das ihm von der Modulationssignalquelle 4 über den Leiter 5 zugeführt wird.

Es wird angenommen, daß der Strahl 1 an einem entfernten (nicht gezeigten) Gegenstand reflektiert und nach Zurücklegen des die Entfernung vom Sender zum Gegenstand und zurück umfassenden Fortpflanzungsweges als ein reflektierter Strahl 6 von einem Empfänger 7 empfangen wird. Ein Phasenvergleicher 8 ist zum Vergleich der Phase der empfangenen Welle mit derjenigen der ausgesandten Welle vorgesehen. Zu diesem Zweck wird das Modulationssignal dem Phasenvergleicher über den Leiter 9 zugeführt.

Die Verzögerung der Welle beim Zurücklegen der gesuchten Entfernung wird mittels einer Hilfssirecke 10 bestimmt, die statt der gesuchten Entfernung mittels eines aus zwei Prismen 11 und 12 zusammengesetzten Umschalters eingeschaltet werden kann. Die Prismen 11 und 12 lassen in der in der Fig. 1 mit vollausgezogenen Linien gezeigten Lage die Strahlen 1 und 6 die gesuchte Entfernung zurücklegen. Bei der Betätigung des Umschalters werden die Prismen 11 und 12 zu der gestrichelt gezeigten Lage bewegt, so daß sich der Lichtstrahl längs der Strecken 13 und 14 fortpflanzt, welche eine Hilfsstrecke von einstellbarer Länge darstellen.

Die in der Figur gezeigte Hilfsstrecke umfaßt eine Anzahl von nacheinander geschalteten Strecken, deren erste mit 15, 15' und deren zweite mit 16, 16' bezeichnet ist. Ein einstellbares Auffangorgan in der Foirm eines Reflektors 17 ist in einer zu den Strecken senkrechten Richtung beweglich und kann den Strahl nach Zurücklegen einer bestimmten Anzahl von Strecken auffangen. Eine Skala 18 mit einem Zeiger 19 kann zur Anzeige dieser Anzahl vorgesehen sein. Die verschiedenen Strecken sind mittels totalreflektierender Prismen 32 miteinander verbunden. Den genannten Strecken ist ferner eine kontinuierlich einstellbare Strecke 20, 20' nachgeschaltet. Die Länge dieser Strecke kann mittels eines einstellbaren Prismas 21 eingestellt werden, dessen Lage auf einer Skala 23 von einem Zeiger 22 angezeigt wird.

Die Wirkungsweise des Geräts nach der Erfindung wird an Hand der Fig. 3 erläutert. Eine Eigenschaft, wie z. B. die Amplitude oder Stärke des ausgesandten Signals, wird in Übereinstimmung mit dem Modulationssignal periodisch variiert. Es wird angenommen, daß diese Variation gemäß der Kurve A der Fig. 3 stattfindet. Der Phasenvergleicher spricht auf den Unterschied in der Modulationsphase zwischen der ausgesandten und der empfangenen Welle an. Wenn in einem bestimmten, ins Auge gefaßten Augenblick die empfangene Welle die Phasenlage entsprechend dem Punkt P₁. der Kurve hat, wird die Phasenlage der ausgesandten Welle einem .Punkt P₁ entiprechen, der später erreicht wird, und es ist offensichtlich, daß der Unterschied zwischen den beiden Phasenlagen der Laufzeit des Signals beim Zurücklegen der Entfernung zwischen Sender und mpfanger entsprechen wird. Diese Laufzeit ist in

der Fig. 3 mit t bezeichnet, wobei die Abszisse in der Figur die Zeit darstellt. Dieselben Phasenverhältnisse würden erhalten, wenn die Phasenlage der ausgesandten Welle dem Punkt P/ entspräche. Dies ist die eingangs erwähnte Unbestimmtheit, die mit der Meßmethode verbunden ist.

Wenn die Anzeige des Phasenvergleichers für den Fall, daß die Welle über die zu bestimmende Entfernung fortgepflanzt wird, bestimmt worden ist, wird die Hilfsstrecke dadurch eingeschaltet, daß die Schaltprismen 11 und 12 zu der gestrichelt gezeigten Lage bewegt werden. Die Länge der Hilfsstrecke wird danach stufenweise mittels des Reflektors 17 eingestellt sowie kontinuierlich mittels des Prismas 21, bis die Anzeige des Phasenvergleichers 8 denselben Wert hat wie vorher. Dies bedeutet, daß die Verzögerung entlang der Hilfsstrecke mit derjenigen entlang der gesuchten Entfernung übereinstimmt. Die Skalen 18 und 23 können in Entfernungen geeicht werden.

Durch die Verwendung der Hilfsstrecke vermeidet man die Messung von Phasenunterschieden, wodurch das Erreichen einer größeren Genauigkeit erleichtert wird.

Eine Abänderung des innerhalb des Rechtecks 24 der Fig. 1 befindlichen Teils des Geräts ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Buchstaben α und b geben an, welche Punkte miteinander zu verbinden sind, um diese Abänderung des Geräts vorzunehmen.

In der abgeänderten Form des Entfernungsmeßgeräts wird das Modulationssignal von der Modulatronsquelle 4 einer Regelvorrichtung 25 zur Regulierung der Empfindlichkeit durch eine mit 26 bezeichnete Verzögerungseinrichtung mit einstellbarer Verzögerung zugeführt. Durch die Regelvorrichtung wird die Empfindlichkeit des Empfängers 7 in Übereinstimmung mit dem der Einrichtung zugeführten Signal reguliert. Die Verzögerungseinrichtung 26 kann ein nach üblicher Art aus Serieninduktanzen 27 und Parallelkapazitäten 28 zusammengesetztes Netzwerk mit einer einstellbaren Anzapfung 29 umfassen. Die Feineinstellung geschieht mittels einer zur Phasenregulierung dienenden Impedanz 30 in der Form eines Kondensators, der parallel zum Eingangskreis der Regelvorrichtung 25 geschaltet ist. Der Phasenvergleicher umfaßt ein das Ansprechen angebendes Meßinstrument 31, das mit dem Empfänger 7 verbunden ist.

Die Arbeitsweise der abgeänderten Form der Erfindung stimmt größtenteils mit der des Geräts gemäß Fig. ι überein. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird in Übereinstimmung mit dem Modulationssignal variiert, und die Stärke des einkommenden Signals variiert in gleicher Weise. Es wird angenommen, daß das Ansp-rechen des Empfängers von dem Unterschied in der Modulationsphase abhängig ist. Die Vorrichtung kann

z. B. so arbeiten, daß das Ansprechen des Empfängers den Wert Null hat, wenn Phasengleichheit zwischen der Modulation des einkommenden Signals und der von der Verzögerungseinrichtung erhaltenen empfindlichkeitssteuernden Spannung besteht. Dies kann in irgendeiner "bekannten Weise erreicht werden.

Unter den genannten Voraussetzungen wi.rd die Verzögerungseinrichtung 26 zuerst eingestellt mit demUmsöhalter in der mit vollausgezogehen Linien in Fig. ι gezeigten Lage, bis das Meßinstrument Null anzeigt. Der Umschalter wird dann zu seiner mit gestrichelten Linien gezeigten Lage betätigt, und die Hilfsstrecke wird so eingestellt, daß das Instrument wieder Null anzeigt. Die dem zurückgelegten Weg entsprechende Verzögerung oder Entfernung kann dann auf den Skalen 18 und 23 abgelesen werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Entfernungsmeßgerät mit einem Saider zum Aussenden einer modulierten Welle und einem Empfänger zum Empfang der Welle nach Zurücklegen der zu messenden Entfernung, das ein Phasenvergleichsgerät enthält, mittels dessen der Vergleich der Modulationsphasenlage der ausgesandten und der empfangenen Wellen vorgenommen, wird zur Bestimmung desjenigen Betrages der Entfernung, der ein ganzes Vielfaches einer Wellenlänge übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umschalters (11, 12) die von der Welle zu durchlaufende Meßstrecke zwischen Sender (2, 3) und Empfänger (7) durch aine Hilfsstrecke (10) ersetzbar ist und daß zur Einstellung einer gewünschten Phasenlage der empfangenen Welle eine Verzögerungseinrichtung (26) zwischen Modulationsignalquelle (4) und Empfänger (7) angeordnet ist.

2. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Hilfsstrecke (10) einstellbar ist.

3. Entfernungsmeßgerät nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrecke (10) eine Anzahl von einander parallelen Strecken (15, 15', 16, 16') aufweist, die mittels eines in den Weg der Welle stufenweise einstellbaren Auf fangorgans (17) hintereinanderschaltbar sind.

4. Entfernungsmeßgerät πadh Anspruch,3, gekennzeichnet durch eine stufenlos kontinuierlich einstellbare Strecke (20, 20'), die den parallelen Strecken vor- oder nachgeschaltet ist.

5. Entfernungismeßgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Strecken mittels totalreflektierender Prismen (32) miteinander in Verbindung stehen.

6. Entfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß l'ao das Auffangorgan (17) aus· einem senkrecht zu den Strecken einstellbaren Reflektor besteht.

7. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verzögerungseinrichtung (26) und dem Empfänger (7) eine Regelvorrichtung (25) angeordnet ist,

mit der die Empfindlichkeit des Empfängers (7) in Abhängigkeit von der Phasenlage des von der Modulationssignalquelle (4) über die Verzögerungseinrichtung (26) ankommenden Signals geregelt wird, und daß das Phasenvergleichsgerät aus einem das Ansprechen des Empfängers (7) angebenden Meßinstrument (31) besteht.

8. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (26) in an sich bekannter Weise aus Serieninduktanzen (27) und Parallelkapazitäten (28) besteht und daß eine an der Einrichtung einstellbare Anzapfung .(29) mit dem Eingangskreis der Regelvorrichtung (25), zu dem eine regelbare Impedanz (30) parallel liegt, verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 469471; schweizerische Patentschrift Nr. 220877;
PhysikalischeZeitschrift37 (1936), S. 562 bis 565; Luftfahrtforschung 16 (1939). S. 332;
Journal Opt. Soc. Am. 31 (1941), S. 187 bis 197.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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