NL193874C - Analoge laserbundelontvanger. - Google Patents

Description

1 193874

Analoge laserbundelontvanger

De uitvinding heeft betrekking op een analoge laserbundelontvanger, omvattende een langwerpige detector, waarbij de detector voorzien is van een aantal vast aangebrachte detectorelementen die elk bij ontvangst 5 van een lichtbundel een signaal afgeven dat proportioneel is aan de ontvangen lichtsterkte, en van middelen voor het opwekken van een signaal, waarvan de grootte een maat is voor de plaats van inval van de bundel straling.

Een dergelijke analoge laserbundelontvanger is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3,649,122.

Bij deze, tot de stand van de techniek behorende laserbundelontvanger wordt gebruik gemaakt van een 10 laddernetwerk voor weerstanden voor het combineren van de van de diverse detectorelementen afkomstige signalen. Binnen dit laddernetwerk worden afwisselend twee stromen gemeten, waarbij een van deze stromen een representatie is van de totale, op het detectorelement vallende hoeveelheid straling, en de andere van deze twee stromen een maat is voor de plaats van het element dat door de meeste straling wordt getroffen. Door deze stroomwaarden op elkaar te delen ontstaat een signaal dat een maat is voor de 15 plaats van inval van de bundel straling.

Dergelijke, tot de stand van de techniek behorende laserontvangers hebben het nadeel dat zij ook gevoelig zijn voor van dezelfde laserzender afkomstige, op willekeurige voorwerpen gereflecteerd licht. De aldus gereflecteerde laserbundels kunnen nadelige invloed hebben op de goede werking van de detector, zodat het uitgangssignaal geen exacte indicatie is van de plaat van inval van de laserbundel.

20 Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke inrichting die een snel beschikbaar, analoog uitgangssignaal levert.

Dit doel wordt bereikt, doordat elk detectorelement met een pulsgenerator is gekoppeld die is ingericht voor het afgeven van een puls, waarvan de lengte afhankelijk is van de sterkte van de door het detectorelement ontvangen lichtbundel.

25 Hierbij zij opgemerkt dat uit de Europese octrooiaanvrage met publicatienummer 0.262.764 een analoge laserbundelontvanger bekend is, waarbij de van elk van de detectorelementen afkomstige signalen via een codeerschakeling worden toegevoerd aan een zender, welke pulsen genereert. De pulsen hebben echter niet de eigenschap dat zij proportioneel zijn met de door het betreffende detectorelement ontvangen lichtsterkte.

30 Aantrekkelijke voorkeursuitvoeringsvormen blijken uit de onderconclusies.

Vervolgens zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarin voorstellen: figuur 1: een schematisch aanzicht van een inrichting voor hoogtemeting, waarbij de onderhavige uitvinding kan worden toegepast; 35 figuur 2: een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van de onderhavige | uitvinding; figuur 3: een blokschema van een voorkeursuitvoeringsvorm van de schakeling volgens de onderhavige i uitvinding; en figuur 4: een schakelschema van een deel van de schakeling volgens de onderhavige uitvinding.

40

Zoals reeds is vermeld, omvat een laserzender 1 een laserlichtbron 2, die een laserlichtbundel 4 naar een bovenop de laserzender 1 aangebrachte roteerbaar prisma 3 zendt. De laserbundel 4 wordt door het roteerbare prisma gereflecteerd en aldus een horizontale richting uitgezonden. Door het roteren van het prisma 3 zal de gereflecteerde laserlichtbundel 4 een cirkel beschrijven. Op enige afstand van de zender 1 45 is een laserontvanger 5 aangebracht. Deze is voorzien van een detector 6, waarvan de lengte ten minste groter Is dan het verwachte variatiebereik van de hoogte van de laserbundel 4.

Zoals in figuur 2 getoond is, is de laserontvanger 5 van vier detectoren 6 voorzien, die elk aan een zijde van de ontvanger zijn aangebracht, zodat de ontvanger laserlicht uit elke horizontale richting kan ontvangen.

Tevens is deze van een uitgangskabel 7 voorzien, waarop een uitgangssignaal wordt aangeboden. De 50 detector is samengesteld uit een aantal detectorelementen 8, welk aantal afhankelijk is van de lengte van de detector. De veelal vierkante detectorelementen zijn zodanig geplaatst, dat een van de diagonalen van de vierkanten verticaal is. Het aantal detectorelementen is afhankelijk van de maximaal verzwakte variatie van de hoogte van de laserbundel.

Vervolgens zal het blokschema van figuur 3 worden besproken.

55 Elk van de detectorelementen 8 is verbonden met een versterker 9, die op zijn beurt verbonden is met een pulsgenerator 10. Aan elk van de pulsgeneratoren wordt verder een van een synchronisatieschakeling 11 afkomstig signaal toegevoerd, terwijl het uitgangssignaal van de pulsgeneratoren behalve aan de 193874 2 synchronisatieschakeling 11 tevens toegevoerd wordt aan een elektronische schakelaar 12. Eén zijde van elk van de schakelaars 12 is verbonden met knooppunten van een weerstandsladder 13, die gevormd wordt door afzonderlijke weerstanden 14, die geschakeld zijn tussen een voedingsspanningsaansluiting 15 en aarde. De andere zijde van elk van de schakelaars 12 is verbonden met een uitgangsschakeling 16.

5 Met de uitgangsschakeling 16 is een uitgangsaansluiting 17 verbonden. De lengte van de weerstandsladder 13, en dus het aantal weerstanden 14 is dus afhankelijk van het aantal toegepaste detector-elementen. Wanneer een laserontvanger van meer dan een detector is voorzien, zoals in figuur 2 is getoond, zijn de detectorelementen, die op hetzelfde niveau zijn aangebracht,parallel geschakeld.

Figuur 4 geeft een schakelschema weer van een uitvoeringsvoorbeeld van de combinatie van een 10 detectorelement 8, een versterker 9, een op hetzelfde niveau gelegenpulsgenerator 10, een schakelaar 12 en een weerstand 14. Meerdere detectorelementen 8 kunnen parallel zijn geschakeld.

Elk van de detectorelementen 8 wordt gevormd door een fotodiode 18, waarvan de kathode met de voedingsspanning verbonden is en waarvan de anode met de ingangsaansluiting van de versterker 9 is gekoppeld. De versterker 9 omvat een transistor 19, waarvan de basis door middel van een condensator 20 15 en een weerstand 21 verbonden is met de fotodiode. Verder is de transistor 19 van een uitgangsweerstand 22 voorzien, en is deze voorzien van een terugkoppelweerstand 23. De uitgangsaansluiting van de versterker 9 is gekoppeld met de pulsschakeling 10.

Deze pulsschakeling 10 wordt gevormd door een operationele versterker 24, waarvan de positieve ingangsaansluiting aan de uitgangsaansluiting van de versterker 9 is gekoppeld, en waarvan de negatieve 20 ingangsaansluiting door middel van een weerstand 25 met een triggerlijn 26 is verbonden.

Verder is de negatieve ingangsaansluiting van de operationele versterker 24 door middel van een diode 27 en een condensator 28 teruggekoppeld. De uitgangsaansluiting van de operationele versterker 24 wordt door middel van een poortschakeling-diode toegevoerd aan een verzamellijn 30, terwijl het uitgangssignaal tevens toegevoerd wordt aan een schakelaar 12.

25 De synchronisatieschakeling geeft aldus onder invloed van de pulsen afkomstig van de pulsgeneratoren een signaal af, waarvan de amplitude van de langste pulslengte normeert, en waarvan de voorflank een triggertijdstip bepaalt. Dit signaal wordt tevens aan de uitgangsschakeling toegevoerd. Het voor de synchronisatieschakeling toegepaste schakelschema wordt niet besproken, aangezien de vakman deze gemakkelijk zal kunnen implementeren.

30 Vervolgens zal de werking van de schakeling volgens de onderhavige uitvinding worden toegelicht De periodiek op de detectorelementen 8 vallende bundel laserlicht wordt door de detectorelementen 8 gedetecteerd en omgezet in een elektrisch signaal, dat in de versterker 9 wordt versterkt, en dat toegevoerd wordt aan een pulsgenerator 10. De pulsgenerator 10 is zodanig geconstrueerd, dat de pulslengte van de door de pulsgenerator 10 afgegeven signaal evenredig is met de integraal van de intensiteit naar tijd van 35 het op het betreffende detectorelement vallende laserlicht. Aldus geeft de pulsgenerator die de langste puls afgeeft het detectorelement aan, waarop het meeste laserlicht valt.

Om te voorkomen, dat de detectorelementen 8 reageren op continu instralend zonlicht, wordt aan elk van de pulsgeneratoren 10 een synchronisatiesignaal toegevoerd, dat afkomstig is van een synchronisatie* schakeling 11. Aldus wordt verzekerd, dat alleen de door de laserlichtbron afkomstige laserlichtbundel wordt 40 meegenomen in de verdere verwerking. Verder wordt het uitgangssignaal van elke pulsgenerator tevens toegevoerd aan de synchronisatieschakeling 11 om de initiële frequentie hiervan in te stellen.

Het synchronisatiesignaal vervult aldus een dubbele funktie; de hoogte ervan voert een bepaalde normering uit, zodat de langste door één van de pulsgeneratoren afgegeven puls steeds een constante lengte heeft, en de invloed van de intensiteit wordt gecompenseerd, terwijl het tijdstip van synchronisatie de 45 invloed van het omgevingslicht compenseert, waardoor de gehele inrichting ongevoelig voor omgevingslicht wordt gemaakt.

Het uitgangssignaal van elk van de pulsgeneratoren 10 wordt toegevoerd aan een combinatieschakeling, die gevormd wordt door een combinatie van een laddemetwerk 13, waarbij het knooppunt tussen elk van de het laddemetwerk 13 uitmakende weerstanden 14 verbonden is met een schakelaar 12, waarvan de andere 50 aansluiting verbonden is met een uitgangsaansluiting. Onder invloed van het uitgangssignaal van de betreffende pulsgenerator wordt elk van de schakelaars 12 gedurende een bepaalde periode gesloten, zodat het op het betreffende knooppunt aanwezige spanningsniveau wordt overgedragen aan de uitgangsaansluiting.

De schakelaar, die gerelateerd is aan het detectorelement, waarop de laserbundel met de grootste 55 intensiteit valt, wordt gedurende de langste tijd gesloten, zodat dit detectorelement en het daarbij behorende spanningsniveau, dat bepaald wordt door het laddemetwerk 13, de grootste invloed heeft op het uitgangssignaal, dat aan de uitgangsschakeling wordt toegevoerd. Door de integrerende werking van deze

Claims (7)

15 Het is tevens mogelijk de triggerschakeling zodanig uit te voeren, dat telkens bij een optreden van een stel tegelijkertijd verschijnende pulsen, de tijdsduur van de langste hiervan gemeten wordt, en wanneer de lengte hiervan niet aan een bepaalde minimale waarde voldoet, een signaal toe te voeren aan de uitgangsschakeling, zodat de besturingsschakeling de dan optredende pulsen onderdrukt. De genoemde minimale waarde is afhankelijk van de langste, gedurende een voorgaande periode optredende puls. Hiermede 20 kunnen door laserreflectie ontstane signalen effectief worden onderdrukt. Tenslotte wordt opgemerkt, dat deze inrichting met een grote lengte, of liever gezegd hoogte, kan worden uitgevoerd. Het is immers mogelijk het aantal detectorelementen willekeurig te vergroten. Uiteraard moet het laddernetwerk dan worden aangepast. Door effectief gebruik van schakelcomponenten en digitale schakelingen is het aantal componenten 25 beperkt. Dit resulteert in een beperking van de kostprijs en in een beperking van de benodigde ruimte op de printplaat, zodat de complete schakeling, inclusief de detectorelementen op een printplaat kunnen worden geplaatst, hetgeen wederom resulteert in een kostenverlaging. De werkende breedte van een bij een detectorelement behorende deelschakeling is gelijk aan de werkende breedte van een detectorelement. 30

1. Analoge laserbundelontvanger, omvattende een langwerpige detector, waarbij de detector voorzien is van een aantal vast aangebrachte detectorelementen die elk bij ontvangst van een lichtbundel een signaal 35 afgeven dat proportioneel is aan de ontvangen lichtsterkte, en van middelen voor het opwekken van een signaal, waarvan de grootte een maat is voor de plaats van inval van de bundel straling, met het kenmerk, dat elk detectorelement met een pulsgenerator is gekoppeld die is ingericht voor het afgeven van een puls, waarvan de lengte afhankelijk is van de sterkte van de door het detectorelement ontvangen lichtbundel.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lengte van de door de pulsgenerator afgegeven 40 puls proportioneel is met de sterkte van de door het detectorelement ontvangen lichtbundel.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat elke pulsgenerator gekoppeld is met een combinatieschakeling die een uitgangssignaal opwekt, waarvan de amplitude gerelateerd is aan een rangnummer van de pulsgenerator die de langste puls afgeeft.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de amplitude van het uitgangssignal van de 45 combinatieschakeling gerelateerd is aan de rangnummers van de pulsgeneratoren die pulsen afgeven, en wel gewogen volgens de relatieve pulslengten.

5. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat elk van de pulsgeneratoren verbonden is met een synchronisatieschakeling.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de amplitude van het door de synchronisatie- 50 schakeling afgegeven signaal de lengte van de langste door een van de pulsgeneratoren afgegeven signaal normeert. 193874 4

7. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, gekenmerkt door een schakeling voor het meten van de tijdsduur van de langste op enig moment optredende puls en voor het onderdrukken van een stel gelijktijdig optredende pulsen, wanneer de langste hiervan niet aan een bepaalde waarde voldoet. Hierbij 2 bladen tekening