NL8800031A - Laserafstandmeetinrichting. - Google Patents

Description

% t * 873 072/Ti e

Korte aanduiding: Laserafstandraeetinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een laserafstandmeet-inrichting, zoals beschreven in de aanhef van conclusie 1.

Bij een dergelijke meetinrichting, die bekend is uit het Nederlandse octrooischrift 181822, wordt door een 5 straaldeler van elke, naar het doel uitgezonden, meetlicht-puls een deel afgetakt en in de inrichting als referentie-lichtpuls toegevoerd aan een elektro-optische ontvanger, die de lichtpuls omzet in een elektrisch signaal dat wordt gebruikt voor het starten van de looptijdmeting voor de 10 meetlichtpuls. De door het doel gereflecteerde meetlichtpuls wordt toegevoerd aan een andere elektro-optische ontvanger, die deze puls omzet in een elektrisch signaal dat wordt gebruikt voor het beëindigen van de door de referentielicht-puls gestarte looptijdmeting.

15 Deze uitvoering met twee kanalen heeft het voordeel dat de vertraging en in het bijzonder wijzigingen in de vertraging waarmee de lichtzender reageert op een elektrisch trekkersignaal geen rol spelen, daar de looptijdmeting pas wordt begonnen wanneer een lichtpuls in feite optreedt.

20 Echter kan ook bij een zeer zorgvuldige keuze der gebruikte componenten niet worden gerealiseerd dat zowel het referentiekanaal als het meetkanaal identieke signaalverwer-kingstijden hebben, daaronder te verstaan die tijden, die verlopen tussen het optreden van de betreffende lichtimpuls 25 op de elektro-optische ontvanger en het feitelijk opwekken van het start- respectievelijk stopsignaal voor de looptijdmeting.

Daar de beide signaalverwerkingstijden bovendien afhankelijk van de veroudering der componenten een drift op 30 lange termijn vertonen en bij verandering der omgevingsomstandigheden, in het bijzonder van de temperatuur, wijzigingen op korte termijn vertonen, kan het verschil daartussen niet worden gebruikt als een voor de inrichting constante waarde worden gebruikt. Genoemde drift- en wisselingen 35 beïnvloeden direct de nauwkeurigheid van het meetresultaat en kunnen in het bijzonder bij korte afstanden tot aanzien- .880003? 4 2 lijke fouten leiden.

De uitvinding beoogt een laserafstandmeetinrichting van de in de aanhef van conclusie 1 beschreven soort zodanig uit te voeren, dat driftverschijnselen op lange termijn en 5 kortstondige wisselingen in de signaalverwerkingstijden in de beide kanalen geen rol meer spelen. Dit doel wordt bereikt met de maatregelen, zoals beschreven in conclusie 1.

Essentieel daarbij is dat zowel het referentiesignaal, dat de in de inrichting opgewekte referentielichtpuls ont-10 vangt en verder verwerkt als het meetkanaal dat de door het doel gereflecteerde meetlichtpuls ontvangt en verder verwerkt niet alleen optisch doch ook elektrisch kunnen worden geschakeld.

Na het uitvoeren van een lichtpulslooptijdmeting, 15 waarbij de beide resonantietrillingskringen optisch, dus via de beide ontvangstfotodioden zijn geschakeld, wordt in de inrichting een elektrisch trekkersignaal opgewekt, dat de beide resonantietrillingskringen gelijktijdig aanstoot. Evenals dit het geval is bij het optisch schakelen worden 20 ook hier de nuldoorgangen der sinustrillingen van de beide resonantietrillingskringen gedetecteerd en gebruikt voor het opwekken van een start- en een stopsignaal voor een loop-tijdmeting. Daarbij wordt een correctiewaarde verkregen, die de looptijdverschillen tussen de beide kanalen represen-25 teert. Deze correctiewaarde wordt afgetrokken van de direct daarvoor verkregen meetwaarde voor de lichtpulslooptijd, zodat een gecorrigeerde meetwaarde wordt verkregen, waarvan de grootte nog slechts van de afstand tot het doel afhangt. Daar de bovenomschreven meetwaardecorrectie wordt uitgevoerd 30 na het opwekken van een meetwaarde, dus de momentane waarde van het looptijdverschil in de beide kanalen representeert, kunnen driftverschijnselen en variaties het meetresultaat niet meer beïnvloeden.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens 35 de uitvinding is beschreven in conclusie 2.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen:

De figuren 1 tot en met 3 de drie bij elkaar horende .8800031 *' % 3 delen van een blokschema van een inrichting volgens de uitvinding.

De figuur toont een zenddiode 14, die lichtimpulsen 1^ naar het doel uitzendt. Na het treffen van een zendiens 12, 5 wordt een klein gedeelte I2 van elke lichtpuls I1 als verstrooiingslicht gereflecteerd en komt via een lichtge-leidervezel of een lichtgeleiderkanaal 11 op een ontvangst-fotodiode 15 van een referentiekanaal II en stoot daar een resonantietrillingskring 16 aan, waarvan de aldus getrig-10 gerde sinustrilling via een impedantieomzetter 18 en een versterker 19 wordt toegevoerd aan een sinusnuldoorgangde-tectie-inrichting 20, aan welks uitgang een signaalflank SF1 wordt opgewekt. Deze signaalflank is in de tijd vertraagd en geeft aan dat de lichtpuls de zendiens 12 naar het doel 15 heeft verlaten. Met deze flank vindt aldus de start plaats van een tijdmeetinrichting 21 via de ingang 21a daarvan; tegelijk wordt een afloopbesturing 22 voor "meten en ijken" gestart via een startingang 22a.

Iets later - overeenkomstig de looptijd van de licht-20 puls naar het doel - komt de gereflecteerde lichtpuls I^ via een ontvangstlens 14 op een ontvangstfotodiode 23 van een meetkanaal I en stoot daar - evenals in het referentiekanaal II het verstrooiingslicht dit doet - een resonantietrilling-kring 17 aan. De daardoor getriggerde sinustrilling wordt 25 weer via een impedantieomzetter 24 toegevoerd aan een versterker 25, die in tegenstelling tot het referentiekanaal een variabele versterkingsfactor heeft, die trapsgewijs tussen n verschillende waarden kan worden omgeschakeld. De versterkte sinustrilling wordt eveneens toegevoerd aan de 30 sinusnuldoorgangdetectie-inrichting 26.

Terwijl in het referentiekanaal de eerste sinusnuldoor-gang wordt gedetecteerd, is dit in het meetkanaal de tweede.

Daarmee is verzekerd dat onderlinge drift in de kanalen I en II er nooit toe kan leiden dat bij een afstand gelijk nul 35 het tijdsignificante stopsignaal van het meetkanaal I optreedt voor het tijdsignificante startsignaal van het referentiekanaal II.

De door de sinusnuldoorgangdetectie-inrichting 26 van .8800051

V

4 het meetkanaal opgewekte, als stopsignaal gebruikte tijdsig-nificante signaalflank SF2 wordt toegevoerd aan een stopin-gang 21b van de tijdmeetinrichting 21. Kort daarna wekt dit het signaal "einde meting" op en schakelt de verloopbestu-5 ring 22 over een stap door, waardoor deze via de ingang SI ervan het opslaan van de zojuist verkregen meetwaarde van de looptijdmeting in een eerste geheugen 27 teweeg brengt. Deze meetwaarde is nog niet gecorrigeerd, omdat de tijdsignifi-cante signaalflanken en SF2 elk een voor het referentie-10 respectievelijk meetkanaal eigen tijdvertraging vertonen; deze beide vertragingen zijn onderling verschillend, wat voornamelijk het gevolg is van de verschillende sinusnul-doorgangdetectie (in het referentiekanaal van de eerste sinusnuldoorgang en in het meetkanaal van de tweede sinus-15 nuldoorgang).

Direct daarop wordt het signaal "einde opslaan" opgewekt, wat via een klokingang 22b van de verloopbesturing 22 een verder doorschakelen daarvan op de uitgang S2 teweeg brengt. Deze levert een trekkersignaal, waardoor de beide 20 resonantietrillingsketens 16 en 17 gelijktijdig elektrisch worden aangestoten. Daarmee worden opnieuw tijdsignificante signaalflanken verkregen, waardoor dezelfde tijdmeetinrichting 21 evenals bij het optisch aanstoten wordt gestart respectievelijk gestopt. Het signaal "einde meting" schakelt 25 via de klokingang 22b de verloopbesturing 22 op de uitgang S2 door wat teweegbrengt dat het als correctiewaarde fungerend resultaat van deze tweede tijdmeting wordt overgenomen in een tweede geheugen 28. Daarmee bevat dit tweede geheugen 28 een met het looptijdverschil tussen het referentie- en 30 het meetkanaal overeenkomende correctiewaarde.

Nu behoeft nog slechts deze correctiewaarde te worden afgetrokken van de ongecorrigeerde meetwaarde der looptijd-meting om de met de afstand overeenkomende juiste meetwaarde te verkrijgen. Hiertoe zet het van het tweede geheugen 28 35 afkomstig signaal "opslaan beëindigd" de verloopbesturing 22 over een stap verder, zodat aan de uitgang S4 daarvan een signaal verschijnt.

Dit signaal bewerkstelligt de bovenbeschreven verschil- . 88 0 0ϋϋ 1 5 vorming en het opslaan van dit verschil door de reken- en geheugenschakeling 29, waarmee aan diens uitgang de juiste respectievelijk gecorrigeerde meetwaarde verschijnt. Deze kan eventueel in een inrichting 30 worden aangewezen of 5 worden gebruikt voor besturingsdoeleinden, etc.

Doordat het gelijktijdig elektrisch aanstoten der resonantietrillingkringen 16 en 17 in het referentie- en meetkanaal geschiedt direct na de feitelijke meting der lichtpulslooptijd en de aldus verkregen correctiewaarde 10 wordt afgetrokken van de vooraf langs optische weg bepaalde meetwaarde der looptijdmeting, wordt de invloed van verschillende drift- en verouderingsverschijnselen der beide kanalen I en II en de tijdmeetinrichting 21 in het meetresultaat geëlimineerd.

15 Het van de reken- en geheugenschakeling 29 afkomstig signaal "opslaan beëindigd" bestuurt via de klokingang 22b van de verloopbesturing 22 het verder schakelen daarvan op de uitgang S5, die het ijken van de tijdmeetinrichting 21 via de ingang 21c daarvan teweeg brengt. Na het beëindigen 20 van dit proces wekt de tijdmeetinrichting 21 het signaal "ijken beëindigd" op en zet de verloopbesturing 22 naar nul terug, en het voorafbeschreven proces herhaalt zich bij het arriveren van de eerstvolgende lichtpuls.

Gelijk met de verloopbesturing 22 wordt een teller 31, 25 die tot "n" telt, teruggezet. Deze teller 31 dient voor het omschakelen van de versterkingsfactor voor de versterker 25 in het meetkanaal I. In combinatie met een vergelijker 32, die is aangesloten aan de uitgang van de versterker 25, heeft dit tot doel het oversturen van de versterker 25 bij 30 sterk reflecterende doelen te vermijden. Hiertoe wordt de amplitude van de versterkte sinustrilling in het meetkanaal vergeleken met een referentiespanning in de vergelijker 32. Deze referentiespanning wordt zodanig gekozen dat een gelijk grote, doch over een factor der ingestelde verster-35 king verminderde amplitude der betreffende sinustrilling de versterker 25 in het meetkanaal niet overstuurt en derhalve is verzekerd dat de meting plaatsvindt in het lineaire bereik van de versterker.

. 88 0 0ii t r 6

Overschrijdt de amplitude van het sinussignaal echter de ingestelde waarde van de referentiespanning, dan doet de vergelijker 32 de teller 31 een stap verder gaan. Gelijktijdig wordt de eerder beschreven start van de afloopbesturing 5 22 voor "meten en ijken" weer teruggenomen en er vindt geen meetwaarde-opslag plaats, terwijl de oude, vooraf verkregen, meetwaarde behouden blijft. Bij het arriveren van de eerstvolgende lichtpuls herhaalt dit proces zich met het verlagen van de versterkingsfactor der versterker 25 tot de aan de 10 vergelijker 32 optredende sinusamplitude, de ingestelde referentiespanning niet meer overschrijdt. Pas na deze controle kan de volgende ware meetwaarde, zoals bovenomschreven, worden verkregen.

. 8 8 0 0 0 3 1

Claims (2)

1. Laserafstandmeetinrichting, gebaseerd op het principe van de looptijdmeting van een lichtpuls, omvattende een referentiekanaal met een ontvangstfotodiode, waaraan ter verkrijgen van een startsignaal voor de 5 looptijdmeting een van de zendlichtpuls afgetakte referentielichtpuls direct wordt toegevoerd en een meetkanaal met een andere ontvangstfotodiode, waaraan voor het opwekken van het stopsignaal voor de looptijdmeting de door het doel gereflecteerde meet-10 lichtpuls wordt toegevoerd, welke laatste een met de dubbele afstand tot het doel evenredige vertraging vertoont, waarbij elke ontvangstfotodiode als werkweerstand een eigen resonantietrillingkring heeft, elk bestaande uit een spoel 15 en de sperlaagcapaciteit der bijbehorende fotodiode met een extra, daaraan parallel geschakelde uitwendige capaciteit, gekenmerkt door de volgende componenten: een eerste geheugen (27), waarin direct na elke uitgevoerde lichtpulslooptijdmeting de verkregen meetwaarde 20 wordt opgeslagen, een trekkerinrichting, waardoor de op de beide ontvangstf otodioden (13, 23) volgende resonantietrilling-kringen (16, 17) gelijktijdig elektrisch worden aangestoten om de looptijdverschillen tussen het referentie-25 kanaal (II) en het meetkanaal (I) te bepalen, een tweede geheugen (28), waarin het aldus gemeten looptijdverschil als correctiewaarde wordt opgeslagen, en een het verschil tussen de in het voorgaande verkregen 30 meetwaarde voor de lichtpulslooptijd en de correctie waarde vormende rekenschakeling (29).

2. Laserafstandmeetinrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door een verloopbesturing (22), die aan een reeks uitgangen de volgende signalen opwekt: 35. aan een eerste uitgang (SI) een eerste opslaancomman-dosignaal voor het opslaan van een tevoren verkregen . 8 8 0 ü u i * * 1 * δ meetwaarde voor een lichtpulslooptijdmeting in het eerste geheugen (27), aan een tweede uitgang (S2) een trekkersignaal dat aan de beide resonantietrillingkringen (16, 17) gelijktij-5 dig via een condensator (CK) kan worden toegevoerd, aan een derde uitgang (S3) een tweede opslaancommando-signaal voor het opslaan van de aldus verkregen correc-tiewaarde in het tweede geheugen (28) en aan een vierde uitgang (S4) een commandosignaal, dat 10 wordt toegevoerd aan de rekenschakeling (29) om deze het verschil tussen de meetwaarde en de correctiewaarde te doen vormen. .8800031