DE1807237A1 - Electromagnetic distance measuring device - Google Patents
Electromagnetic distance measuring deviceInfo
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Description
JenaJena
Elektromagnetisches StreckenmeßgerätElectromagnetic distance measuring device
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Streckenmeßgerät mit einem Sender, der eine elektromagnetische Welle aussendet und einem Empfänger, der die modulierte Welle nach Reflexion an einem im entfernten Ziel angeordneten Reflektor empfängt, in ein elektrisches demoduliertes Signal umwandelt und dieses über einen Verstärker und Koppelungsmittel zur Selbsterregung eines bezüglich seiner Frequenz von der Entfernung abhängigen Modulationssignals einem Modulator zuleitet. Das Streckenmeßgerät ist sowohl in der Geodäsie als auch in der Feinmeßtechnik anwendbar.The invention relates to an electromagnetic distance measuring device with a transmitter, which is an electromagnetic Wave emits and a receiver, which the modulated wave after reflection at a distant target arranged reflector receives, in an electrical demodulated Signal converts and this via an amplifier and coupling means for the self-excitation of a frequency dependent on the distance Modulation signal fed to a modulator. The distance measuring device is used both in geodesy and in precision measurement technology applicable.
Bei derartigen Streckenmeßgeräten werden die für die Entfernungsbestimmung ausgezeichneten Phasenlagen durch eine infolge Rückkoppelung des Empfangssignals an den Modulator sich in Selbsterregung frei einstellende Modulationsschwingung erzeugt. Die Existenz dieser Modulationsschwingung ist ein hinreichendes Zeichen für die Erfüllung der ausgezeichneten Phasenbedingungen und ihre Frequenz steht in einem bestimmten reproduzierbaren Zusammenhang zur zu messenden Strecke. Die Gesamtphasenverschiebung des Signals ist von der zu messenden Strecke und vom elektronischen Signalweg im Streckenmeßgerät abhängig.In the case of such distance measuring devices, the phase positions marked for determining the distance are used a modulation oscillation that is self-excited as a result of the feedback of the received signal to the modulator generated. The existence of this modulation oscillation is a sufficient sign for the fulfillment the excellent phase conditions and their frequency is related to a certain reproducible relationship to the distance to be measured. The total phase shift of the signal is from the distance to be measured and from electronic signal path in the distance measuring device dependent.
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Zur genauen Entfernungsbestimmung muß jedoch der Einfluß des elektronischen Wegs bestimmt oder eliminiert werden. Dies könnte dadurch erreicht werden, daß jedes so arbeitende Streckenmeßgerät durch Messung genau bekannter Entfernungen geeicht wird und die Abweichungen der Ist- von den Sollwerten der Streckenmessung ermittelt und festgehalten werden. Hierzu ist aber eine Elektronik im Streckenmeßgerät erforderlich, deren Verhalten exakt reproduzierbar ist. Eine derartige Elektronik ist jedoch, insbesondere für genaue Messungen, in der Regel nicht vorhanden.To determine the exact distance, however, the influence of the electronic path can be determined or eliminated. This could be achieved in that each distance measuring device working in this way is calibrated by measuring precisely known distances and the deviations of the actual from the target values of the distance measurement are determined and recorded. However, this requires electronics in the distance measuring device, the behavior of which is exactly reproducible is. However, such electronics are generally not available, especially for precise measurements.
Zur Vermeidung dieses Übelstandes geht die Erfindung einen anderen Weg. Erfindungsgemäß werden die durch den elektronischen Weg bewirkten Phasenverschiebungen durch einen einschaltbaren. Kurzschlußweg beseitigt, der das Signal einen um die zu messende Strecke verkürzten Weg durchlaufen läßt, , und eine phasendrehende Vorrichtung für das demodulierte Signal. Vorteilhaft ergänzt die phäsendrehende Vorrichtung die Phasenverschiebungen über den verkürzten und den gesamten Signalweg zu ganzzahligen Vielfachen von 360°. Zur Messung der Frequenz der sich in Selbsterregung einstellenden Modulation ist vorteilhaft ein Frequenzmesser vorgesehen, mit dessen Hilfe Phasenverschiebungen kontrolliert werden und dessen Frequenzanzeige ein Maß für die zu messende Strecke ist.To avoid this inconvenience, the invention takes a different approach. According to the invention by the electronic path caused phase shifts by a switchable. Short-circuit path eliminated, which the signal a to run through the shortened path to be measured, and a phase-rotating device for the demodulated Signal. The phase-rotating device advantageously supplements the phase shifts over the shortened and the entire Signal path to integer multiples of 360 °. A frequency meter is advantageously provided to measure the frequency of the self-excitation modulation whose help phase shifts can be checked and whose frequency display is a measure of the distance to be measured is.
Die Erfindung wird an Hand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the schematic drawing.
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Ein von einer Lichtquelle L ausgestrahltes Licht-Bündel mit dem Achsstrahl 1 passiert einen Modulator M ■·■■, sowie ein Sendeobjektiv O3 und trifft auf einen entfernten Reflektor R-, der es parallel zu sich selbst durch ein Empfangaobjektiv Og auf einen Detektor D reflektiert. Das durch den Detektor D demodulierte Signal wird nach Verstärkung in einem Verstärker V auf den Modulator M als Steuersignal rückgekoppelt. Der Verstärker V besitzt eine Amplitudenregelungsautomatik, die stets auf einen Gesamtverstärkungsfaktor "eins" einregelt. Mit dem Detektor D und dem Verstärker V ist außerdem, ein Phasenschieber F Über elektrische Leitungen e verbunden. Der Phasenschieber F und einerseits der Modulator M sowie andererseits ein Frequenzmesser Z stehen ebenfalls über elektrische Leitungen e in Verbindung. Ein Reflektor RR ist, in Lichtrichtung gesehen, unmittelbar vor dem Sendeobjektiv Og und hinter dem Empfangsobjektiv Og in den Strahlengang des Streckenmeßgerätes zur Bildung eines optischen Kurzachlußwegej3Tk ,einschaltbar angeordnet.A light bundle with the axis beam 1 emitted by a light source L passes a modulator M ■ · ■■, as well as a transmitting objective O 3 and hits a distant reflector R-, which is parallel to itself through a receiving objective Og on a detector D reflected. The signal demodulated by the detector D is, after amplification in an amplifier V, fed back to the modulator M as a control signal. The amplifier V has an automatic amplitude control system which always adjusts to an overall gain factor of "one". A phase shifter F is also connected to the detector D and the amplifier V via electrical lines e. The phase shifter F and on the one hand the modulator M and on the other hand a frequency meter Z are also connected via electrical lines e. A reflector R R , viewed in the direction of light, is arranged directly in front of the transmitting objective Og and behind the receiving objective Og in the beam path of the distance measuring device to form an optical short-circuit path j3 T k.
.,.:i Die Einstellung des Phasenschiebers P kann manuell ode ^automatisch erfolgen. Befindet sich der Reflektor R„ in der durch die ausgezogenen Linien dargestellten Lage, se läuft das Signal über den Kurzschlußweg k und es stellt sich eine, 8elbsterr,egungsfrequenz f^ ein. In der durch die gerissenen Linien angedeuteten Lage des Reflektors RK läuft das Signal über die zu messende Strecke, es baut sich.,. : i The setting of the phase shifter P can be done manually or automatically. If the reflector R is in the position shown by the solid lines, the signal runs over the short-circuit path k and a self-extinguishing frequency f ^ is established. In the position of the reflector R K indicated by the broken lines, the signal runs over the distance to be measured, it builds up
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in Selbsterregung eine Schwingung auf, die das licht mit der Frequenz fß moduliert. Die Frequenzen fE und fK sind im allgemeinen nicht gleich· Mit Hilfe des Phasenschiebers F wird jedoch für beide Wege eine zusätzliche Phasenverschiebung erzeugt, so daß die diesen Wegen entsprechenden Frequenze,n fg und fK einander gleich sind. Dieser Zustand ist dann erreicht,wenn die Gesamtphasenverschiebungen auf beiden Wegen ein ganzzahliges Vielfaches von 360° betragen. Damit beträgt auch der nur durch die zu messende Strecke bedingte Phasenverschiebungsanteil 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches davon und die zu messende Strecke s ergibt sich aus der Beziehungin self-excitement an oscillation that modulates the light with the frequency f ß. The frequencies f E and f K are generally not the same. With the aid of the phase shifter F, however, an additional phase shift is generated for both paths, so that the frequencies n fg and f K corresponding to these paths are equal to one another. This state is reached when the total phase shifts on both paths are an integral multiple of 360 °. The phase shift component caused only by the distance to be measured is therefore also 360 ° or an integral multiple thereof and the distance s to be measured results from the relationship
worin c die Lichtgeschwindigkeit, f « f« «= fK und η eine ganze Zahl ist.where c is the speed of light, f «f« «= f K and η is an integer.
Zur Feststellung der Identität der Frequenzen fj, und f^ und zur Messung ihres Betrages dient der Frequenzmesser .;*, der der Einfachheit halber in-Längeneinheiten geeicht sein kann.To determine the identity of the frequencies fj, and f ^ and the frequency meter is used to measure their amount.; *, which, for the sake of simplicity, is in units of length can be calibrated.
Die Modulation des Lichtes teas auch über eine direkt modulierbare li'ohtquelle,-"a. B, eine SaÄe-Diode, erfolgen« 'In diesem Fall würde ein. gesonderter Modulator entfallen,, Bei bestimmten Modulatorarteii kanu- die doppelt® Modulations ®nt2t©h&nt. se daß in ä&m ©l@fcfronlscla@a fell der außer ö@® f!ia@®ascfii©li®r ff eine i@feo Aasteli® u<b& The modulation of the light teas also have a directly modulated li'ohtquelle, -. "A B, a SaÄe diode done, '' In this case, would be a separate modulator accounts ,, Certain Modulatorarteii the doppelt® modulation canoe ®nt2t. © h & n t . Se that in ä & m © l @ fcfronlscla @ a fell the except ö @ ® f! Ia @ ®ascfii © li®r ff an i @ feo Aasteli® u <b &
f> ft Cj S 1I 9 ici "? 1 1 -f> ft Cj S 1 I 9 i c i "? 1 1 -
§ 3§ 3
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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Reflektors Rg kann zur Führung dee Kurzachlußweg« äue,h ein Lichtleitkabel Verwendung finden« Der Träger der Modulationsschwingung kann jede geeignete elektromagnetische Strahlung sein·Reflector's Rg can be used to guide the Kurzachlußweg «äue, h Use a fiber optic cable «The carrier of the modulation oscillation can be any suitable electromagnetic radiation
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α 3540α 3540
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