DE202010005371U1

DE202010005371U1 - Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE202010005371U1
Application number: DE202010005371U
Authority: DE
Original assignee: Chevron HK Ltd
Current assignee: Chevron HK Ltd
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: GB2470262A; FR2945353B3; GB201007528D0; CN101881833A; US20100283990A1; FR2945353A3; AU2010100420A4

Abstract

Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung, umfassend:
einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Hochfrequenzsignals;
einen Emitter zum Aussenden eines optischen Strahls, der durch das Hochfrequenzsignal frequenzmoduliert ist;
eine fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung zum Empfangen des von einem Objekt reflektierten optischen Messstrahls und Erzeugen eines entsprechenden reflektierten Hochfrequenz-Messsignals;
einen Phasendetektor zum Mischen des Hochfrequenzsignals und des reflektierten Hochfrequenzsignals, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das eine Phaseninformation zum Bestimmen einer zu messenden Entfernung enthält; und
eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Phasendetektor verbunden ist, um die gemessene Entfernung zu berechnen.

Description

Querverweis zu ähnlichen Patentanmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht nach 35 U.S.C. § 119 die Priorität von CN 200910027471.0 , eingereicht am 7. Mai 2009, die hiermit durch Verweis mit aufgenommen wird.
Von US-Bundesbehörden geförderte Forschung oder Entwicklung
Nicht anwendbar.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung, insbesondere auf eine optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung vom Phasentyp.
Hintergrund der Erfindung
Eine optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung, wie etwa ein Laser-Phasenmessinstrument, wird wegen des hohen Niveaus ihrer Messgenauigkeit verbreitet in den Gebieten Architektur, Innendekoration und dergleichen eingesetzt. Das allgemeine Prinzip hinter der Messung ist es, dass ein Emitter einen modulierten optischen Messstrahl zu einem zu messenden Objekt aussendet, ein optoelektronischer Empfänger den reflektierten modulierten optischen Messstrahl empfängt, der von dem gemessenen Objekt reflektiert wurde, und eine Entfernung von dem Messinstrument zu dem Objekt durch Berechnen der Differenz zwischen der Phase des gesendeten Signals des modulierten optischen Messstrahls und der Phase des empfangenen modulierten optischen Messstrahls bestimmt wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung, welche die Prinzipien der Phasenmessung einbezieht. Ein Phasenregelkreis (PLL) 11' erzeugt ein gemischtes Frequenzsignal und ein ursprüngliches Frequenzsignal, welche dieselbe Frequenz und dieselbe Phase aufweisen. Das ursprüngliche Frequenzsignal und ein durch eine Mikrocontrollereinheit (MCU) 12' erzeugtes Niederfrequenzsignal bilden nach Modulation durch einen Quadraturmodulator 13' ein frequenzmoduliertes Signal, aus dem ein frequenzmoduliertes Signal gesendet wird. Das frequenzmodulierte Signal wird durch einen Leistungsverstärker 14' verstärkt und dann zur Frequenzmodulation zu einem Laseremitter 15' übertragen. Der Emitter 15' sendet den modulierten optischen Messstrahl zu einem zu messenden Objekt 16'. Eine Avalanche-Fotodiode 17' empfängt den von dem gemessenen Objekt 16' reflektierten modulierten optischen Messstrahl und fungiert als direkter Mischer. Das gemischte Frequenzsignal und der reflektierte modulierte optische Messstrahl werden in der Avalanche-Fotodiode 17' gemischt. Ein resultierendes Ausgangssignal von der Avalanche-Fotodiode 17' wird durch einen Transimpedanzverstärker 18' verstärkt und durch ein Tiefpassfilter 19' gefiltert, um ein Niederfrequenzsignal zu erzeugen. Die in dem Niederfrequenzsignal enthaltene Phaseninformation wird dann benutzt, um die gemessene Entfernung zu berechnen.
Ein Problem bei der oben beschriebenen optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung vom Phasentyp nach dem Stand der Technik ist es, dass die zusätzlichen Frequenzsignale, die gleichzeitig mit dem ursprünglichen Frequenzsignal und Niederfrequenzsignalen erzeugt werden, in dem Quadraturmodulator 13' moduliert werden, um ein frequenzmoduliertes Signal zu erhalten. Diese zusätzlichen Frequenzsignale können eine Schwebungsstörung auf der Leiterplatte der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung und elektrische Störungen zwischen den elektrischen Elementen erzeugen.
Die Störung kann dann die Messfähigkeit der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung reduzieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung mit geringen Signalstörungen und hoher Messfähigkeit zu schaffen, um die Nachteile des Stands der Technik zu bewältigen.
Demgemäß umfasst die optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Hochfrequenzsignals fH, einen Emitter zum Aussenden eines durch das Hochfrequenzsignal fH modulierten optischen Strahls zu einem Objekt hin, eine fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung zum Empfangen des reflektierten optischen Messstrahls und zum Erzeugen eines entsprechenden reflektierten Hochfrequenz-Messsignals fH'. Die vorliegende Erfindung umfasst weiter einen Phasendetektor zum Durchführen einer Frequenzmischung von Signalen sowie eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Phasendetektor verbunden ist, um die Messentfernung zu bestimmen. In der vorliegenden Erfindung kann der Signalgenerator mit dem Phasendetektor verbunden sein, und das Hochfrequenzsignal fH kann dem Phasendetektor zugeführt und mit dem reflektierten Hochfrequenz-Messsignal fH' gemischt werden, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das Phaseninformationen zum Bestimmen der Messentfernung enthält. Ideal hätten dann das Hochfrequenzsignal fH und das reflektierte Hochfrequenz-Messsignal fH' nach der vorliegenden Erfindung dieselbe Frequenz und unterschiedliche Phasen.
Weil das Hochfrequenzsignal fH der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung in der vorliegenden Erfindung dieselbe Frequenz aufweist wie das reflektierte Hochfrequenz-Messsignal fH', erfordert das Mischen zum Erzeugen eines Gleichstromsignals keine Erzeugung irgendwelcher zusätzlicher Frequenzsignale. Diese Effizienz trägt dazu bei, Schwebungsstörungen auf der Leiterplatte und elektrische Störungen zwischen den elektrischen Elementen der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung zu verhindern. Weiter wird das Hochfrequenzsignal, das die Phaseninformation der gemessenen Entfernung enthält, zu dem Niederfrequenzsignal mit der Phaseninformation der zu messenden Entfernung verarbeitet, wodurch Verarbeitungsprobleme wie Rauschen vermieden werden. Darüber hinaus kann die in der Erfindung offenbarte optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung ohne eine getrennte Vorrichtung zur Frequenzmodulation umgesetzt werden, was den Aufbau der Messvorrichtung bedeutend vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit begleitenden Zeichnungen und Ausführungsformen beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung auf Grundlage des Prinzips der Phasenmessung nach dem Stand der Technik; und
2 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genaue Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Phasenregelkreis (PLL) 11, einen Phasendetektor 13, einen optischen Signalemitter 15, eine Avalanche-Fotodiode 17 und eine Mikrocontrollereinheit (MCU) 12. Der Phasenregelkreis (PLL) 11 ist mit dem Phasendetektor 13 über eine elektrische Leitung direkt verbunden und mit dem optischen Signalemitter 15 über einen Leistungsverstärker 14 verbunden. Die Mikrocontrollereinheit (MCU) 12 ist mit dem Phasendetektor 13 über eine elektrische Leitung verbunden. Die Avalanche-Fotodiode 17 wird zum Empfangen optischer Messsignale und ihrem Umformen in elektrische Messsignale benutzt. Die Avalanche-Fotodiode 17 ist allgemein über einen in Reihe geschalteten Widerstand mit einer variablen Vorspannung verbunden. Der Phasendetektor 13 kann als Mischer zum Durchführen einer Frequenzmischung von Signalen benutzt werden.
Der Phasenregelkreis (PLL) 11 erzeugt ein Hochfrequenzsignal fH, das in den Leistungsverstärker 14 über eine elektrische Leitung eingegeben wird, um verstärkt und zum Emitter 15 übertragen zu werden. Der Emitter 15 führt eine Hochfrequenzmodulation durch, um einen optischen Messstrahl zu erzeugen. Der Emitter 15 kann eine beliebige wohlbekannte handelsübliche Laserdiode sein. Der hochfrequenzmodulierte optische Messstrahl wird dann zu einem zu messenden Objekt 16 gesendet. Die Avalanche-Fotodiode 17 empfängt den von dem zu messenden Objekt 16 reflektierten hochfrequenzmodulierten optischen Messstrahl und erzeugt ein entsprechendes reflektiertes Hochfrequenz-Messsignal fH', das dieselbe Frequenz und eine unterschiedliche Phase bezüglich des Hochfrequenzsignals fH aufweist. Sowohl das Hochfrequenzsignal fH als auch das reflektierten Hochfrequenz-Messsignal fH' werden über getrennte elektrische Leitungen in den Phasendetektor 13 eingegeben. Das Hochfrequenzsignal fH und das reflektierte Hochfrequenz-Messsignal fH', welche dieselbe Frequenz und unterschiedliche Phase aufweisen, werden durch den Phasendetektor 13 gemischt, und ein resultierendes Gleichstromsignal, das eine Phaseninformation zum Bestimmen der zu messenden Entfernung enthält, wird erzeugt. Das Gleichstromsignal wird dann in die MCU 12 zum Verarbeiten eingegeben. Als Ergebnis kann die gemessene Entfernung zwischen der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung und dem zu messenden Objekt erhalten werden. Die MCU 12 kann auch mit einer Anzeigevorrichtung verbunden sein.
Die MCU 12 ist unter Benutzung der Anzeigevorrichtung in der Lage, die Messung und andere, ähnliche Informationen anzuzeigen.
Die obige Beschreibung beschreibt nur die Schaltung der optoelektronischen Entfernungsmessvorrichtung. Diese Schaltung kann mit beliebigen optischen Teilen oder Empfangsteilen zusammengebaut werden, die Fachleuten bekannt sind.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist nur eine Erläuterung für Konzepte und Prinzipien der vorliegenden Erfindung, ohne dass sie den Inhalt der Erfindung einschränken soll. Gewöhnliche Fachleute können sich verschiedene offensichtliche Abwandlungen vorstellen, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die als in den Umfang dieser Erfindung fallend betrachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- CN 200910027471 [0001]

Claims

Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung, umfassend: einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Hochfrequenzsignals; einen Emitter zum Aussenden eines optischen Strahls, der durch das Hochfrequenzsignal frequenzmoduliert ist; eine fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung zum Empfangen des von einem Objekt reflektierten optischen Messstrahls und Erzeugen eines entsprechenden reflektierten Hochfrequenz-Messsignals; einen Phasendetektor zum Mischen des Hochfrequenzsignals und des reflektierten Hochfrequenzsignals, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das eine Phaseninformation zum Bestimmen einer zu messenden Entfernung enthält; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Phasendetektor verbunden ist, um die gemessene Entfernung zu berechnen.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalgenerator mit dem Phasendetektor verbunden ist.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hochfrequenzsignal und das reflektierte Hochfrequenzsignal dieselbe Frequenz und eine unterschiedliche Phase aufweisen.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalgenerator ein Phasenregelkreis ist.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Emitter eine Laserdiode ist.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Leistungsverstärker zwischen den Signalgenerator und den Emitter geschaltet ist.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung eine Avalanche-Fotodiode ist.
Optoelektronische Entfernungsmessvorrichtung, umfassend: einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Hochfrequenzsignals, wobei der Signalgenerator ein Phasenregelkreis ist; einen Emitter zum Aussenden eines optischen Strahls, der durch das Hochfrequenzsignal frequenzmoduliert ist, wobei der Emitter eine Laserdiode ist; einen zwischen den Signalgenerator und den Emitter geschalteten Leistungsverstärker; eine fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung zum Empfangen des von einem Objekt reflektierten optischen Messstrahls und Erzeugen eines entsprechenden reflektierten Hochfrequenz-Messsignals, wobei die fotoelektrische Empfangs- und Umformvorrichtung eine Avalanche-Fotodiode ist und das Hochfrequenzsignal und das reflektierte Hochfrequenzsignal dieselbe Frequenz und eine unterschiedliche Phase aufweisen; einen Phasendetektor zum Mischen des Hochfrequenzsignals und des reflektierten Hochfrequenzsignals, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das eine Phaseninformation zum Bestimmen einer zu messenden Entfernung enthält, wobei der Phasendetektor mit dem Signalgenerator verbunden ist; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Phasendetektor verbunden ist, um die gemessene Entfernung zu berechnen.