DE19713967A1

DE19713967A1 - Vorrichtung zur Abstandsmessung

Info

Publication number: DE19713967A1
Application number: DE19713967A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Lindmueller; Michael Dipl Ing Ludwig
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstandsmessung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 2.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO 97/09638 bekannt. Die bekannte Vorrichtung arbeitet nach dem FMCW-Prinzip (Fre quency Modulated Continuous Wave) und enthält hierzu eine Si gnalquelle in Form eines durchstimmbaren Mikrowellenoszilla tors, der ein frequenzmoduliertes Mikrowellensignal erzeugt. Das frequenzmodulierte Signal wird über eine Sende-/Empfangs einrichtung abgestrahlt und an einem Objekt reflektiert, des sen Abstand zu der Vorrichtung zu bestimmen ist. Das von dem Objekt zurückreflektierte Signal wird mittels der Sende-/Emp fangseinrichtung empfangen und in einer Demodulatoreinrich tung mit dem zur Abstrahlung vorgesehenen Signal gemischt. Aufgrund der Laufzeit des empfangenen Signals auf seinem Weg von der Sende-/Empfangseinrichtung zu dem Objekt und zurück und der zwischenzeitlich durch die Frequenzmodulation erfolg ten Frequenzänderung des abzustrahlenden Signals ergibt sich eine Differenz zwischen den Frequenzen beider Signale, so daß die Demodulatoreinrichtung ausgangsseitig ein Demodulations signal mit einer dieser Differenz entsprechenden Frequenz er zeugt. Unter der Voraussetzung einer linearen Frequenzmodu lation des Mikrowellensignals ist die Frequenz des Demodu lationssignals proportional zum Abstand zwischen der Vorrich tung und dem Objekt, so daß dieser unmittelbar aus der Fre quenz des Demodulationssignals bestimmt werden kann.

Die Frequenzmodulation erfolgt mittels einer über die Zeit linear zu- und/oder abnehmenden, also z. B. dreieckförmigen oder sägezahnförmigen, Modulationsfunktion, die von einem Funktionsgenerator erzeugt wird. Aufgrund des jeweiligen Auf baus der Signalquelle, hier speziell des Mikrowellengenera tors, oder aufgrund von Toleranzen der verwendeten Bauele mente kann es dazu kommen, daß sich die Frequenz des abge strahlten Signals in nichtlinearer Abhängigkeit von der Modu lationsfunktion ändert. Solche Unlinearitäten äußern sich direkt als Fehler in der Abstandsbestimmung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Ab standsmessung auf der Grundlage von an einem Objekt reflek tierten, frequenzmodulierten Signalen Meßfehler aufgrund von Unlinearitäten bei der Frequenzmodulation zu minimieren.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe jeweils durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebene Vorrichtung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrich tung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß entsprechend Anspruch 1 der Demodulatoreinrich tung anstelle oder zusätzlich zu dem reflektierten Signal ein zweites hochfrequentes Signal aus einem Signalgenerator zu geführt wird, wird ein zweites Demodulationssignal erzeugt, dessen Frequenzverlauf in Beziehung zu dem Verlauf der Modu lationsfunktion die Abhängigkeit zwischen der Frequenz des von der Signalquelleerzeugten abzustrahlenden, frequenzmodu lierten Signals und der Modulationsfunktion wiedergibt. Auf grund dieser Abhängigkeit, die, wie bereits erwähnt, nicht linear sein kann, erfolgt entweder eine Korrektur der Modu lationsfunktion im Sinne einer Linearisierung der Frequenz modulation, was bei unlinearem Zusammenhang zwischen der Frequenz des abzustrahlenden Signals und der Modulations funktion zu einem entsprechend gegensinnig unlinearen Ver lauf der Modulationsfunktion führt, oder die Modulations funktion bleibt unverändert und das Ergebnis der Abstands messung wird entsprechend korrigiert.

Bei der in Anspruch 2 angegebenen Alternative wird statt der vorhandenen Demodulatoreinrichtung eine zweite Demodulator einrichtung verwendet, um das zweite Demodulationssignal aus dem abzustrahlenden oder abgestrahlten, frequenzmodulierten Signal und dem zweiten hochfrequenten Signal zu erzeugen. Dies hat den Vorteil, daß die bereits vorhandene Demodulator einrichtung in optimaler Weise speziell zur Verarbeitung vergleichsweise kleiner, sich aus der Signallaufzeit bei der Abstandsmessung ergebender Frequenzen des Demodulations signals ausgelegt werden kann, während die zweite Demodula toreinrichtung zur Verarbeitung des gesamten Frequenzhubs ausgelegt ist, mit dem sich die Frequenz des modulierten Signals in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion ändert.

Eine besonders einfache Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß der Signalgenerator ein Festfrequenz-Signalgenerator ist. Der hierbei erhaltene Frequenzverlauf des zweiten Demodulationssignals entspricht unmittelbar dem Modulationsfrequenzverlauf des von der Si gnalquelle erzeugten abzustrahlenden, frequenzmodulierten Signals in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion. Wegen des relativ großen Frequenzbereichs des zweiten Demodula tionssignals bietet sich hierbei besonders die bereits er wähnte Verwendung einer zweiten Demodulatoreinrichtung zur Erzeugung des zweiten Demodulationssignals an.

Bei einer alternativen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung enthält der Signalgenerator Mittel zum Umschalten zwischen mindestens zwei verschiedenen Festfrequenzen, wo durch der die Frequenzmodulation bedingte Frequenzhub in kleinere, von der Demodulatoreinrichtung zu verarbeitende Frequenzbereiche unterteilt wird.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der Signalgenerator Mittel zur veränder baren Frequenzeinstellung, wobei diese Mittel in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion und der Frequenz des zweiten Demodulationssignals derart einstellbar sind, daß nach einer vorgegebenen Änderung des Funktionswerts im Verlauf der Modu lationsfunktion die Frequenz des zweiten hochfrequenten Si gnals im Sinne einer Verringerung der Frequenz des zweiten Demodulationssignals auf einen vorgegebenen Frequenzwert ver ändert wird. Die dabei für diskrete Funktionswerte der Modu lationsfunktion erhaltenen Frequenzwerte des zweiten Demodu lationssignals entsprechen den Frequenzänderungen des fre quenzmodulierten Signals zwischen den Funktionswerten der Mo dulationsfunktion. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Fre quenzänderungen in der Größenordnung der durch die Signal laufzeit bei der Abstandsmessung bedingten Frequenz des Demo dulationssignals und somit in dem für die Abstandsmessung ausgelegten Arbeitsbereich der Demodulatoreinrichtung liegen.

In diesem Zusammenhang, darüber hinaus aber auch allgemein, besteht die Modulationsfunktion vorzugsweise aus zeitdiskre ten Funktionswerten, so daß sowohl die Frequenzmodulation des abzustrahlenden Signals als auch die weitere Signalverarbei tung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeitdiskret und dabei insbesondere digital erfolgt. Dadurch wird der Speicher- und Rechenaufwand bei der Korrektur der Modula tionsfunktion verringert.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genom men; im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der Modula tionsfunktion,

Fig. 3 ein Beispiel für die Abhängigkeit der Frequenz des abzustrahlenden Signals von der Modulationsfunktion,

Fig. 4 ein Beispiel für den Verlauf der Frequenz des zweiten Demodulationssignals in Abhängigkeit von der Modula tionsfunktion,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä ßen Vorrichtung,

Fig. 6 ein auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bezoge nes Beispiel für die Abhängigkeit der Frequenz des abzustrahlenden Signals von der Modulationsfunktion,

Fig. 7 ein auf Fig. 6 bezogenes Beispiel für den Verlauf der Frequenz des zweiten Demodulationssignals in Ab hängigkeit von der Modulationsfunktion und

Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Abstandsmessung ent hält eine Signalquelle 1 mit einem Funktionsgenerator 2 und einem von diesem steuerbaren Oszillator 3, hier einem Mikro wellenoszillator. Der Oszillator 3 erzeugt ein hochfrequentes Signal s, hier ein Mikrowellensignal, das in Abhängigkeit von einer von dem Funktionsgenerator 2 erzeugten Modulationsfunk tion u frequenzmoduliert ist. Das frequenzmodulierte Signal s wird einer Sende-/Empfangseinrichtung 4 zugeführt, innerhalb der es über eine Sende-/Empfangsweiche 5 zu einer Antenne 6 gelangt und von dort aus in Richtung auf ein Objekt 7 abge strahlt wird, dessen Abstand a zu der Vorrichtung, speziell zu der Antenne 6, gemessen werden soll. Das abgestrahlte Si gnal s wird von dem Objekt 7 zurückreflektiert und nach einer zum Abstand a proportionalen Laufzeit als reflektiertes Si gnal e von der Antenne 6 empfangen. Von dort gelangt das re flektierte Signal e über die Sende-/Empfangsweiche 5 zu einer Demodulatoreinrichtung 8, der außerdem das von der Signal quelle 1 erzeugte frequenzmodulierte Signal s zugeführt wird. Während der Laufzeit des empfangenen Signals e hat sich die Frequenz des abzustrahlenden Signals s aufgrund seiner Fre quenzmodulation geändert, so daß die der Demodulatoreinrich tung 8 zugeführten Signale s und e unterschiedliche Frequen zen aufweisen. Die Demodulatoreinrichtung 8 erzeugt ausgangs seitig ein Demodulationssignal d mit einer der Differenz der Frequenzen der beiden Signale s und e entsprechenden Frequenz und enthält hierzu einen Signalmischer 9 mit einem nachgeord neten Tiefpaßfilter 10. Unter der Voraussetzung, daß die Fre quenzmodulation des abzustrahlenden Signals s über die Zeit linear erfolgt, ist die Frequenz des Demodulationssignals d direkt proportional zu dem zu messenden Abstand a, der in einer der Demodulatoreinrichtung 8 nachgeordneten Signalaus werteeinrichtung 11 unmittelbar aus der Frequenz des Demodu lationssignals d bestimmt wird.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Modulations funktion u über die Zeit t, wobei es sich hier um eine säge zahnförmige Steuerspannung für den Oszillator 3 mit zwischen zwei Extremwerten U_min und U_max linear ansteigender Flanke han delt. Es sind auch andere Funktionsverläufe mit linearen Flanken, z. B. eine dreieckförmige Steuerspannung, möglich.

Fig. 3 zeigt in einem strichpunktierten Kurvenverlauf ein Beispiel für eine gewünschte lineare Abhängigkeit der Fre quenz f des von dem Oszillator 3 erzeugten Signals s von der Modulationsfunktion u, wobei die Frequenz f zwischen f_min und f_max variiert. Ferner ist mit ausgezogener Linie ein Beispiel für einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Frequenz f und der Modulationsfunktion u dargestellt, der durch den Auf bau des Oszillators 3 oder Toleranzen seiner Bauelemente be dingt sein kann.

Während der Laufzeit t_a des empfangenen Signals e auf seinem Weg zwischen der Antenne 6 und dem Objekt 7 ändert sich der Funktionswert der Modulationsfunktion u um einen Betrag Δu_a. Bei der gewünschten linearen Frequenzmodulation ergibt sich damit unabhängig von unterschiedlichen Zeitpunkten t₁, t₂ im mer dieselbe Frequenzdifferenz zwischen den Frequenzen der beiden Signale s und e, also immer dieselbe Frequenz f_d des Demodulationssignals d. Bei nichtlinearer Frequenzmodulation ist dagegen die Frequenz f_d(t₁), f_d(t₂) von dem jeweiligen Zeitpunkt t₁, t₂ abhängig, so daß die Abstandsmessung fehler behaftet ist.

Dieser Fehler wird durch eine Korrektur der Modulationsfunk tion u im Sinne einer Linearisierung der Frequenzmodulation minimiert, wozu die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung einen Si gnalgenerator, hier einen Festfrequenz-Signalgenerator 12, enthält, der ein zweites hochfrequentes Signal s1 vorzugs weise im Frequenzbereich f_min bis f_max des Signals s erzeugt. Der Signalgenerator 12 ist in der Weise an die Sende-/Emp fangseinrichtung 4 angekoppelt, daß das zweite Signal s1 auf demselben Wege wie das reflektierte Signal e zu der Demodula toreinrichtung 8 gelangt. Angesichts der hohen Frequenzen ist für die Kopplung keine Leitungsverbindung zwischen dem Si gnalgenerator 12 und der Sende-/Empfangseinrichtung 4 not wendig, weil der Ausgang des Signalgenerators 12 als Sende antenne für das zweite Signal s1 wirkt und dieses von der Antenne 6 empfangen wird. Die Demodulatoreinrichtung 8 er zeugt ausgangsseitig ein zweites Demodulationssignal d1 mit einer Frequenz, die der Differenz der Frequenzen des fre quenzmodulierten Signals s und des zweiten hochfrequenten Signals s1 entspricht. In einer Auswerteeinrichtung 13 wird die Abhängigkeit zwischen der Frequenz des zweiten Demodu lationssignals d1 und der Modulationsfunktion u ermittelt, abgespeichert und, wie untenstehend noch erläutert wird, zur Korrektur der von dem Funktionsgenerator 2 erzeugten Modula tionsfunktion u im Sinne einer Linearisierung der Frequenz modulation herangezogen. Hierzu ist der Auswerteeinrichtung 13 eine die Erzeugung der Modulationsfunktion u in dem Funk tionsgenerator 2 steuernde Korrektureinrichtung 21 nachge ordnet. Mit der gestrichelt dargestellten Steuerungsverbin dung 27 ist die alternative Möglichkeit angedeutet, statt der Linearisierung der Frequenzmodulation das Ergebnis der Ab standsmessung in der Signalauswerteeinrichtung 11 entspre chend zu korrigieren.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das zweite hoch frequente Signal s1 gleichzeitig mit dem reflektierten Signal e der Demodulatoreinrichtung 8 zugeführt. Dies ist ohne wei teres möglich, wenn die Frequenz des zweiten Signals s1 so gewählt ist, daß sich die Frequenz des zweiten Demodulations signals d1 deutlich von der des ersten Demodulationssignals d unterscheidet, so daß beide Demodulationssignale d und d1 voneinander getrennt werden können.

In Fig. 3 ist die Frequenz des von dem Festfrequenz-Signal geber 12 erzeugten zweiten hochfrequenten Signals s1 mit f_s1 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt den in der Auswerteeinrichtung 13 ermittelten und abgespeicherten Verlauf der Frequenz f_d1 = f - f_s1 des zweiten Demodulationssignals dl in Abhängigkeit von der Modu lationsfunktion u, der den Verlauf der in Fig. 3 gezeigten Frequenz f des Signals s in Abhängigkeit von der Modulations funktion u wiedergibt. Der gewünschte lineare Verlauf ist strichpunktiert dargestellt. Für einen beliebigen Funktions wert u₃ der Modulationsfunktion ergibt sich rechnerisch eine Sollfrequenz

f_d1soll(u₃) = (f_min - f_s1) + (f_max - f_min).u₃/(u_max - u_min).

Aus dem abgespeicherten Verlauf der Frequenz f_d1 in Abhängig keit von der Modulationsfunktion u wird derjenige Funktions wert u₄ gesucht, bei dem gilt: f_d1(u₄) = f_d1soll(u₃). Anschlie ßend wird, wie in Fig. 1 gezeigt, der zum Zeitpunkt t₃ er zeugte Funktionswert u₃ durch den Funktionswert u₄ ersetzt. Auf diese Weise werden die Funktionswerte der Modulations funktion u korrigiert, so daß die korrigierte, nunmehr nicht lineare Modulationsfunktion in Verbindung mit der Unlineari tät des Oszillators 3 eine lineare Frequenzmodulation des Signals s ergibt.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Vorrichtung, die ebenso wie die Vorrichtung nach Fig. 1 eine Signalquelle 1 mit einem Funktionsgenerator 2 zur Erzeugung einer Modulationsfunktion u und einen steuerbaren Oszillator 3 zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals s aufweist. Zum Abstrahlen des Signals s und zum Empfangen eines von einem Objekt 7 zurückreflektierten Signals e dient eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 modifi zierte Sende-/Empfangseinrichtung 14 mit einer Sendeantenne 15 und einer Empfangsantenne 16. In beiden Ausführungsbei spielen der Fig. 1 und 5 können die Sende-/Empfangsein richtungen 4 und 14 gegeneinander ausgetauscht werden. Das empfangene reflektierte Signal e und das von der Signalquelle 1 erzeugte frequenzmodulierte Signal s werden einer Demo dulatoreinrichtung 8 mit einem Signalmischer 9 und einem nachgeordneten Tiefpaßfilter 10 zugeführt. Die Demodulator einrichtung 8 erzeugt ausgangsseitig ein Demodulationssignal d mit einer der Differenz der Frequenzen der beiden Signale s und e entsprechenden Frequenz, aus der in einer nachgeord neten Signalauswerteeinrichtung 11 der zu messende Abstand a zwischen der Vorrichtung und dem Objekt 7 ermittelt wird.

Zur Linearisierung der Frequenzmodulation des Signals s ist ein Signalgenerator 17 vorgesehen, der im Unterschied zu dem Festfrequenz-Signalgenerator 12 nach Fig. 1 Mittel 18 zur veränderbaren Frequenzeinstellung enthält. Der Signalgenera tor 17 erzeugt ausgangsseitig ein zweites hochfrequentes Si gnal s2, das über eine Antenne 19 abgestrahlt wird. Das abge strahlte zweite Signal s2 wird mittels der Empfangsantenne 16 empfangen und zusammen mit dem von dem Objekt 7 reflektierten Signal e der Demodulatoreinrichtung 8 zugeleitet. Auch hier ist es möglich, bei ausreichender Kopplung auf die Antenne 19 zu verzichten.

Die Demodulatoreinrichtung 8 erzeugt ausgangsseitig ein zwei tes Demodulationssignal d2 mit einer Frequenz, die der Diffe renz der Frequenzen des frequenzmodulierten Signals s und des zweiten hochfrequenten Signals s2 entspricht. Das zweite De modulationssignal d2 und die Modulationsfunktion u werden so wohl einer Auswerteeinrichtung 20 als auch dem Signalgenera tor 17 zugeführt. Dabei werden die Mittel 18 zur Frequenzein stellung in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion u und der Frequenz des zweiten Demodulationssignals s2 derart ge steuert, daß jedesmal, wenn sich der Funktionswert der Modu lationsfunktion u um einen vorgegebenen Betrag geändert hat, die Frequenz des zweiten hochfrequenten Signals s2 so weit verändert wird, daß die Frequenz des zweiten Demodulations signals d2 einen vorgegebenen festen Frequenzwert annimmt. In der Auswerteeinrichtung 20 wird die Abhängigkeit zwischen der Frequenz des zweiten Demodulationssignals d2 und der Modula tionsfunktion u ermittelt und einer Korrektureinrichtung 21 zur Korrektur der von dem Funktionsgeber 2 erzeugten Modula tionsfunktion u im Sinne einer Linearisierung der Frequenz modulation herangezogen.

Fig. 6 zeigt ebenso wie auch schon Fig. 3 den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Frequenz f des von dem Oszillator 3 erzeugten Signals s und der Modulationsfunktion u. Mit f_s2 ist der treppenförmige Frequenzverlauf des von dem Signal generator 17 erzeugten zweiten hochfrequenten Signals s2 be zeichnet, der sich daraus ergibt, daß nach jeder vorgegebenen Änderung Δu des Funktionswertes der Modulationsfunktion u die Frequenz f_s2 des zweiten Signals s2 im Sinne einer Verringe rung der Frequenz f_d2 = f - f_s2 des zweiten Demodulations signals d2 auf den erwähnten vorgegebenen Frequenzwert, hier aus Gründen der besseren Anschaulichkeit der Wert Null, ver ändert wird.

Fig. 7 zeigt den in der Auswerteeinrichtung 17 ermittelten Verlauf der Frequenz f_d2 = f - f_s2 des zweiten Demodulations signals d2 in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion u, wo bei hier nur die um den Betrag Δu beabstandeten Frequenzwerte innerhalb des Frequenzverlaufs f_d2 interessieren und darge stellt sind. Diese Frequenzwerte entsprechen den stufenweise vorgenommenen Änderungen der Frequenz f_s2 des zweiten hoch frequenten Signals s2. Durch Aufsummieren (Integrieren) der Frequenzwerte über die Modulationsfunktion u läßt sich der Verlauf der Frequenz f des frequenzmodulierten Signals s rekonstruieren, so daß im weiteren die Frequenzmodulation in der anhand der Fig. 1 bis 4 bereits beschriebenen Weise vorgenommen werden kann. Aufgrund der stufenweise erfolgenden Frequenznachführung des zweiten hochfrequenten Signals s2 ergeben sich, wie ein Vergleich der Fig. 4 und 7 zeigt, für das zweite Demodulationssignal d2 vergleichsweise geringe Frequenzwerte, die im Größenbereich der im Rahmen der Ab standsmessung auftretenden Frequenz f_d des Demodulations signals d liegen und für die die Demodulatoreinrichtung 8 daher auch ausgelegt ist.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Abstandsmessung, die ebenso wie die Vorrichtung nach Fig. 1 eine Signalquelle 1, eine Sende-/Empfangseinrichtung 4, eine Demodulatoreinrichtung 8 mit nachgeordneter Signalauswerteeinrichtung 11, eine Auswerte einrichtung 13 und eine Korrektureinrichtung 21 enthält. Im Unterschied zu der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das dort mit d2 und hier mit d3 bezeichnete zweite Demodulationssignal nicht von der Demodulatoreinrichtung 8 sondern einer zweiten Demodulatoreinrichtung 22 erzeugt. Die zweite Demodulator einrichtung 22 ist Bestandteil einer zweiten, zur Abstands messung geeigneten Vorrichtung 23, die aber hier nur zur Erzeugung eines zweiten hochfrequenten Signals s3 und des zweiten Demodulationssignals d3 dient. Die zweite Vorrichtung 23 enthält neben der zweiten Demodulatoreinrichtung 22 einen Signalgenerator 24, der ebenso wie die Signalquelle 1 aufge baut sein kann, und eine Sende-/Empfangseinrichtung 25, die wie die Sende-/Empfangseinrichtungen 4 bzw. 14 aufgebaut sein kann. Da mit der Vorrichtung 23 kein Abstand gemessen werden soll, kann auf eine Antenne in der Sende-/Empfangseinrichtung 25 und auf eine Signalauswerteeinrichtung am Ausgang der Demodulatoreinrichtung 22 verzichtet werden.

Aufgrund einer losen Kopplung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinrichtungen 4 und 25 gelangt das von der Sende-/Empfangseinrichtung 4 abgestrahlte frequenzmodulierte Si gnal s über die zweite Sende-/Empfangseinrichtung 25 zu der zweiten Demodulatoreinrichtung 22, in der aus den beiden Si gnalen s und s3 das zweite Demodulationssignal d3 mit einer der Differenz der Frequenzen beider Signale s und s3 ent sprechenden Frequenz gebildet wird. Das zweite Demodulations signal d3 wird der Auswerteeinrichtung 13 zur Ermittlung der Abhängigkeit zwischen der Frequenz des zweiten Demodulations signals d3 und der Modulationsfunktion u zugeführt. In dem Signalgenerator 24 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine feste Frequenz für das zweite hochfrequente Signal s3 eingestellt werden, oder die Frequenz des Signals s3 kann nachgeführt werden, so wie dies anhand des Ausfüh rungsbeispiels nach Fig. 5 beschrieben wurde. Alternativ hierzu enthält bei dem hier in Fig. 8 gezeigten Ausführungs beispiel der Signalgenerator 24 Mittel 26 zur Umschaltung zwischen mindestens zwei verschiedenen Festfrequenzen für das Signal s3.

Die Verwendung zweier Demodulatoreinrichtungen 8 und 22 hat den Vorteil, daß die Demodulatoreinrichtung 8 speziell zur Verarbeitung der vergleichsweise kleinen Frequenzen f_d des Demodulationssignals d ausgelegt sein kann (vergleiche Fig. 3), während die zweite Demodulatoreinrichtung 22 zur Verarbeitung des gesamten Frequenzhubs f_max - f_min bzw. des durch die Mittel 26 zum Umschalten zwischen mindestens zwei verschiedenen Festfrequenzen entsprechend unterteilten Fre quenzhubs ausgelegt ist.

Da entsprechend der vorangehenden Beschreibung nicht die Demodulationssignale d, d1, d2 und d3 selbst, sondern le diglich ihre Frequenzen von Interesse sind, beinhaltet die schematische Darstellung der Ausführungsbeispiele in den Fig. 1, 5 und 8 auch die Möglichkeit, lediglich diese Frequenzen den Einrichtungen 11, 13, 18 und 20 zuzuführen.

Die Signalverarbeitung in den Vorrichtungen zur Abstandsmes sung kann analog oder digital erfolgen, so daß auch die Modu lationsfunktion u aus zeit- und ggf. auch wertediskreten Funktionswerten bestehen kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Abstandsmessung

- mit einer Signalquelle (1) zur Erzeugung eines hochfre quenten und mit einer von einem Funktionsgeber (2) erzeug ten Modulationsfunktion (u) frequenzmodulierten Signals (s),
- mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (4, 14) zum Abstrahlen des Signals (s) und zum Empfangen eines von einem Objekt (7) zurückreflektierten Signals (e) und
- mit einer Demodulatoreinrichtung (8) zur Erzeugung eines Demodulationssignals (d) aus dem empfangenen Signal (e) und dem gleichzeitig abzustrahlenden Signal (s) mit einer der Differenz zwischen den Frequenzen beider Signale (s, e) entsprechenden Frequenz (f_d) als Maß für den Abstand (a) zwischen der Vorrichtung und dem Objekt (7), dadurch gekennzeichnet,
- daß ein Signalgenerator (12, 17) zur Erzeugung eines zwei ten hochfrequenten Signals (s1, s2) an der Sende-/Empfangs einrichtung (4, 14) im Sinne einer Zuführung des zweiten hochfrequenten Signals (s1, s2) zu der Demodulatoreinrichtung (8) und der Erzeugung eines zweiten Demodulationssi gnals (d1, d2) aus dem abzustrahlenden Signal (s) und dem zweiten hochfrequenten Signal (s1, s2) angekoppelt ist,
- daß eine Auswerteeinrichtung (13, 20) zur Ermittlung der Abhängigkeit zwischen der Frequenz (f_d1, f_d2) des zweiten Demodulationssignals (d1, d2) und dem Verlauf der Modula tionsfunktion (u) vorhanden ist und
- daß eine Korrektureinrichtung (21) vorhanden ist, welche gemäß der ermittelten Abhängigkeit die von dem Funktions geber (2) erzeugte Modulationsfunktion (u) oder das für den Abstand (a) ermittelte Maß im Sinne einer Linearisierung der Frequenzmodulation korrigiert.

2. Vorrichtung zur Abstandsmessung

- mit einer Signalquelle (1) zur Erzeugung eines hochfre quenten und mit einer von einem Funktionsgeber (2) erzeug ten Modulationsfunktion (u) frequenzmodulierten Signals (s),
- mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (4) zum Abstrahlen des Signals (s) und zum Empfangen eines von einem Objekt (7) zurückreflektierten Signals (e) und
- mit einer Demodulatoreinrichtung (8) zur Erzeugung eines Demodulationssignals (d) aus dem empfangenen Signal (e) und dem gleichzeitig abzustrahlenden Signal (s) mit einer der Differenz zwischen den Frequenzen beider Signale (s, e) entsprechenden Frequenz (f_d) als Maß für den Abstand (a) zwischen der Vorrichtung und dem Objekt (7), dadurch gekennzeichnet,
- daß ein Signalgenerator (24) zur Erzeugung eines zweiten hochfrequenten Signals (53) vorhanden ist,
- daß eine mit dem zweiten hochfrequenten Signal (s3) beauf schlagte zweite Demodulatoreinrichtung (22) an der Sende-/Empfangseinrichtung (4) im Sinne einer Zuführung des abzu strahlenden oder abgestrahlten Signals (s) zu der zweiten Demodulatoreinrichtung (22) und der Erzeugung eines zweiten Demodulationssignals (d3) aus dem abzustrahlenden oder abgestrahlten Signal (s) und dem zweiten hochfrequenten Signal (s3) angekoppelt ist,
- daß eine Auswerteeinrichtung (13) zur Ermittlung der Ab hängigkeit zwischen der Frequenz des zweiten Demodula tionssignals (d3) und dem Verlauf der Modulationsfunktion (u) vorhanden ist und
- daß eine Korrektureinrichtung (21) vorhanden ist, welche gemäß der ermittelten Abhängigkeit die von dem Funktions geber (2) erzeugte Modulationsfunktion (u) oder das für den Abstand (a) ermittelte Maß im Sinne einer Linearisierung der Frequenzmodulation korrigiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Signalgenerator (12) ein Festfrequenz- Signalgenerator ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Signalgenerator (24) Mittel (26) zur Umschaltung zwischen mindestens zwei verschiedenen Festfre quenzen enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Signalgenerator (17) Mittel (18) zur veränderbaren Frequenzeinstellung enthält und daß diese Mittel (18) in Abhängigkeit von der Modulationsfunktion (u) und der Frequenz (f_d2) des zweiten Demodulationssignals (d2) derart einstellbar sind, daß nach einer vorgegebenen Änderung (Δu) des Funktionswertes im Verlauf der Modulationsfunktion (u) die Frequenz (f_s2) des zweiten hochfrequenten Signals (s2) im Sinne einer Verringerung der Frequenz (f_d2) des zweiten Demodulationssignals (d2) auf einen vorgegebenen Frequenzwert verändert wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Modulationsfunktion aus diskreten Funktionswerten besteht.