[发明专利]使用渡越时间原理进行光电子非接触距离测量的方法和设备

说明书

在第一方面中，根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种使 用渡越时间(transit time)原理进行光电子非接触距离测量的方法。

在第二方面中，根据权利要求13的前序部分，本发明针对一种使 用渡越时间原理进行光电子非接触距离测量的设备。

关于所使用的方法，用于非接触距离测量的光电子传感器再分成 不同的种类。

非常精确地测量范围或距离的第一可能性包括测量发射和接收波 的相位。在这种方法中，由激光二极管发射正弦波。通过将发射波的 相位与接收波的相位相比较，可以确定距离。

与此不同，在脉冲渡越时间方法中，由光源发射短脉冲。通过测 量脉冲发射与反射光的检测之间的渡越时间，可以确定反射物体的距 离。本发明涉及这种方法。

背景技术

在此类方法中，根据起始信号与回波信号之间的时间差来确定物 体与传感单元的距离，所述回波信号从该物体所反射的光学测量脉冲 得到。为了确定所述时间差，执行以下步骤：a)通过将起始信号和回 波信号与数字时钟相比较，获得数字原始值；b)借助于至少两个精插 补器，确定起始信号与数字原始值的开始之间的初始时间差以及回波 信号与数字原始值的结束之间的最后时间差；c)所述精插补器在每种 情况下都提供有分别对应于初始时间差或最后时间差的模拟信号，并 分别被转换为数字初始时间差或数字最后时间差。

此类设备具有传感单元，所述传感单元带有至少一个用于发射光 脉冲的光源和用于检测光脉冲的检测器，物体与传感单元的距离可根 据起始信号与回波信号之间的时间差确定，所述回波信号从物体所反 射的光学测量脉冲得到。此类设备还具有用于确定时间差的时间测量 单元，该时间测量单元具有以下组件：用于根据起始信号和回波信号 确定数字原始值的数字时钟、用于通过将分别对应于初始时间差或最 后时间差的模拟信号分别转换为数字初始时间差或数字最后时间差来 确定起始信号与数字原始值的开始之间的初始时间差以及回波信号与 数字原始值的结束之间的最后时间差的至少两个精插补器。

这种类型的方法和设备例如在用于确定塔式起重机的位置的储存 和传送技术中使用，而且在工业自动化领域中有许多其它用途。

CH 631 860 G中描述了一种用于目前使用的高分辨率时间测量的 方法和设备。

当使用精插补器时的普遍问题是，将模拟信号转换成数字值所需 的组件基本上始终具有非线性而且还经受漂移，例如温度和老化漂 移。这些机构对最后结果中获得的测量准确度有直接影响。关于此类 组件的精度要求越高，组件的成本通常越高。

DE 198 30 684 C1描述了一种光电子设备，其中用于时间测量的 起始脉冲被光耦合到光源之外。光电检测器中检测到的脉冲被交替地 用于开始和结束时间测量，以致由于基本的电子原因而出现不精确。 其中不执行基准测量以便计算出漂移。

US 2005/0119846 A1描述了一种用于校准测量设备的方法，其中 在单独校准模式下确定所使用的模拟数字转换器的校准曲线。被用作 基础的现有技术是为了进行校准而随机地生成校准信号。然而，这被 视为不利之处，因为为此需要相当长的时间段。

DE 197 04 340 A1中公开了另一种测距仪，其中从光源光耦合用 于时间测量的起始脉冲并将其提供给时间测量装置。光电检测器所检 测的脉冲被交替地用于开始和结束时间测量。

DE 197 03 633 A1描述了一种方法，其中在将确定的总时间差的 初始和最后时间间隔期间，每种情况下都发生精密电容器的充电。在 将该设备投入使用之前，必须执行校准测量以确定电容器的特性。

本发明的目的是提供一种使得可以提高测量准确度的上述类型的 方法和设备。

这个目的由具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求13的特 征的设备来实现。

本发明方法的优选变体以及本发明设备的有利实施例构成从属权 利要求的主题。

发明内容

上述类型的方法被创造性地进一步开发，即为了进行精插补器的 自动校准，根据步骤a)至c)执行了多次测量，并且假设在初始时间 差和最后时间差的确定值范围中值被测量的概率是等概率分布，计算 精插补器的特性的非线性和/或漂移的修正。