DE19644791C2 - Method and device for determining the light propagation time over a measuring section arranged between a measuring device and a reflecting object - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestim­ mung der Signallaufzeit über eine zwischen einer Meßvorrich­ tung und einem reflektierenden Objekt angeordnete Meßstrecke, bei dem ein in der Meßvorrichtung enthaltener Sender ein mo­ duliertes Signal s(t) über die Meßstrecke sendet, das von ei­ nem in der Meßvorrichtung enthaltenen Empfänger empfangen, in ein Empfangssignal e(t) gewandelt und in der Meßvorrichtung ausgewertet wird. Weiter ist die Erfindung auf eine Vorrich­ tung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet.The present invention relates to a method for determining measurement of the signal transit time between a measuring device device and a reflecting object arranged measuring section, in which a transmitter contained in the measuring device a mo Dulated signal s (t) sends over the test section, the egg receive receiver contained in the measuring device, in a received signal e (t) converted and in the measuring device is evaluated. The invention is also based on a Vorrich directed to perform this procedure.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen werden bei Abstands­ messungen eingesetzt, die den zu ermittelnden Abstand zwi­ schen Meßvorrichtung und reflektierendem Objekt bzw. die Län­ ge der Meßstrecke aus der Signallaufzeit über die Meßstrecke berechnen.Such methods and devices are used at a distance measurements used to determine the distance to be determined between rule measuring device and reflecting object or the Län ge of the measuring section from the signal transit time over the measuring section to calculate.

Bei derartigen Verfahren bzw. Vorrichtungen ist es oftmals problematisch, daß bei vergleichsweise großen Abständen eine sehr genaue Auflösung erzielt werden muß, wobei zudem bezüg­ lich der verwendeten Strahlungsleistung die bestehenden Vor­ schriften hinsichtlich der Augensicherheit eingehalten werden müssen.It is often the case with such methods and devices problematic that a at relatively large distances very precise resolution must be achieved, besides Lich the existing radiant power Regulations regarding eye safety are observed have to.

Zur Erfüllung der genannten Anforderungen ist bei Vorrichtun­ gen bzw. Verfahren gemäß dem Stand der Technik ein hoher technischer Aufwand zu betreiben, der sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt. In order to meet the above-mentioned requirements, gene or methods according to the prior art a high to operate technical effort that negatively affects the Efficiency affects.  

In der DE 34 35 949 C2 ist ein CW-Radarsystem beschrieben, bei dem das Sendesignal moduliert wird und zur Bestimmung der Entfernung eines jeweiligen Zielobjekts Echosignale mit un­ terschiedlich verzögerten Wiederholungen des Sendesignals korrigiert werden, um die laufzeitbedingte Verzögerung der Echosignale feststellen zu können. Die gesuchte Entfernung ergibt sich aus dem Korrelationsergebnis, bei dem die beste Anpassung zwischen einer bestimmten verzögerten Wiederholung des Sendesignals und dem Empfangssignal festzustellen ist. Vergleichbare Systeme sind auch in der DE 39 37 787 C1 und der DE 33 16 630 C2 beschrieben.DE 34 35 949 C2 describes a CW radar system in which the transmission signal is modulated and for determining the Distance of a target object echo signals with un differently delayed repetitions of the transmission signal to be corrected for the delay due to the transit time To be able to determine echo signals. The distance searched results from the correlation result in which the best Adjustment between a certain delayed retry the transmission signal and the reception signal can be determined. Comparable systems are also in DE 39 37 787 C1 and described in DE 33 16 630 C2.

Gemäß der DE 32 39 403 C2 werden zur Bestimmung von Laufzei­ ten Empfangssignale in ein komplexes Frequenzspektrum umge­ wandelt und die komplexen Frequenzspektren konjugiert komplex miteinander multipliziert. Das erhaltene Kreuzspektrum wird anschließend in den Zeitbereich rücktransformiert. Aus dem Betrag der Rücktransformierten werden dann die Laufzeiten von an unterschiedlichen Stellen empfangenen Signalen ermittelt.According to DE 32 39 403 C2 are used to determine the running time received signals into a complex frequency spectrum converts and the complex frequency spectra conjugate complex multiplied together. The cross spectrum obtained is then transformed back into the time domain. From the The amount of the back-transformed will then be the terms of signals received at different locations are determined.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem wirtschaftlichen Auf­ wand unter Gewährleistung der Augensicherheit auch bei großen Abständen eine hohe Auflösung erzielbar ist.An object of the present invention is to provide a Method or a device of the type mentioned above train that with the lowest possible economic up wall, ensuring eye safety even with large ones Intervals a high resolution can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit über eine zwischen einer Meßvorrichtung und einem reflektierenden Objekt angeordnete Meßstrecke, bei dem ein in der Meßvorrichtung enthaltener Sender ein moduliertes Signal s(t) über die Meßstrecke sen­ det, das von einem in der Meßvorrichtung enthaltenen Empfän­ ger empfangen, in ein Empfangssignal e(t) gewandelt und in der Meßvorrichtung ausgewertet wird, zwischen den Sende- und Empfangssignalen s(t) und e(t) eine Korrelationsfunktion k(t) gebildet wird, indem die Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) in den Frequenzbereich trans­ formiert werden, im Frequenzbereich das Spektrum K(f) der Korrelationsfunktion k(t) aus den Spektren S(f) und E(f) der Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) berechnet und an­ schließend durch Rücktransformation in den Zeitbereich die Korrelationsfunktion k(t) bestimmt wird, das Maximum k_max = k(t_max) der Korrelationsfunktion k(t) ermittelt wird, t_max zur Bestimmung der Signallaufzeit ausgewertet wird, zur Bildung des Spektrums K(f) der Korrelationsfunktion k(t) das Produkt A(f) aus dem Spektrum E(f) und dem konjugiert komple­ xen Spektrum S*(f) bzw. aus dem Spektrum S(f) und dem konju­ giert komplexen Spektrum E*(f) gebildet wird und das Spektrum A(f) symmetrisch bezüglich der Frequenz f in die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) aufgespalten wird und zwischen die Teilspek­ tren A₁(f) und A₂(f) q = (i × p) - p Amplitudenwerte w_j (1 ≦ j ≦ q) eingefügt werden, wobei i den ganzzahligen Interpolati­ onsfaktor darstellt.This object is achieved according to the invention by a method for determining the signal transit time over a measuring path arranged between a measuring device and a reflecting object, in which a transmitter contained in the measuring device detects a modulated signal s (t) over the measuring path, which is detected by a sensor in the Receiving measuring device contained receiver received, converted into a reception signal e (t) and evaluated in the measuring device, between the transmission and reception signals s (t) and e (t) a correlation function k (t) is formed by the transmission and Receive signals s (t) and e (t) are transformed into the frequency range, in the frequency range the spectrum K (f) of the correlation function k (t) from the spectra S (f) and E (f) of the transmit and receive signals s ( t) and e (t) are calculated and the correlation function k (t) is then determined by back-transformation into the time domain, the maximum k _max = k (t _max ) of the correlation function k (t) is determined , t _{max is} evaluated to determine the signal transit time, to form the spectrum K (f) of the correlation function k (t) the product A (f) from the spectrum E (f) and the conjugate complex spectrum S * (f) or is formed from the spectrum S (f) and the conjugated complex spectrum E * (f) and the spectrum A (f) is split symmetrically with respect to the frequency f into the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) and between the subspecs A ₁ (f) and A ₂ (f) q = (i × p) - p amplitude values w _j (1 ≦ j ≦ q) are inserted, where i represents the integer interpolation factor.

Erfindungsgemäß wird also eine Korrelationsfunktion zwischen den Sende- und Empfangssignalen gebildet, wobei diese Bildung im Frequenzbereich durchgeführt wird. Dadurch können preis­ günstige Bauelemente verwendet werden, da lediglich mit Fre­ quenzen gearbeitet wird, die in der Videotechnik gebräuchlich sind.According to the invention, a correlation function between the transmit and receive signals formed, this formation is carried out in the frequency domain. This can price inexpensive components are used, since only with Fre sequences that are used in video technology are.

Bevorzugt werden das auszusendende Signal s(t) in Form von p (p < 0) Digitalwerten in einem Sendespeicher abgelegt, die gespeicherten Digitalwerte sequentiell ausgelesen und einem mit einem Steuertaktsignal beaufschlagten, den Sender ansteu­ ernden D/A-Wandler zugeführt, das Empfangssignal e(t) einem mit dem Steuertaktsignal beaufschlagten A/D-Wandler zugeführt, die von dem A/D-Wandler gelieferten Werte in einem Empfangsspeicher abgelegt und die Spektren S(f) und E(f) aus den im Sende- und im Empfangsspeicher gespeicherten Signalen s(t) und e(t) berechnet.The signal s (t) to be emitted is preferred in the form of p (p <0) digital values stored in a transmit memory, the stored digital values sequentially read and one acted on with a control clock signal, control the transmitter are fed to the D / A converter, the received signal e (t) supplied with the control clock signal A / D converter,  the values supplied by the A / D converter in one Received memory stored and the spectra S (f) and E (f) from the signals stored in the transmit and receive memories s (t) and e (t) are calculated.

Erfindungsgemäß werden also der D/A-Wandler und der A/D- Wandler synchron mit dem identischen Steuertaktsignal beauf­ schlagt, was zur Folge hat, daß immer genau dann, wenn ein Digitalwert aus dem Sendespeicher in einen Analogwert gewan­ delt und vom Sender ausgesandt wird, der im gleichen Augen­ blick vom Empfänger gelieferte Analogwert in einen Digital­ wert gewandelt und im Empfangsspeicher abgelegt wird. Nach einem Sende- und Empfangszyklus liegen folglich im Sende- und im Empfangsspeicher Signale im wesentlichen gleicher Kurven­ form, wobei, unter Vernachlässigung interner Signallaufzeiten das empfangene Signal gegenüber dem ausgesandten Signal zeit­ lich um die einer bestimmten Anzahl von Taktzyklen entspre­ chende Signallaufzeit über die Meßstrecke verschoben ist.According to the invention, the D / A converter and the A / D Transducer in sync with the identical control clock signal strikes, which has the consequence that always exactly when a Won digital value from the transmit memory into an analog value delt and is broadcast by the broadcaster in the same eye view of the analog value delivered by the receiver into a digital value converted and stored in the receive memory. To a send and receive cycle are consequently in the send and signals of substantially the same curves in the reception memory form, whereby, neglecting internal signal propagation times the received signal compared to the transmitted signal time Lich corresponds to that of a certain number of clock cycles signal runtime is shifted over the test section.

Die der Lichtlaufzeit entsprechende Anzahl der Taktzyklen wird erfindungsgemäß dadurch ermittelt, daß zwischen dem Sen­ de- und dem Empfangssignal eine Korrelationsfunktion gebildet wird, wobei die Bildung dieser Korrelationsfunktion erfin­ dungsgemäß im Frequenzbereich durchgeführt wird und nach Rücktransformation des Spektrums der Korrelationsfunktion in den Zeitbereich das Maximum der Korrelationsfunktion ermit­ telt wird. Beim Maximum der Korrelationsfunktion sind Sende- und Empfangssignale so weit relativ zueinander verschoben, daß ihre Kurven einen minimalen Abstand voneinander aufweisen bzw. sich weitgehend überdecken.The number of clock cycles corresponding to the light travel time is determined according to the invention in that between the Sen de- and the received signal formed a correlation function , the formation of this correlation function being invented is carried out appropriately in the frequency domain and after Reverse transformation of the spectrum of the correlation function in the time range determines the maximum of the correlation function is communicated. At the maximum of the correlation function, and received signals shifted so far relative to one another, that their curves are a minimal distance apart or largely overlap.

Da diese Verschiebung exakt der Signallaufzeit bzw. der An­ zahl der Taktzyklen, die zwischen dem Aussenden und dem Emp­ fangen des Signals verstrichen sind, entspricht, wird der die Verschiebung kennzeichnende Zeitwert in einer bevorzugten Ausführungsform als zu bestimmende Signallaufzeit verwendet.Since this shift exactly the signal transit time or the on number of clock cycles between sending and emp catches of the signal have passed, the will  Shift characteristic time value in a preferred Embodiment used as the signal delay to be determined.

Somit läßt sich erfindungsgemäß die Signallaufzeit mit gerin­ gem Rechenaufwand unter Einsatz kostengünstiger Bauelemente ermitteln, ohne daß beispielsweise wie beim Stand der Technik ein großer optischer Aufwand betrieben oder ein GHz-Zähler eingesetzt werden muß.Thus, according to the invention, the signal transit time can be reduced computational effort using inexpensive components determine without, for example, as in the prior art a great optical effort operated or a GHz counter must be used.

Durch die erfindungsgemäße Interpolation bereits im Frequenz­ bereich wird erreicht, daß kein systematischer Fehler beim Berechnen der Korrelationsfunktion entsteht, wobei das rück­ transformierte Zeitsignal der Korrelationsfunktion über den Interpolationsfaktor i zeitlich gedehnt wird, so daß sich ei­ ne um den Faktor i erhöhte Anzahl von Stützstellen ergibt, die zu einer höheren Genauigkeit führen.Due to the interpolation according to the invention already in frequency area is achieved that no systematic error in the Calculating the correlation function arises, the back transformed time signal of the correlation function over the Interpolation factor i is expanded in time, so that ei ne results in an increased number of support points by a factor of i, which lead to higher accuracy.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung wird das Maximum der Korrelationsfunktion k(t) durch ein Kurvenfitting-Verfahren bestimmt, wobei bevorzugt ein insbe­ sondere quadratisches Polynom p(t) ermittelt wird, dessen Ab­ stand bzw. das Quadrat des Abstandes zur Korrelationsfunktion k(t) im Bereich von k_max minimal ist. Nach Bestimmung des Ma­ ximums p_max = p(t_max/pol) wird anstelle t_max zur Bestimmung der Signallauf Zeit t_max/pol ausgewertet und insbesondere direkt als Repräsentant für die Signallaufzeit verwendet. Dabei können zur Ermittlung des Polynoms drei oder mehr Werte der Korrela­ tionsfunktion k(t) herangezogen werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the maximum of the correlation function k (t) is determined by a curve fitting method, preferably a particular quadratic polynomial p (t) is determined, the distance from or the square of the distance to the correlation function k (t) is minimal in the range of k _max . After determining the maximum p _max = p (t _{max / pol} ), t _{max / pol is} evaluated instead of t _max to determine the signal run time and is used in particular directly as a representative for the signal run time. Three or more values of the correlation function k (t) can be used to determine the polynomial.

Problematisch bei den beschriebenen Verfahren ist die Tatsa­ che, daß Signallaufzeiten innerhalb der Meßvorrichtung zu Meßfehlern führen. Diese können durch Einschaltung einer Re­ ferenzstrecke eliminiert werden, in der Referenzsignale iden­ tische oder entsprechende Bauelemente für die Meßsignale durchlaufen. Die von Meßfehlern bereinigte Signallaufzeit kann in diesem Fall dadurch erhalten werden, daß bei der Be­ stimmung der Korrelationsfunktion anstelle des Sendesignals s(t) das über die Referenzstrecke empfangene Referenzsignal r(t) verwendet wird, da sich bei Bestimmung der Korrelations­ funktion zwischen dem Referenzsignal r(t) und dem Empfangs­ signal e(t) die geräteinternen Laufzeiten gegenseitig kompen­ sieren und nach Bestimmen des Maximums der Korrelationsfunk­ tion der Zeitwert t'_max von entsprechenden Meßfehlern berei­ nigt ist.The problem with the described methods is the fact that signal propagation times within the measuring device lead to measuring errors. These can be eliminated by switching on a reference path in which reference signals pass through identical or corresponding components for the measurement signals. The signal propagation time cleaned of measurement errors can be obtained in this case by using the reference signal r (t) received over the reference path when determining the correlation function instead of the transmission signal s (t), since the correlation function between the reference signal is used to determine the correlation function r (t) and the received signal e (t) mutually compensate for the internal runtimes and after determining the maximum of the correlation function the time value t ' _max is cleared of corresponding measurement errors.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem­ zufolge zur Bestimmung der Signallaufzeit anstelle des Si­ gnals s(t) das über die Referenzstrecke empfangene Referenz­ signal r(t) verwendet, insbesondere wird das Spektrum R(f) aus den im Referenzempfangsspeicher gespeicherten Referenzsi­ gnalen r(t) berechnet, das Produkt A'(f) = E (f) × R*(f) bzw. A'(f) = E*(f) × R(f) bestimmt, das Spektrum K'(f) gemäß der Gleichung
In a preferred embodiment of the invention, the reference signal r (t) received over the reference path is therefore used to determine the signal transit time instead of the signal s (t), in particular the spectrum R (f) is obtained from the reference signals r stored in the reference reception memory (t) calculated, the product A '(f) = E (f) × R * (f) or A' (f) = E * (f) × R (f) determines, the spectrum K '(f) according to the equation

gebildet und durch Rücktransformation in den Zeitbereich die Korrelationsfunktion k'(t) bestimmt. Nach Ermittlung des Ma­ ximums k'_max = k'(t'_max) der Korrelationsfunktion k'(t) kann t'_max direkt als zu bestimmende Signallaufzeit verwendet wer­ den.formed and the correlation function k '(t) determined by back-transformation in the time domain. After determining the maximum k ' _max = k' (t ' _max ) of the correlation function k' (t), t ' _max can be used directly as the signal propagation time to be determined.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, das Referenzsignal r(t) nicht anstelle des Sendesi­ gnals s(t) zu verwenden, sondern zusätzlich zur Bildung der Korrelationsfunktion k(t) zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Empfangssignal e(t) in analoger Weise eine Korrelations­ funktion k"(t) zwischen dem über die Referenzstrecke empfan­ genen Referenzsignal r(t) und dem Sendesignal s(t) zu bilden. Die beiden ermittelten Korrelationsfunktionen k(t) und k"(t) enthalten dann beide den gleichen, durch die Bauelemente be­ dingten Meßfehler. Nach Bestimmung jeweils des Maximums der Korrelationsfunktionen k(t) und k"(t) kann die Differenz der beiden ermittelten Signallaufzeiten t_max und t"_max, die beide mit dem Meßfehler der Signallaufzeiten innerhalb der Meßvor­ richtung behaftet sind, gebildet werden, so daß dieser Meß­ fehler durch die Differenzbildung eliminiert wird.According to a further embodiment of the invention, it is also possible not to use the reference signal r (t) instead of the transmission signal s (t), but in addition to forming the correlation function k (t) between the transmission signal s (t) and the reception signal e (t) in an analogous manner to form a correlation function k "(t) between the reference signal r (t) received via the reference link and the transmission signal s (t). The two determined correlation functions k (t) and k" (t) then both contain the same measurement errors caused by the components. After determining the maximum of the correlation functions k (t) and k "(t), the difference between the two determined signal transit times t _max and t" _max , both of which are associated with the measurement error of the signal transit times within the measuring device, can be formed, so that this measurement error is eliminated by the difference.

Bevorzugt können für das erfindungsgemäße Verfahren Lichtsi­ gnale, Ultraschallsignale oder Mikrowellensignale verwendet werden.Lightsi signals, ultrasonic signals or microwave signals are used become.

Eine mögliche Ausführungsform einer Meßvorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt beispiels­ weise einen Sendespeicher zum Speichern des auszusendenden Signals s(t) in Form von Digitalwerten, einen vom Sendespei­ cher beaufschlagten und den Sender ansteuernden D/A-Wandler, einen mit dem Empfangssignal e(t) beaufschlagten A/D-Wandler, einen Empfangsspeicher zum Speichern der von dem A/D-Wandler gelieferten Werte und einen den D/A-Wandler und den A/D- Wandler mit jeweils dem identischen Steuertaktsignal beauf­ schlagenden Taktgeber, wobei die Auswerteschaltung mit Mit­ teln zur Transformation der Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) in den Frequenzbereich, zur Bildung des Spektrums K(f) einer Korrelationsfunktion k(t) zwischen den im Sende- und im Empfangsspeicher gespeicherten Signalen s(t) und e(t) zur Rücktransformation des Spektrums K(f) in den Zeitbereich und zur Ermittlung des die zu bestimmende Laufzeit t_max reprä­ sentierenden Maximums k_max = k(t_max) der Korrelationsfunktion k(t) versehen ist, und wobei zur Bildung des Spektrums K(f) der Korrelationsfunktion k(t) das Produkt A(f) aus dem Spek­ trum E(f) und dem konjugiert komplexen Spektrum S*(f) bzw. aus dem Spektrum S(f) und dem konjugiert komplexen Spektrum E*(f) gebildet wird und das Spektrum A(f) symmetrisch bezüg­ lich der Frequenz f in die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) auf­ gespalten wird und zwischen die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) q = (i × p) - p Amplitudenwerte w_j (1 ≦ j ≦ q) eingefügt wer­ den, wobei i den ganzzahligen Interpolationsfaktor darstellt.A possible embodiment of a measuring device for carrying out the method according to the invention has, for example, a transmit memory for storing the signal to be transmitted s (t) in the form of digital values, a D / A converter acted upon by the transmit memory and controlling the transmitter, one with the received signal e (t) acted upon A / D converter, a reception memory for storing the values supplied by the A / D converter and a clock generator which respectively applies the identical control clock signal to the D / A converter and the A / D converter, the Evaluation circuit with means for transforming the transmit and receive signals s (t) and e (t) into the frequency domain, for forming the spectrum K (f) of a correlation function k (t) between the signals s (stored in the transmit and receive memories) t) and e (t) for transforming the spectrum K (f) back into the time domain and for determining the maximum k _max = representing the transit time t _max to be determined k (t _max ) of the correlation function k (t) is provided, and the product A (f) from the spectrum E (f) and the conjugate complex spectrum S being used to form the spectrum K (f) of the correlation function k (t) * (f) or from the spectrum S (f) and the conjugate complex spectrum E * (f) is formed and the spectrum A (f) symmetrically with respect to the frequency f in the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ ( f) is split and inserted between the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) q = (i × p) - p amplitude values w _j (1 ≦ j ≦ q), where i represents the integer interpolation factor.

Bevorzugt kann am Ende einer zusätzlich vorgesehenen Refe­ renzstrecke ein mit der Auswerteschaltung koppelbarer Refe­ renzempfänger zur Erzeugung eines Referenzsignals r(t) vorge­ sehen sein. In diesem Fall umfaßt die Meßvorrichtung vorteil­ haft einen von dem Referenzsignal r(t) und dem Steuertaktsi­ gnal beaufschlagten A/D-Wandler, einen Empfangsspeicher zum Speichern der von dem A/D-Wandler gelieferten Werte und Mit­ tel zur Transformation der Referenzsignale r(t) in den Fre­ quenzbereich, zur Bildung des Spektrums K"(f) einer Korrela­ tionsfunktion k"(t) zwischen den im Empfangs- und im Referen­ zempfangsspeicher gespeicherten Signalen e(t) und r(t), zur Rücktransformation des Spektrums K"(f) in den Zeitbereich und zur Ermittlung des Maximums k"_max = k"(t"_max) der Korrelations­ funktion k"(t). Dabei kann für das Empfangssignal e(t) und das Referenzsignal r(t) derselbe A/D-Wandler sowie derselbe Empfangsspeicher verwendet werden, indem die Signale bei­ spielsweise über einen Umschalter wechselseitig dem A/D-Wand­ ler zugeführt werden und in unterschiedlichen Adreßbereichen des Empfangsspeichers abgelegt werden.At the end of an additionally provided reference path, a reference receiver which can be coupled to the evaluation circuit for generating a reference signal r (t) can be provided. In this case, the measuring device advantageously comprises an A / D converter acted upon by the reference signal r (t) and the control clock signal, a reception memory for storing the values supplied by the A / D converter and means for transforming the reference signals r ( t) in the frequency range, to form the spectrum K "(f) a correlation function k" (t) between the signals stored in the receive and in the reference receiver memory e (t) and r (t), for back-transforming the spectrum K "(f) in the time domain and to determine the maximum k" _max = k "(t" _max ) of the correlation function k "(t). The same A. can be used for the received signal e (t) and the reference signal r (t) / D converter and the same receive memory can be used by alternately feeding the signals to the A / D converter via a changeover switch and storing them in different address areas of the receive memory.

Durch eine solche Vorrichtung können die von der Meßvorrich­ tung verursachten Meßfehler kompensiert werden, indem bei­ spielsweise Mittel zur Bildung der die zu bestimmenden Lauf­ zeit repräsentierenden Differenz Δt_max = |t_max - t"_max| vorgesehen sind. Weiterhin können durch die Verwendung derselben elektronischen Bauelemente für das Empfangssignal e(t) und das Referenzsignal r(t) zusätzliche systematische Fehler ver­ hindert werden.Such a device can compensate for the measuring errors caused by the measuring device, for example by providing means for forming the difference Δt _max = | t _max - t " _max | representing the running time to be determined Components for the received signal e (t) and the reference signal r (t) prevent additional systematic errors.

Eine weitere bevorzugte Meßvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt anstelle der Mittel zur Verarbeitung der Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) Mittel zur entsprechenden Verarbeitung der Referenz- und Emp­ fangssignale r(t) und e(t), so daß durch Transformation in den Frequenzbereich und anschließende Rücktransformation eine Korrelationsfunktion k'(t) zwischen dem Referenzsignal r(t) und dem Empfangssignal e(t) berechnet werden kann, deren Ma­ ximum k'_max bei einem Zeitwert t'_max gelegen ist, der unmittel­ bar die von den durch die Meßvorrichtung verursachten Meßfeh­ lern bereinigte Signallaufzeit darstellt.Another preferred measuring device for performing the method according to the invention has instead of the means for processing the transmit and receive signals s (t) and e (t) means for the corresponding processing of the reference and received signals r (t) and e (t), so that a correlation function k '(t) between the reference signal r (t) and the received signal e (t) can be calculated by transformation into the frequency domain and subsequent inverse transformation, the maximum of which k' _{max is located} at a time value t ' _max which immediately represents the signal delay adjusted by the measuring errors caused by the measuring device.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Meß­ vorrichtungen lassen sich bevorzugt in einer Reflexionslicht­ schranke verwenden. Bei derartigen Reflexionslichtschranken sind Lichtsender und Lichtempfänger in einem Gehäuse angeord­ net, wobei das vom Lichtsender ausgesandte Licht von einem reflektierenden Objekt in sich selbst reflektiert und vom Lichtempfänger empfangen wird. Eine derartige Reflexions­ lichtschranke gibt immer dann ein Warn- bzw. Steuersignal ab, wenn die empfangene Strahlungsleistung einen vorgegebenen Pe­ gel unterschreitet.The method according to the invention and the measurement according to the invention devices can preferably be in a reflection light use the barrier. With such reflection light barriers light transmitters and light receivers are arranged in one housing net, whereby the light emitted by the light transmitter by a reflecting object reflected in itself and from Light receiver is received. Such a reflection The light barrier always emits a warning or control signal if the received radiation power has a predetermined Pe gel falls below.

Für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere im Bereich der Sicherheitstechnik, ist es nötig, zusätzlich zu der Informa­ tion über den Pegel der empfangenen Signalleistung bzw. die Anwesenheit eines Objektes im zu überwachenden Bereich auch noch den Ort des reflektierenden Objekts zu bestimmen, um so beispielsweise Manipulationen am Reflektor erkennen zu kön­ nen. For certain applications, especially in the area of Security technology, it is necessary in addition to the informa tion on the level of the received signal power or the Presence of an object in the area to be monitored too yet to determine the location of the reflective object, so For example, to be able to recognize manipulations on the reflector NEN.  

Zu letztgenanntem Zweck kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung eingesetzt werden, um so eine Information über den Abstand zwischen der Meßvorrichtung und dem reflektierenden Objekt zu gewinnen. Die Komponenten Lichtsender und Lichtempfänger erfüllen in diesem Fall eine Doppelfunktion, da sie einerseits für die eigentliche Licht­ schrankenfunktion und andererseits für die Abstandsmessung verwendet werden. Dies trägt ebenfalls zur Kostenreduzierung bei, da die entsprechenden Komponenten in der Vorrichtung nur einfach vorhanden sein müssen.The method according to the invention can be used for the latter purpose or a corresponding device can be used, so information about the distance between the measuring device and gain the reflective object. The components In this case, the light transmitter and light receiver fulfill one Double function as it is for the actual light barrier function and on the other hand for distance measurement be used. This also helps to reduce costs at, since the corresponding components in the device only just have to be there.

Auch bei der Verwendung in Reflexionslichtschranken können anstelle von sichtbaren Lichtsignalen Ultraschallsignale oder Mikrowellensignale verwendet werden.Can also be used in retro-reflective sensors instead of visible light signals, ultrasonic signals or Microwave signals are used.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments of the invention The method and the devices according to the invention are in specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie­ ben; in diesen zeigen:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game described with reference to the drawings ben; in these show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a block diagram of an apparatus for imple out the method according to the invention,

Fig. 2 den Realteil des Spektrums E(f) eines Empfangs­ signals e(t), Fig. 2 shows the real part of the spectrum E (f) of a reception signal e (t),

Fig. 3 den Realteil des Spektrums K(f) einer erfindungsge­ mäß interpolierten Korrelationsfunktion k(t), Fig. 3 shows the real part of the spectrum C (f) of a erfindungsge Mäss interpolated correlation function k (t),

Fig. 4 die Gesamtdarstellung der erfindungsgemäß interpo­ lierten Korrelationsfunktion k(t), Fig. 4 shows the overall view of the present invention INTERPO profiled correlation function k (t),

Fig. 5 Stützstellen einer im Zeitbereich berechneten Kor­ relationsfunktion, Fig. 5 support points of a calculated in the time domain Cor relations functions,

Fig. 6 die durch ein Polynom angenäherte Korrelationsfunk­ tion nach Fig. 5, Fig. 6, the approximated by a polynomial correlation function after Fig. 5,

Fig. 7 eine Detaildarstellung der interpolierten Korrela­ tionsfunktion nach Fig. 4, Fig. 7 shows a detailed illustration of the interpolated correla tion function of Fig. 4,

Fig. 8 die Korrelationsfunktionen nach den Fig. 5 und 7 sowie zwei quadratische Polynome zur Annäherung dieser Korrelationsfunktionen, Fig. 8 shows the correlation functions of FIGS. 5 and 7 as well as two quadratic polynomials for approximation of these correlation functions,

Fig. 9 eine Detaildarstellung aus Fig. 8 und Fig. 9 is a detailed representation of Fig. 8 and

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung. Fig. 10 is a block diagram of another device constructed according to the invention.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt einen Licht­ sender 1, der Licht 2 über eine Meßstrecke zu einem Reflektor 3 sendet, der das Licht wiederum über die Meßstrecke zurück zu einem Lichtempfänger 4 reflektiert, wobei Lichtsender 1 und Lichtempfänger 4 vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäu­ se untergebracht sind.The block diagram shown in Fig. 1 shows a light transmitter 1 , which sends light 2 over a measuring path to a reflector 3 , which in turn reflects the light back over the measuring path to a light receiver 4 , light transmitter 1 and light receiver 4 preferably in a common housing se are housed.

Der Lichtsender 1 ist von einem D/A-Wandler 5 beaufschlagt, dem seinerseits in einem Sendespeicher 6 abgelegte Digital­ werte zugeführt werden.The light transmitter 1 is acted upon by a D / A converter 5 , which in turn is stored in a transmit memory 6 stored digital values.

Das Ausgangssignal des Lichtempfängers 4 wird einem A/D- Wandler 7 zugeleitet, der entsprechende Digitalwerte erzeugt und diese in einem Empfangsspeicher 8 ablegt. Der D/A-Wandler 5 und der A/D-Wandler 7 werden synchron betrieben und mit einem gemeinsamen Taktsignal beaufschlagt, das von einem Takt­ generator 9 erzeugt wird.The output signal of the light receiver 4 is fed to an A / D converter 7 , which generates corresponding digital values and stores them in a reception memory 8 . The D / A converter 5 and the A / D converter 7 are operated synchronously and acted upon with a common clock signal which is generated by a clock generator 9 .

Die im Sendespeicher 6 und im Empfangsspeicher 8 abgelegten Digitalsignale werden von einer Prozessoreinheit 10 abgeru­ fen, die aus diesen Signalen die Laufzeit des Lichtes über die Meßstrecke berechnet und diese über einen Ausgang 11 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.The digital signals stored in the transmit memory 6 and in the receive memory 8 are called up by a processor unit 10 , which calculates the transit time of the light over the measuring path from these signals and makes them available via an output 11 for further processing.

Im folgenden wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfah­ rens und der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung näher beschrieben:
Die im Sendespeicher 6 als digitales Signal abgelegte Impuls­ folge mit Impulsen und Impulspausen unterschiedlicher Breite wird vom D/A-Wandler 5 in ein Analogsignal gewandelt, das den vorzugsweise als Laserdiode ausgebildeten Lichtsender 1 be­ aufschlagt. Die auf diese Weise erzeugte Folge von Lichtim­ pulsen wird über die Meßstrecke in Richtung des Reflektors 3 abgestrahlt, der die Lichtimpulsfolge in umgekehrter Richtung über die Meßstrecke zum Lichtempfänger 4 reflektiert.The principle of the method according to the invention and the device designed according to the invention is described in more detail below:
The pulse stored in the transmit memory 6 as a digital signal with pulses and pulse pauses of different widths is converted by the D / A converter 5 into an analog signal, which opens the light transmitter 1 , which is preferably designed as a laser diode. The sequence of Lichtim pulses generated in this way is emitted over the measuring path in the direction of the reflector 3 , which reflects the light pulse sequence in the opposite direction over the measuring path to the light receiver 4 .

Der Lichtempfänger 4 erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, verstärkt dieses gegebenenfalls mittels einer zusätz­ lichen Verstärkerkomponente und führt es dem A/D-Wandler 7 zu, der das empfangene Signal in eine Folge von Digitalwerten wandelt, die dann wiederum im Empfangsspeicher 8 abgelegt wird.The light receiver 4 generates a corresponding electrical signal, amplifies this if necessary by means of an additional amplifier component and feeds it to the A / D converter 7 , which converts the received signal into a sequence of digital values, which in turn is then stored in the receive memory 8 .

Bei ungestörter Reflexion und Nichtberücksichtigung eventuell auftretender Störsignale liegen somit nach einem Sende-/Emp­ fangszyklus einer Folge von Lichtimpulsen im Sendespeicher 6 und im Empfangsspeicher 8 Signale gleicher Form vor, welche aufgrund der Lichtlaufzeit über die Meßstrecke sowie aufgrund interner Signallaufzeiten zeitlich gegeneinander verschoben sind.With undisturbed reflection and disregard for any interference signals that may occur, signals of the same form are present after a transmission / reception cycle of a sequence of light pulses in the transmission memory 6 and in the reception memory 8 , which signals are shifted in time due to the light propagation time over the measuring path and due to internal signal propagation times.

Sowohl die im Sendespeicher 6 als auch die im Empfangsspei­ cher 8 abgespeicherten digitalen Signale haben eine definier­ te Länge von p Impulsen zu je n Bit.Both the digital signals stored in the transmitter memory 6 and in the receiver memory 8 have a defined length of p pulses of n bits each.

Die Prozessoreinheit 10 errechnet die Fouriertransformierte S(f) von s(t) und E(f) von e(t). Dies kann zur Rechenzeitmi­ nimierung beispielsweise über bekannte FFT-Routinen erfolgen.The processor unit 10 calculates the Fourier transform S (f) from s (t) and E (f) from e (t). For computing time minimization, this can be done, for example, using known FFT routines.

Fig. 2 zeigt den Realteil des auf diese Weise erzeugten Spek­ trums E(f) eines Empfangssignals e(t) mit 256 Abtastwerten, die jeweils mit 8 Bit kodiert sind. Fig. 2 shows the real part of the spectrum E (f) generated in this way of a received signal e (t) with 256 samples, each encoded with 8 bits.

Um eine Interpolation der Korrelationsfunktion k(t) zu erhal­ ten, die keinen systematischen Fehler aufweist, wird in einem nächsten Verfahrensschritt von S(f) das konjugiert komplexe Spektrum S*(f) gebildet und in einem weiteren Verfahrens­ schritt das Spektrum E(f) mit dem konjugiert komplexen Spek­ trum S*(f) multipliziert. Auf diese Weise wird das Spektrum A(f) = E(f) × S*(f) erhalten.To obtain an interpolation of the correlation function k (t) ten, which has no systematic error, is in one next step of S (f) that conjugates complex Spectrum S * (f) formed and in a further process step the spectrum E (f) with the conjugate complex spec multiplied by S * (f). This way the spectrum A (f) = E (f) × S * (f) obtained.

Das Spektrum A(f) ist, wie die beiden Ausgangsspektren S(f) und E(f), bezüglich p/2 symmetrisch und wird in einem näch­ sten Verfahrensschritt in die beiden Teilspektren A₁(f) und A₂(f) geteilt. Diese ergeben sich somit zu
The spectrum A (f), like the two output spectra S (f) and E (f), is symmetrical with respect to p / 2 and is divided into the two sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) in a next process step , These result from this

Anschließend wird durch Einfügen von q "komplexen" Nullen (0 + j0) im Bereich zwischen p/2 und p/2 + 1 das modifizierte Spektrum K(f) gemäß nachstehender Gleichung gebildet, dessen Realteil in Fig. 3 dargestellt ist:
Then, by inserting q "complex" zeros (0 + j0) in the range between p / 2 and p / 2 + 1, the modified spectrum K (f) is formed according to the following equation, the real part of which is shown in FIG. 3:

Die Anzahl q der Nullen berechnet sich dabei gemäß der Glei­ chung
The number q of zeros is calculated according to the equation

q = (i × p) - p,
q = (i × p) - p,

wobei i den ganzzahligen Interpolationsfaktor darstellt. Ge­ mäß der Gleichung
where i represents the integer interpolation factor. According to the equation

bei der t_res das Laufzeitinkrement, f_s die Samplingfrequenz und n die Auflösung des Gesamtsystems in Bits darstellt, kann der Interpolationsfaktor sinnvoll bis i = 2ⁿ festgelegt wer­ den. Bei einer Kodierung der Signale mit 8 Bit und einer Taktfrequenz von 30 MHz ergibt sich somit eine mögliche Auf­ lösung von 130,21 ps.where t _{res is} the runtime increment, f _{s is} the sampling frequency and n is the resolution of the entire system in bits, the interpolation factor can be sensibly determined up to i = 2 ⁿ . When the signals are encoded with 8 bits and a clock frequency of 30 MHz, this results in a possible resolution of 130.21 ps.

Das Spektrum K(f) wird anschließend beispielsweise durch eine inverse schnelle Fouriertransformation in den Zeitbereich zu­ rücktransformiert, wodurch die gewünschte Korrelationsfunk­ tion k(t) mit interpolierten Stützstellen erhalten wird. The spectrum K (f) is then, for example, by a inverse fast Fourier transform in the time domain back-transformed, creating the desired correlation radio tion k (t) with interpolated nodes is obtained.  

Die Korrelationsfunktion k(t) ist in Fig. 4 für einen Inter­ polationsfaktor i = 10 und einer Signallänge von 256 Ab­ tastwerten dargestellt. Das erhaltene Zeitsignal wird über den Interpolationsfaktor i zeitlich gedehnt, so daß sich 256 × 10 = 2560 Stützstellen ergeben.The correlation function k (t) is shown in FIG. 4 for an interpolation factor i = 10 and a signal length of 256 samples. The time signal obtained is temporally stretched over the interpolation factor i, so that 256 × 10 = 2560 support points result.

Fig. 5 zeigt die Stützstellen einer Korrelationsfunktion kt(t), die im Zeitbereich durch Berechnung eines jeweiligen Korrelationswertes für jeden Abtastwert erzeugt wurde. Man erkennt, daß das Maximum diese Funktion nur in Intervallen von 1/Abtastfrequenz, d. h. im Beispiel entsprechend 33,33 ns ermittelbar ist. Bestimmt man das Maximum dieser im Zeitbe­ reich berechneten Korrelationsfunktion beispielsweise durch eine Interpolation mit einem Polynom zweiten Grades, so er­ hält man zur Bestimmung des Maximums kt_max(t_max) das in Fig. 6 dargestellte Polynom 12. Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, un­ terscheiden sich die Strukturen der Korrelationsfunktion kt(t) und des ermittelten Polynoms 12 deutlich, so daß ein nicht unbeachtlicher, systematischer Fehler bei der Bestim­ mung des Maximums und damit bei der Bestimmung der Signal­ laufzeit entsteht. Fig. 5 shows the support points of a correlation function kt (t) generated in the time domain by calculating a respective correlation value for each sample. It can be seen that the maximum of this function can only be determined at intervals of 1 / sampling frequency, ie in the example corresponding to 33.33 ns. If one determines the maximum of this correlation function calculated in the time domain, for example by interpolation with a polynomial of the second degree, then the polynomial 12 shown in FIG. 6 is held to determine the maximum kt _max (t _max ). As can be seen from FIG. 6, the structures of the correlation function kt (t) and the determined polynomial 12 differ significantly, so that a not inconsiderable, systematic error occurs in the determination of the maximum and thus in the determination of the signal transit time ,

Fig. 7 zeigt eine Detaildarstellung der mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren ermittelten interpolierten Korrelationsfunk­ tion gemäß Fig. 4, die das gesuchte Maximum der Korrelations­ funktion k(t) umfaßt. Zur Verdeutlichung der Verbesserung ge­ genüber der Bestimmung der Korrelationsfunktion im Zeitbe­ reich wurden die gleichen Maßstäbe wie in Fig. 5 gewählt. Da­ bei erfolgt die Umrechnung von dem in Fig. 4 dargestellten Zeitmaßstab (Stützstellen) in ns entsprechend der gewählten Taktfrequenz der verwendeten A/D- und D/A-Wandler. Bei der im Beispiel gewählten Taktfrequenz von 30 MHz (entsprechend 33,33 ns) ergibt sich ein Stützstellenabstand von 3,333 ns. Das Maximum der Korrelationsfunktion k(t) nach Fig. 4 liegt somit bei ca. 1301 × 3,333 ns = 4,336 µs bezogen auf den er­ sten Abtastwert (= 0 ns). Da in der Praxis nur ein Bereich von etwa 1 µs für Entfernungen bis ca. 150 m interessant sind, ergeben sich für diesen Bereich ±150 interpolierte Ab­ tastpunkte um das Maximum für das gewählte Beispiel mit i = 10, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. FIG. 7 shows a detailed representation of the interpolated correlation function ascertained with the method according to the invention, as shown in FIG. 4, which includes the searched maximum of the correlation function k (t). In order to clarify the improvement compared to the determination of the correlation function in the time range, the same standards were chosen as in FIG. 5. Since the conversion from the time scale shown in FIG. 4 (support points) into ns takes place in accordance with the selected clock frequency of the A / D and D / A converters used. With the clock frequency of 30 MHz selected in the example (corresponding to 33.33 ns), the distance between the nodes is 3.333 ns. The maximum of the correlation function k (t) according to FIG. 4 is thus approximately 1301 × 3.333 ns = 4.336 μs based on the first sample value (= 0 ns). Since in practice only a range of approximately 1 µs is of interest for distances up to approx. 150 m, there are ± 150 interpolated sampling points for this range around the maximum for the selected example with i = 10, as shown in FIG. 7 is.

Während die klein dargestellten Punkte die Stützstellen für die Korrelationsfunktion k(t) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren darstellen, kennzeichnen die dick dargestellten Punkte die Stützstellen, die bei Berechnung der Korrelations­ funktion im Zeitbereich ermittelt wurden. Aus diesem Ver­ gleich ist sofort erkennbar, daß aufgrund der höheren Auflö­ sung die erfindungsgemäß ermittelten, interpolierten Funk­ tionswerte frei von systematischen Fehlern bezüglich der Lage des Maximums der Korrelationsfunktion k(t) sind.While the small points represent the support points for the correlation function k (t) according to the invention Representing procedures characterize those shown in bold Points the points of reference when calculating the correlation function in the time domain. For this ver it is immediately apparent that due to the higher resolution solution, the interpolated radio determined according to the invention values free of systematic errors regarding the location of the maximum of the correlation function k (t).

Somit kann durch Bestimmung des Maximums der erfindungsgemäß ermittelten Korrelationsfunktion k(t) mit großer Genauigkeit die Signallaufzeit bestimmt werden.Thus, by determining the maximum of the invention determined correlation function k (t) with great accuracy the signal transit time can be determined.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Diagramme zeigen eine korrekte Skalierung der zeitlichen Abstände, wobei die ange­ gebenen Absolutwerte willkürlich gewählt sind und zur besse­ ren Veranschaulichung mit 0 ns entsprechend einem Maximum von ca. 155 ns beginnen. Der Nullpunkt wird im realen Gerät für Absolutmessungen kalibriert oder bei bekannter Referenzstrec­ ke und vernachlässigbarem Einfluß der elektronischen Si­ gnallaufzeiten berechnet. In relativ messenden Geräten ist nur die Differenz des aktuellen Meßwertes vom vorhergehenden oder bei Inbetriebnahme gespeicherten Meßwert von Interesse. In diesem Fall ist eine Kalibrierung nicht notwendig, da der entsprechende Null-Offset automatisch kompensiert wird. The diagrams shown in FIGS . 5 to 7 show a correct scaling of the time intervals, the indicated absolute values being chosen arbitrarily and for better illustration starting with 0 ns corresponding to a maximum of approx. 155 ns. The zero point is calibrated in the real device for absolute measurements or calculated with known reference distance and negligible influence of the electronic signal transit times. In relatively measuring devices, only the difference between the current measured value and the previous measured value or that saved during commissioning is of interest. In this case, calibration is not necessary because the corresponding zero offset is automatically compensated.

Um die maximale Auflösung von 130,21 ps zu erhalten, muß der Interpolationsfaktor i auf den maximalen Wert 2ⁿ, d. h. im vorliegenden Beispiel i = 256 gewählt werden. In diesem Fall ist bei der Rücktransformation des Spektrums K(f) in den Zeitbereich eine inverse FFT über 256 × 256 = 65536 Punkte erforderlich, die sehr viel Rechenzeit bzw. schnelle und teu­ re Spezialprozessoren benötigt.In order to obtain the maximum resolution of 130.21 ps, the interpolation factor i must be selected to the maximum value 2 ⁿ , ie i = 256 in the present example. In this case, when the spectrum K (f) is transformed back into the time domain, an inverse FFT over 256 × 256 = 65536 points is required, which requires a great deal of computing time or fast and expensive special processors.

Um den Einsatz solcher teuerer Spezialprozessoren zu vermei­ den, kann die Maximumsbestimmung der Korrelationsfunktion k(t) durch folgendes Näherungsverfahren durchgeführt werden:
Zunächst wird nach dem beschriebenen, erfindungsgemäßen Ver­ fahren, jedoch mit einem reduzierten Interpolationsfaktor von beispielsweise i = 10, die interpolierte Korrelationsfunktion k(t)bzw. deren Stützstellen bestimmt. Aufgrund des reduzier­ ten Interpolationsfaktors ist lediglich eine inverse FFT über 256 × 10 = 2560 Punkte erforderlich, die in relativ kurzer Rechenzeit durchgeführt werden kann.To avoid the use of such expensive special processors, the maximum determination of the correlation function k (t) can be carried out using the following approximation method:
First, according to the described method according to the invention, but with a reduced interpolation factor of, for example, i = 10, the interpolated correlation function k (t) or. their bases determined. Due to the reduced interpolation factor, only an inverse FFT over 256 × 10 = 2560 points is required, which can be carried out in a relatively short computing time.

Anschließend wird der maximale Funktionswert der ermittelten Stützstellen der interpolierten Korrelationsfunktion ermit­ telt und durch diesen sowie durch mindestens je einen benach­ barten Funktionswert ein quadratisches Polynom nach der Me­ thode der kleinsten Quadrate gelegt. Das Maximum dieses qua­ dratischen Polynoms wird bestimmt und als Maximum der Korre­ lationsfunktion verwendet.Then the maximum function value of the determined Support points of the interpolated correlation function with tt and by this and by at least one neighboring barten function value a quadratic polynomial after the Me least squares method. The maximum of this qua dratic polynomial is determined and as the maximum of the corrections lation function used.

In Fig. 8 ist sowohl das quadratische Polynom 12 gemäß Fig. 6 als auch ein Polynom 13, das an die erfindungsgemäß berechne­ te, interpolierte Korrelationsfunktion angenähert ist, darge­ stellt. Es ist auf den ersten Blick ersichtlich, daß durch das Polynom 13 die Korrelationsfunktion k(t) in ihrem Maximum besser angenähert wird als durch das Polynom 12, so daß die über die Maximumsbestimmung erhältliche Signallaufzeit einen kleineren systematischen Fehler enthält. Die zeitlich unter­ schiedliche Lage der Maxima der beiden Polynome 12, 13 ist in der Dataildarstellung nach Fig. 9 besser zu erkennen. Die Ma­ xima sind um 1,43 ns verschoben zueinander angeordnet, was als Entfernungsänderung einem systematischen Fehler von ca. 21,45 cm entspricht.In FIG. 8, both the quadratic polynomial 12 of Fig. 6 is approximated as a polynomial 13, te to the present invention calculate interpolated correlation function, shown by way up. It can be seen at first glance that the maximum correlation function k (t) is approximated better by the polynomial 13 than by the polynomial 12 , so that the signal transit time obtainable via the maximum determination contains a smaller systematic error. The temporally different position of the maxima of the two polynomials 12 , 13 can be seen better in the data representation according to FIG. 9. The maxima are shifted from each other by 1.43 ns, which corresponds to a systematic error of approx. 21.45 cm as a change in distance.

Fig. 10 zeigt eine Meßvorrichtung ähnlich der Meßvorrichtung nach Fig. 1, bei der das vom Lichtsender ausgestrahlte Licht 2 nicht nur über die Meßstrecke zum Lichtempfänger 4, sondern auch über eine Referenzstrecke zu einem Referenzempfänger 14 ausgesandt wird. Der Referenzempfänger 14 befindet sich bei­ spielsweise innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Meß­ vorrichtung, so daß die Signallaufzeit über die Referenz­ strecke entweder vernachlässigbar klein oder hinreichend ge­ nau bekannt ist. FIG. 10 shows a measuring device similar to the measuring device according to FIG. 1, in which the light 2 emitted by the light transmitter is emitted not only via the measuring section to the light receiver 4 , but also via a reference section to a reference receiver 14 . The reference receiver 14 is located, for example, within the housing of the measuring device according to the invention, so that the signal transit time over the reference path is either negligibly small or sufficiently well known.

Die Ausgänge der Empfänger 4 und der Referenzempfänger 14 sind mit dem A/D-Wandler 7 über einen Umschalter 15 verbun­ den, der zwischen einer Stellung "Ref" und einer Stellung "Meß" umschaltbar ist.The outputs of the receiver 4 and the reference receiver 14 are connected to the A / D converter 7 via a changeover switch 15 which can be switched between a "Ref" and a "Measuring" position.

Der Referenzempfänger 14 erzeugt ein zum empfangenen Signal entsprechendes elektrisches Signal r(t), welches über den Um­ schalter 15 dem A/D-Wandler 7 zugeführt wird, wenn sich der Umschalter 15 in der Stellung "Ref" befindet. In der Stellung "Meß" wird hingegen das vom Empfänger 4 erzeugte Ausgangs­ signal dem A/D-Wandler 7 zugeleitet.The reference receiver 14 generates an electrical signal corresponding to the received signal r (t), which is fed via the order switch 15 to the A / D converter 7 when the changeover switch 15 is in the "Ref" position. In the "measuring" position, however, the output signal generated by the receiver 4 is fed to the A / D converter 7 .

Für die Dauer der Meßwertgewinnung wird der Schalter in die Stellung "Meß" gebracht. Das vom Sender 1 abgestrahlte und vom Reflektor 3 reflektierte Signal 2 wird vom Empfänger 4 empfangen und über den Umschalter 15 dem A/D-Wandler 7 zuge­ führt. Das vom A/D-Wandler 7 erzeugte digitale Ausgangssignal wird anschließend in einem dem Empfangssignal zugeordneten Adreßraum des Empfangsspeichers 8 abgelegt.The switch is set to the "measurement" position for the duration of the measurement acquisition. The signal 2 emitted by the transmitter 1 and reflected by the reflector 3 is received by the receiver 4 and supplied to the A / D converter 7 via the switch 15 . The digital output signal generated by the A / D converter 7 is then stored in an address space of the reception memory 8 assigned to the reception signal.

Anschließend wird der Umschalter 15 in die Stellung "Ref" ge­ bracht, so daß das vom Sender 1 abgestrahlte, die Referenz­ strecke durchlaufende Signal vom Referenzempfänger 14 über den Umschalter 15 zum A/D-Wandler 7 geleitet wird. Das vom A/D-Wandler 7 erzeugte digitale Referenzsignal wird anschlie­ ßend in einem dem Referenzsignal zugeordneten, vom Adreßraum des Empfangssignals verschiedenen Adreßraum des Empfangsspei­ chers 8 abgelegt.Then the switch 15 is brought into the "Ref" position so that the signal emitted by the transmitter 1 , the reference path passing signal from the reference receiver 14 via the switch 15 to the A / D converter 7 is passed. The digital reference signal generated by the A / D converter 7 is then stored in an address space of the reception memory 8 assigned to the reference signal and different from the address space of the reception signal.

Dieser Vorgang kann einmal oder mehrmals wiederholt werden. Bevorzugt werden solange aufeinanderfolgende Meß- und Refe­ renzsignale im Empfangsspeicher abgelegt, bis dessen Spei­ cherkapazität erschöpft ist. Durch eine alternierende Meß- und Referenzsignalgewinnung können kurzzeitig auftretende, beispielsweise durch thermische Driftvorgänge verursachte Störungen kompensiert werden. Durch Mittelwertbildungen über die jeweils erfaßten Meß- und Referenzsignalwerte und an­ schließender Berechnung der Korrelationsfunktion anhand der gemittelten Werte kann die benötigte Rechenzeit im Vergleich zu einer Berechnung der Korrelationsfunktion für jedes erfaß­ te Wertepaar deutlich verringert werden.This process can be repeated one or more times. Successive measuring and refing are preferred stored in the reception memory until its memory capacity is exhausted. By an alternating measurement and reference signal acquisition can briefly occurring, for example caused by thermal drift processes Disturbances are compensated. By averaging over the respectively measured and reference signal values and on final calculation of the correlation function using the averaged values can compare the required computing time to calculate the correlation function for each te pair of values can be significantly reduced.

Zur Kompensierung der durch die Elektronikkomponenten verur­ sachten Laufzeitanteile sind erfindungsgemäß folgende zwei Verfahren möglich:
In einer ersten Ausführungsform wird zunächst gemäß dem be­ reits beschriebenen Verfahren die Korrelationsfunktion k(t) zwischen den Sende- und Empfangssignalen s(t) und e(t) be­ stimmt, das Maximum von k(t) berechnet und der zugehörige Zeitwert t_max ermittelt. Anschließend wird die Korrelations­ funktion k"(t) zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Referenzsignal r(t) analog zur Bestimmung der Korrelationsfunkti­ on k(t) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt. Von k"(t) wird ebenfalls das Maximum nach einem der beschriebenen Verfahren bestimmt und die zugehörige Laufzeit t"_max, die die Summe der geräteinternen Laufzeiten repräsentiert, berechnet.The following two methods are possible according to the invention to compensate for the delay components caused by the electronic components:
In a first embodiment, the correlation function k (t) between the transmit and receive signals s (t) and e (t) is determined, the maximum of k (t) is calculated and the associated time value t _max determined. Then the correlation function k "(t) between the transmission signal s (t) and the reference signal r (t) is determined analogously to the determination of the correlation function k (t) according to the method according to the invention. The maximum of k" (t) is also determined determined by one of the methods described and the associated running time t " _max , which represents the sum of the internal running times, calculated.

Diese Referenzlaufzeit t"_max wird dann von der während des ei­ gentlichen Meßvorgangs ermittelten Laufzeit t_max subtrahiert, wodurch die bezogen auf die Meßstrecke erhaltene Signallauf­ zeit von den internen Signallaufzeiten der Meßvorrichtung be­ freit wird.This reference transit time t " _max is then subtracted from the transit time t _max determined during the actual measurement process, as a result of which the signal transit time obtained with respect to the measuring section is freed from the internal signal transit times of the measuring device.

Die Bestimmung der Referenzlaufzeit kann entweder in einem separaten Vorgang, beispielsweise beim Einschalten des Gerä­ tes, oder in beispielsweise periodischen Abständen oder auch jeweils parallel zum eigentlichen Meßvorgang über die Meß­ strecke erfolgen.The determination of the reference term can either be done in one separate process, for example when switching on the device tes, or at periodic intervals, for example each parallel to the actual measuring process via the measuring distance.

Falls die Signallaufzeit über die Referenzstrecke auch ohne interne Signallaufzeiten nicht Null, sondern einen bestimm­ ten, bekannten Wert besitzt, kann diese Referenzstreckensi­ gnallaufzeit dadurch berücksichtigt werden, daß sie nach Be­ stimmung der Laufzeit t"_max von dieser subtrahiert wird. Das Ergebnis dieser Subtraktion repräsentiert somit ausschließ­ lich die durch die elektronischen Bauteile bedingte Signal­ laufzeit der Meßvorrichtung.If the signal transit time over the reference path does not have zero, but a certain known value, even without internal signal transit times, this reference path signal transit time can be taken into account by subtracting it after determining the transit time t " _max . The result of this subtraction represents thus exclusively the signal time due to the electronic components of the measuring device.

Da bei dem beschriebenen Verfahren sowohl zur Bestimmung der Korrelationsfunktion k(t) zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Empfangssignal e(t) als auch zur Bestimmung der Korrela­ tionsfunktion k"(t) zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Re­ ferenzsignal r(t) jeweils eine inverse Fouriertransformation notwendig ist, die insbesondere bei der Verwendung eines gro­ ßen Interpolationsfaktors erheblich Rechenzeit benötigen, kann durch die folgende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Rechenzeit eingespart werden:
Anstelle der Korrelationsfunktionen k(t) zwischen dem Sende­ signal s(t) und dem Empfangssignal e(t) und der Korrelations­ funktion k"(t) zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Refe­ renzsignal r(t) wird nur die Korrelationsfunktion k'(t) zwi­ schen dem Empfangssignal e(t) und dem Referenzsignal r(t) ge­ bildet.Since in the described method both for determining the correlation function k (t) between the transmitted signal s (t) and the received signal e (t) and for determining the correlation function k "(t) between the transmitted signal s (t) and the Re If the reference signal r (t) requires an inverse Fourier transformation, which requires considerable computing time, especially when using a large interpolation factor, the following embodiment of the inventive method can save computing time:
Instead of the correlation functions k (t) between the transmission signal s (t) and the reception signal e (t) and the correlation function k "(t) between the transmission signal s (t) and the reference signal r (t), only the correlation function k '(t) between the received signal e (t) and the reference signal r (t) ge forms.

Dazu werden in einem ersten Verfahrensschritt die Fourier­ transformierten E(f) und R(f) des Empfangssignals e(t) und des Referenzsignals r(t) gebildet.To do this, the Fourier transformed E (f) and R (f) of the received signal e (t) and of the reference signal r (t) is formed.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird das konjugiert kom­ plexe Spektrum R*(f) berechnet und dieses mit E(f) multipli­ ziert, so daß sich das Spektrum A'(f) = E(f) × R*(f) ergibt. Alternativ kann auch das konjugiert komplexe Spektrum E*(f) berechnet und dieses mit R(f) multipliziert werden, so daß sich das Spektrum A'(f) zu A'(f) = E*(f) × R(f) ergibt.In a next step, the conjugated kom plex spectrum R * (f) calculated and multiply this with E (f) adorned, so that the spectrum A '(f) = E (f) × R * (f) results. Alternatively, the conjugate complex spectrum E * (f) calculated and multiplied by R (f) so that the spectrum A '(f) results in A' (f) = E * (f) × R (f).

A'(f) wird analog zu A(f) behandelt, d. h. bei p/2 in die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) aufgespalten und anschließend symmetrisch mit q Nullen aufgefüllt, so daß K'(f) gemäß fol­ gender Gleichung erzeugt wird:
A '(f) is treated analogously to A (f), ie at p / 2 it is split into the subspectrums A ₁ (f) and A ₂ (f) and then filled symmetrically with q zeros, so that K' (f) according to following equation is generated:

K'(f) wird beispielsweise über eine inverse FFT in den Zeit­ bereich zurücktransformiert, so daß die Korrelationsfunktion k'(t) erzeugt wird. Anschließend wird das Maximum der Korre­ lationsfunktion k'(t) durch eines der oben angegebenen Ver­ fahren, d. h. entweder durch direkte Berechnung oder durch Kurvenfitting bestimmt und der zu diesem Maximum gehörende Zeitwert t'_max berechnet.K '(f) is transformed back into the time domain, for example, via an inverse FFT, so that the correlation function k' (t) is generated. Then the maximum of the correlation function k '(t) is determined by one of the above methods, ie determined either by direct calculation or by curve fitting and the time value t' _max belonging to this maximum is calculated.

Für den Fall, daß das Referenzsignal r(t) ausschließlich auf­ grund von geräteinternen Signallaufzeiten gegenüber dem Sen­ designal s(t) verschoben ist, d. h. daß die Signallaufzeit über die Referenzstrecke gleich Null ist, liefert somit der gefundene Zeitwert t'_max unmittelbar die gewünschte Signal­ laufzeit, da die im Empfangssignal e(t) enthaltenen, durch die elektronischen Bauelemente bedingten Anteile der Si­ gnallaufzeit durch die Bildung der Korrelationsfunktion auto­ matisch eliminiert werden.In the event that the reference signal r (t) is shifted relative to the Sen designal s (t) solely on the basis of internal signal propagation times, that is to say that the signal transit time over the reference path is zero, the time value t ' _{max found} immediately provides the desired value Signal transit time, since the portions of the signal transit time contained in the received signal e (t), which are caused by the electronic components, are automatically eliminated by the formation of the correlation function.

Falls die durch die endliche Länge der Referenzstrecke be­ dingte Signallaufzeit einen von Null verschiedenen, bekannten Wert besitzt, muß dieser zu der über die Korrelationsfunktion k'(t) berechneten Signallaufzeit t'_max addiert werden.If the signal transit time due to the finite length of the reference path has a known value that differs from zero, this must be added to the signal transit time t ' _max calculated via the correlation function k' (t).

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Referenzzweig nicht aus zusätzlichen elektronischen Komponenten, sondern aus ei­ nem geschalteten optischen Weg mit optischen Verzögerungsele­ menten, beispielsweise Lichtfasern, zu bilden. Ferner ist es möglich, das Meßsignal optisch, z. B. mittels Lichtleitfaser soweit geräteintern zu verzögern, daß eine Separation von Meß- und Referenzsignal auf der Zeitebene erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß die verwendeten elektronischen Bauelemente für den Meß- und den Referenzzweig identisch sind, so daß der systematische Fehler, der durch die unterschiedlichen Lauf­ zeiten in unterschiedlichen elektronischen Bauelementen ver­ ursacht wird, vollständig eliminiert werden kann. In principle, it is also possible not to use the reference branch from additional electronic components, but from egg nem switched optical path with optical delay elements elements, for example light fibers. Furthermore, it is possible, the measurement signal optically, for. B. by means of optical fiber as far as to delay within the device that a separation of Measurement and reference signal at the time level. this has the advantage that the electronic components used are identical for the measuring and the reference branch, so that the systematic error caused by the different run times in different electronic components is caused, can be completely eliminated.  

Durch die Bestimmung der Korrelationsfunktion unmittelbar zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal kann der Zeitbedarf zur Bestimmung der Signallaufzeit, insbesondere dadurch, daß nur eine einzige Rücktransformation in den Zeit­ bereich erforderlich ist, erheblich reduziert werden. Die er­ findungsgemäße Interpolation der Korrelationsfunktion erlaubt den Einsatz des Korrelationsverfahrens auch in absolut mes­ senden Geräten mit hohen Genauigkeitsanforderungen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Ultraschallmeßtech­ nik für Entfernungs- oder Geschwindigkeitsmeßgeräte einsetz­ bar.By determining the correlation function immediately between the received signal and the reference signal Time required to determine the signal transit time, in particular in that only a single inverse transformation in time area is required to be significantly reduced. Which he Interpolation of the correlation function according to the invention allowed the use of the correlation method in absolute mes send devices with high accuracy requirements. Farther is the method according to the invention in ultrasonic measuring technology Use nik for distance or speed measuring devices bar.

Da lediglich mit Frequenzen gearbeitet wird, die in der Vi­ deotechnik gebräuchlich sind, ist die erfindungsgemäße Inter­ polation der Korrelationsfunktion auch besonders preisgünstig realisierbar. Dabei ist ein weiterer Vorteil, daß das Zeitli­ neal amplitudenunabhängig gestapelt werden kann und ein sehr hohes S/N-Verhältnis erreichbar ist.Since only frequencies that are used in the Vi Deotechnik are common, the Inter according to the invention polation of the correlation function is also particularly inexpensive realizable. Another advantage is that the Zeitli neal can be stacked regardless of amplitude and a very high S / N ratio is achievable.

Die Bestimmung der Korrelationsfunktion k'(t) zwischen dem Empfangssignal e(t) und dem Referenzsignal r(t) kann auch un­ mittelbar im Zeitbereich zwischen den im Empfangs- und Refe­ renzadreßraum des Speichers 8 gespeicherten Signalen erfol­ gen. Dazu wird jeweils die Summe der Produkte gegenüberlie­ gender Stützstellenwerte der beiden Signale berechnet und ge­ speichert, woraufhin eines der gespeicherten Signale, bei­ spielsweise das im Referenzadreßraum des Speichers 8 gespei­ cherte Signal um ein Abtastintervall bzw. einen Funktionswert verschoben wird und die genannte Summe wiederum berechnet und gespeichert wird. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis alle Werte der auf diese Weise berechneten Korrelationsfunk­ tion vorliegen. Die Anzahl der Verschiebe-, Produkt- und Sum­ menbildungsschritte hängt dabei von der Frequenz des Taktge­ nerators 9 und der Länge der Meßstrecke ab. The correlation function k '(t) between the received signal e (t) and the reference signal r (t) can also be determined directly in the time range between the signals stored in the receive and reference address space of the memory 8 the products of opposite reference point values of the two signals are calculated and stored, whereupon one of the stored signals, for example the signal stored in the reference address space of the memory 8, is shifted by a sampling interval or a function value and the said sum is in turn calculated and stored. This process is repeated until all values of the correlation function calculated in this way are available. The number of shifting, product and sum formation steps depends on the frequency of the generator 9 Taktge and the length of the measuring section.

Für die auf diese Weise berechnete Korrelationsfunktion wird in der beschriebenen Weise das Maximum bestimmt und daraus die zu bestimmende Signallaufzeit berechnet. Dabei sind sämt­ liche beschriebenen Verfahrensschritte, die nicht offensicht­ lich die Bestimmung der Korrelationsfunktion im Frequenzbe­ reich voraussetzen, bei der Bestimmung der Korrelationsfunk­ tion im Zeitbereich anwendbar.For the correlation function calculated in this way determined the maximum in the manner described and from it the signal delay to be determined is calculated. Here are all Process steps described that are not obvious Lich the determination of the correlation function in the frequency domain assume rich in determining the correlation radio tion applicable in the time domain.

Claims (35)

1. Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit über eine zwischen einer Meßvorrichtung und einem reflektierenden Objekt (3) angeordnete Meßstrecke, bei dem
ein in der Meßvorrichtung enthaltener Sender (1) ein mo­ duliertes Signal s(t) über die Meßstrecke sendet, das von einem in der Meßvorrichtung enthaltenen Empfänger (4) empfangen, in ein Empfangssignal e(t) gewandelt und in der Meßvorrichtung ausgewertet wird,
zwischen den Sende- und Empfangssignalen s(t) und e(t) eine Korrelationsfunktion k(t) gebildet wird, indem die Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) in den Fre­ quenzbereich transformiert werden, im Frequenzbereich das Spektrum K(f) der Korrelationsfunktion k(t) aus den Spektren S(f) und E(f) der Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) berechnet und anschließend durch Rück­ transformation in den Zeitbereich die Korrelationsfunk­ tion k(t) bestimmt wird,
das Maximum k_max = k(t_max) der Korrelationsfunktion k(t) ermittelt wird,
t_max zur Bestimmung der Signallaufzeit ausgewertet wird,
zur Bildung des Spektrums K(f) der Korrelationsfunktion k(t) das Produkt A(f) aus dem Spektrum E(f) und dem kon­ jugiert komplexen Spektrum S*(f) bzw. aus dem Spektrum S(f) und dem konjugiert komplexen Spektrum E*(f) gebil­ det wird und
das Spektrum A(f) symmetrisch bezüglich der Frequenz f in die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) aufgespalten wird und zwischen die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) q = (i × p) - p Amplitudenwerte w_j (1 ≦ j ≦ q) eingefügt werden, wobei i den ganzzahligen Interpolationsfaktor darstellt.1. Method for determining the signal transit time over a measuring section arranged between a measuring device and a reflecting object ( 3 ), in which
a transmitter ( 1 ) contained in the measuring device sends a modulated signal s (t) over the measuring section, which is received by a receiver ( 4 ) contained in the measuring device, converted into a received signal e (t) and evaluated in the measuring device,
a correlation function k (t) is formed between the transmit and receive signals s (t) and e (t) by transforming the transmit and receive signals s (t) and e (t) into the frequency range, and the spectrum in the frequency range K (f) of the correlation function k (t) is calculated from the spectra S (f) and E (f) of the transmit and receive signals s (t) and e (t) and then the correlation function k ( t) is determined
the maximum k _max = k (t _max ) of the correlation function k (t) is determined,
t _{max is} evaluated to determine the signal transit time,
to form the spectrum K (f) of the correlation function k (t) the product A (f) from the spectrum E (f) and the conjugate complex spectrum S * (f) or from the spectrum S (f) and the conjugate complex spectrum E * (f) is formed and
the spectrum A (f) is split symmetrically with respect to the frequency f into the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) and between the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) q = (i × p) - p amplitude values w _j (1 ≦ j ≦ q) are inserted, where i represents the integer interpolation factor. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auszusendende Signal s(t) in Form von p (p < 0) Digitalwerten in einem Sendespeicher (6) abgelegt wird, daß die gespeicherten Digitalwerte sequentiell ausgele­ sen und einem mit einem Steuertaktsignal beaufschlagten, den Sender (1) ansteuernden D/A-Wandler (5) zugeführt werden, daß das Empfangssignal e(t) einem mit dem Steu­ ertaktsignal beaufschlagten A/D-Wandler (7) zugeführt wird, daß die von dem A/D-Wandler (7) gelieferten Werte in einem Empfangsspeicher (8) abgelegt werden und daß die Spektren S(f) und E(f) aus den im Sende- (6) und im Empfangsspeicher (8) gespeicherten Signalen s(t) und e(t) berechnet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the signal to be emitted s (t) is stored in the form of p (p <0) digital values in a transmit memory ( 6 ), that the stored digital values are read out sequentially and acted upon by a control clock signal , the transmitter ( 1 ) driving D / A converter ( 5 ) are fed in that the received signal e (t) is fed to an A / D converter ( 7 ) acted upon by the control signal that the A / D Transducer ( 7 ) delivered values are stored in a receive memory ( 8 ) and that the spectra S (f) and E (f) from the signals s (t) and e () stored in the transmit ( 6 ) and in the receive memory ( 8 ) t) can be calculated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß t_max als zu bestimmende Signallaufzeit verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that t _{max is used} as the signal delay to be determined. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum K(f) der Korrelationsfunktion k(t) ge­ mäß der Gleichung
gebildet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the spectrum K (f) of the correlation function k (t) ge according to the equation
is formed. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingefügten Amplitudenwerte w_j im wesentlichen gleich groß sind.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the inserted amplitude values w _j are substantially the same size. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß w_j = 0 und das Spektrum K(f) der Korrelationsfunkti­ on k(t) gemäß der Gleichung
gebildet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
that w _j = 0 and the spectrum K (f) of the correlation function k (t) according to the equation
is formed. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation in den Frequenzbereich durch eine Fouriertransformation, insbesondere durch eine schnelle Fouriertransformation erzielt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the transformation into the frequency domain by a Fourier transformation, especially by a fast one Fourier transformation is achieved.   8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücktransformation in den Zeitbereich durch eine inverse Fouriertransformation, insbesondere durch eine inverse schnelle Fouriertransformation erzielt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the back transformation into the time domain by a inverse Fourier transform, especially by a inverse fast Fourier transform is achieved. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolationsfaktor i zwischen 1 und 2ⁿ gewählt wird, wobei n die Auflösung des Gesamtsystems in Bits darstellt und diese insbesondere mit der Auflösung des D/A-Wandlers (5) bzw. des A/D-Wandlers (7) gleichgesetzt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the interpolation factor i is chosen between 1 and 2 ⁿ , where n represents the resolution of the overall system in bits and this in particular with the resolution of the D / A converter ( 5 ) or of the A / D converter ( 7 ) is equated. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der Korrelationsfunktion k(t) durch ein Kurvenfitting-Verfahren bestimmt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the maximum of the correlation function k (t) by a Curve fitting method is determined. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein insbesondere quadratisches Polynom p(t) ermit­ telt wird, dessen Abstand bzw. das Quadrat des Abstandes zur Korrelationsfunktion k(t) im Bereich von k_max minimal ist und dessen Maximum p_max = p(t_max/pol) bestimmt wird, wo­ bei t_max/pol anstelle von t_max zur Bestimmung der Signal­ laufzeit ausgewertet wird.11. The method according to claim 10, characterized in that an in particular quadratic polynomial p (t) is determined whose distance or the square of the distance to the correlation function k (t) is minimal in the range of k _max and whose maximum p _max = p (t _{max / pol} ) is determined, where t _{max / pol is used} instead of t _max to determine the signal transit time. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Polynomberechnung drei oder mehr Werte von k(t) verwendet werden. 12. The method according to claim 11, characterized, that for polynomial calculation three or more values of k (t) be used.   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Polynoms p(t) das Maximum k_max so­ wie die zu diesem Maximum benachbart angeordneten Funk­ tionswerte k(t_max - 1) und k(t_max + 1) verwendet werden.13. The method according to claim 12, characterized in that the maximum k _max and the function values k (t _max - 1) and k (t _max + 1) arranged adjacent to this maximum are used to determine the polynomial p (t) , 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als auszusendendes Signal s(t) Rechteck-Tmpulsfolgen jeweils vorgegebener Zeitdauer und großer Bandbreite verwendet werden.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that as the signal to be transmitted s (t) square pulse trains given duration and wide range be used. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der in der Meßvorrichtung erfolgenden Be­ rechnung der Signallaufzeit aus den Signalen s(t) und e(t) eine Signalaussendung unterbleibt.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that during the loading in the measuring device calculation of the signal transit time from the signals s (t) and e (t) there is no signal transmission. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal s(t) und/oder e(t) vor der Berechnung der Korrelationsfunktion k(t) in ein um den Wert Null bipo­ lares Signal gewandelt wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the signal s (t) and / or e (t) before the calculation of the Correlation function k (t) in a around the value zero bipo lares signal is converted. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das auszusendende Signal ein Signal der Form ge­ wählt wird, daß die ermittelte Korrelationsfunktion k(t) achsensymmetrisch zu ihrem Maximum k_max verläuft. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a signal of the form GE is selected for the signal to be emitted that the determined correlation function k (t) is axially symmetrical to its maximum k _max . 18. verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als auszusendendes Signal s(t) ein Lichtsignal, ein Ultraschallsignal oder ein Mikrowellensignal verwendet wird.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that as the signal to be emitted s (t) is a light signal Ultrasonic signal or a microwave signal used becomes. 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auszusendende Signal s(t) vom Sender (1) zusätz­ lich über eine Referenzstrecke bekannter oder vernach­ lässigbar kleiner Länge gesendet wird und für die Er­ mittlung der Länge der Meßstrecke die Differenz der Si­ gnallaufzeiten über die Meß- und Referenzstrecke berück­ sichtigt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal to be emitted s (t) from the transmitter ( 1 ) is additionally sent over a reference path known or negligibly small length and for the determination of the length of the measuring path the difference of Signal travel times over the measuring and reference path is taken into account. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Referenzstrecke empfangene Referenzsi­ gnal r(t) einem mit dem Steuertaktsignal beaufschlagten A/D-Wandler (7) zugeführt wird und daß die von dem A/D- Wandler gelieferten Werte in einem Referenzempfangsspei­ cher (8) abgelegt werden.20. The method according to claim 19, characterized in that the received over the reference link reference signal r (t) is supplied to a control clock signal-fed A / D converter ( 7 ) and that the values supplied by the A / D converter in a reference receiving memory ( 8 ) are filed. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal e(t) und das Referenzsignal r(t) wechselweise, insbesondere über einen Umschalter (15) dem gleichen A/D-Wandler zugeführt werden und in unter­ schiedlichen Adreßbereichen des Empfangsspeichers (8) abgelegt werden. 21. The method according to claim 20, characterized in that the received signal e (t) and the reference signal r (t) are supplied alternately, in particular via a switch ( 15 ) to the same A / D converter and in different address areas of the receive memory ( 8 ) are filed. 22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung der Signallaufzeit anstelle des Si­ gnals s(t) das über die Referenzstrecke empfangene Refe­ renzsignal r(t) verwendet wird, insbesondere daß das Spektrum R(f) aus den im Referenzempfangsspeicher (16) gespeicherten Referenzsignalen r(t) berechnet, das Pro­ dukt A'(f) = E(f) × R*(f) bzw. A'(f) = E*(f) × R(f) be­ stimmt, das Spektrum K'(f) gemäß der Gleichung
gebildet und durch Rücktransformation in den Zeitbereich die Korrelationsfunktion k'(t) bestimmt wird.22. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
that the reference signal r (t) received over the reference path is used to determine the signal transit time instead of the signal s (t), in particular that the spectrum R (f) is calculated from the reference signals r (t) stored in the reference reception memory ( 16 ), the product A '(f) = E (f) × R * (f) or A' (f) = E * (f) × R (f) determines the spectrum K '(f) according to the equation
formed and the correlation function k '(t) is determined by back-transformation in the time domain. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum k'_max = k'(t'_max) der Korrelationsfunktion k'(t) ermittelt wird und t' als zu bestimmende Si­ gnallaufzeit verwendet wird.23. The method according to claim 22, characterized in that the maximum k ' _max = k' (t ' _max ) of the correlation function k' (t) is determined and t 'is used as the signal runtime to be determined. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung der Signallaufzeit zusätzlich zur Verarbeitung des Emgfangssignals e(t) das über die Refe­ renzstrecke empfangene Referenzsignal r(t) entsprechend verarbeitet wird, insbesondere daß das Spektrum R(f) aus den im Referenzempfangsspeicher (16) gespeicherten Refe­ renzsignalen r(t) berechnet, das Produkt
A"(f) = S(f) × R*(f) bzw. A"(f) = S*(f) × R(f) bestimmt, das Spektrum K"(f) gemäß der Gleichung
gebildet und durch Rücktransformation in den Zeitbereich die Korrelationsfunktion k"(t) bestimmt wird.24. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that
that in order to determine the signal transit time in addition to processing the reception signal e (t), the reference signal r (t) received via the reference path is processed accordingly, in particular that the spectrum R (f) from the reference signals stored in the reference reception memory ( 16 ) r (t ) calculated the product
A "(f) = S (f) × R * (f) or A" (f) = S * (f) × R (f) determines the spectrum K "(f) according to the equation
is formed and the correlation function k "(t) is determined by back-transformation into the time domain. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum k_max = k(t_max) der Korrelationsfunktion k(t) sowie das Maximum k"_max = k"(t"_max) der Korrela­ tionsfunktion k"(t) ermittelt werden und die Differenz Δt_max = |t_max - t"_max| als zu bestimmende Signallauf Zeit ver­ wendet wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the maximum k _max = k (t _max ) of the correlation function k (t) and the maximum k " _max = k" (t " _max ) of the correlation function k" (t) are determined and the difference Δt _max = | t _max - t " _max | is used as the signal run time to be determined. 26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleistung des Senders (1) vor dem Aus­ senden einer Impulsfolge über die Meßstrecke auf einen vorgegebenen Mittelwert, insbesondere auf die halbe Ma­ ximalleistung des Senders (1) eingeregelt wird.26. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiation power of the transmitter ( 1 ) before sending out a pulse train over the measuring section to a predetermined mean, in particular to half the maximum power of the transmitter ( 1 ) is adjusted. 27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelfunktion während des Aussendens einer Im­ pulsfolge über die Meßstrecke, insbesondere durch das Umschalten der Zeitkonstante eines entsprechenden Regel­ kreises außer Betrieb gesetzt wird. 27. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the control function during the transmission of an Im pulse sequence over the measuring section, in particular through the Switching the time constant of a corresponding rule circuit is put out of operation.   28. Meßvorrichtung zur Bestimmung der Signallaufzeit über eine Meßstrecke mit einem Sender (1) zur Aussendung ei­ nes modulierten Sendesignals s(t), einem Empfänger (4) zum Empfang des von einem Objekt (3) reflektierten Sen­ designals, einer Auswerteschaltung zur Verarbeitung des vom Empfänger (4) erzeugten Empfangssignals e(t) insbe­ sondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, einem Sendespeicher (6) zum Spei­ chern des auszusendenden Signals s(t) in Form von Digi­ talwerten, einem vom Sendespeicher (6) beaufschlagten und den Sender (1) ansteuernden D/A-Wandler (5), einem mit dem Empfangssignal e(t) beaufschlagten A/D-Wandler (7), einem Empfangsspeicher (8) zum Speichern der von dem A/D-Wandler (7) gelieferten Werte und einen den D/A- Wandler (5) und den A/D-Wandler (7) mit jeweils dem identischen Steuertaktsignal beaufschlagenden Taktgeber (9), wobei die Auswerteschaltung mit Mitteln (10) zur Transformation der Sende- und Empfangssignale s(t) und e(t) in den Frequenzbereich, zur Bildung des Spektrums K(f) einer Korrelationsfunktion k(t) zwischen den im Sende- (6) und im Empfangsspeicher (7) gespeicherten Si­ gnalen s(t) und e(t), zur Rücktransformation des Spek­ trums K(f) in den Zeitbereich und zur Ermittlung des die zu bestimmende Laufzeit t_max repräsentierenden Maximums k_max = k(t_max) der Korrelationsfunktion k (t) versehen ist, und wobei zur Bildung des Spektrums K(f) der Korrelati­ onsfunktion k(t) das Produkt A(f) aus dem Spektrum E(f) und dem konjugiert komplexen Spektrum S*(f) bzw. aus dem Spektrum S(f) und dem konjugiert komplexen Spektrum E*(f) gebildet wird und das Spektrum A(f) symmetrisch bezüglich der Frequenz f in die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) aufgespalten wird und zwischen die Teilspektren A₁(f) und A₂(f) q = (i × p) - p Amplitudenwerte w_j (1 ≦ j £ q) eingefügt werden, wobei i den ganzzahligen Interpo­ lationsfaktor darstellt.28. Measuring device for determining the signal transit time over a measuring path with a transmitter ( 1 ) for sending out a modulated transmission signal s (t), a receiver ( 4 ) for receiving the sensor designally reflected by an object ( 3 ), an evaluation circuit for processing the Received signal e (t) generated by the receiver ( 4 ) in particular by means of a method according to one of the preceding claims, a transmit memory ( 6 ) for storing the signal to be transmitted s (t) in the form of digital values, one by the transmit memory ( 6 ) acted upon and controlling the transmitter ( 1 ) D / A converter ( 5 ), an A / D converter ( 7 ) acted upon with the received signal e (t), a receive memory ( 8 ) for storing the data from the A / D converter ( 7 ) delivered values and a clock generator ( 9 ) which acts on the D / A converter ( 5 ) and the A / D converter ( 7 ) with the identical control clock signal, the evaluation circuit having means ( 10 ) for transforming the transmission and Receive signals s (t) and e (t) in the frequency domain, to form the spectrum K (f) of a correlation function k (t) between the signals s (t) and stored in the transmit ( 6 ) and in the receive memory ( 7 ) e (t) of which is provided for determining transit time t _max representing maximum of k _max = k (t _max) of the correlation function k (t) for inverse transformation of the spotting run of K (f) in the time domain and for determining, and wherein the formation of the spectrum K (f) of the correlation function k (t) the product A (f) from the spectrum E (f) and the conjugate complex spectrum S * (f) or from the spectrum S (f) and the conjugate complex spectrum E * (f) is formed and the spectrum A (f) is split symmetrically with respect to the frequency f into the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) and between the sub-spectra A ₁ (f) and A ₂ (f) q = (i × p) - p amplitude values w _j (1 ≦ j £ q) are inserted, where i represents the integer interpolation factor. 29. Meßvorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch einen am Ende einer Referenzstrecke angeordneten und mit der Auswerteschaltung koppelbaren Referenzempfänger (14) zur Erzeugung eines Referenzsignals r(t).29. Measuring device according to claim 28, characterized by a reference receiver ( 14 ) which is arranged at the end of a reference path and can be coupled to the evaluation circuit for generating a reference signal r (t). 30. Meßvorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch einen von dem Referenzsignal r(t) und dem Steuertaktsi­ gnal beaufschlagten A/D-Wandler (7), durch einen Refe­ renzempfangsspeicher (8) zum Speichern der von dem A/D- Wandler (7) gelieferten Werte und durch Mittel (10) zur Transformation der Referenzsignale r(t) in den Frequenz­ bereich, zur Bildung des Spektrums K"(f) einer Korrela­ tionsfunktion k"(t) zwischen den im Empfangs- und im Re­ ferenzempfangsspeicher (8) gespeicherten Signalen e(t) und r(t), zur Rücktransformation des Spektrums K"(f) in den Zeitbereich und zur Ermittlung des Maximums k"_max = k"(t"_max) der Korrelationsfunktion k"(t).30. Measuring device according to claim 29, characterized by an A / D converter ( 7 ) acted upon by the reference signal r (t) and the control clock signal, by a reference reception memory ( 8 ) for storing the A / D converter ( 7 ) delivered values and by means ( 10 ) for transforming the reference signals r (t) into the frequency range, for forming the spectrum K "(f) of a correlation function k" (t) between the ones in the reception and in the reference reception memory ( 8 ) stored signals e (t) and r (t), for transforming the spectrum K "(f) back into the time domain and for determining the maximum k" _max = k "(t" _max ) of the correlation function k "(t). 31. Meßvorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (15) zur wahlweisen Kopplung des Emp­ fängers (4) und des Referenzempfängers (14) mit der Aus­ werteschaltung vorgesehen ist.31. Measuring device according to claim 29 or 30, characterized in that a changeover switch ( 15 ) is provided for the optional coupling of the receiver ( 4 ) and the reference receiver ( 14 ) with the evaluation circuit. 32. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsspeicher zum Speichern der Empfangs­ signale e(t) und der Referenzempfangsspeicher zum Spei­ chern der Referenzsignale r(t) als unterschiedliche Adreßbereiche des Empfangsspeichers (8) ausgebildet sind, dem die Empfangssignale e(t) und die Referenzsi­ gnale r(t) über denselben A/D-Wandler (7) zugeführt wer­ den.32. Measuring device according to claim 30 or 31, characterized in that the receive memory for storing the receive signals e (t) and the reference receive memory for storing the reference signals r (t) are designed as different address areas of the receive memory ( 8 ), which the received signals e (t) and the reference signals r (t) are supplied via the same A / D converter ( 7 ). 33. Meßvorrichtung nach Anspruch 30, 31 oder 32, gekennzeichnet durch Mittel zur Bildung der die zu bestimmende Laufzeit re­ präsentierenden Differenz Δt_max = |t_max - t"_max|.33. Measuring device according to claim 30, 31 or 32, characterized by means for forming the difference Δt _max = | t _max - t " _max |. 34. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Mittel (10) zur Transformation der Sen­ de- und Empfangssignale s(t) und e(t) in den Frequenzbe­ reich, zur Bildung des Spektrums K(f) einer Korrelati­ onsfunktion k(t) zwischen den im Sende- (6) und im Emp­ fangsspeicher (7) gespeicherten Signalen s(t) und e(t), zur Rücktransformation des Spektrums K(f) in den Zeitbe­ reich und zur Ermittlung des die zu bestimmende Laufzeit t_max repräsentierenden Maximums k_max = k(t_max) der Korrela­ tionsfunktion k(t) Mittel (10) zur Transformation der Referenz- und Empfangssignale r(t) und e(t) in den Fre­ quenzbereich, zur Bildung des Spektrums K'(f) einer Kor­ relationsfunktion k'(t) zwischen den in einem Referenz­ empfangsspeicher und im Empfangsspeicher (8) gespeicher­ ten Signalen r(t) und e(t), zur Rücktransformation des Spektrums K'(f) in den Zeitbereich und zur Ermittlung des die zu bestimmende Laufzeit t'_max repräsentierenden Maximums k'_max = k'(t'_max) der Korrelationsfunktion k'(t) vorgesehen sind.34. Measuring device according to one of claims 18 to 33, characterized in that instead of the means ( 10 ) for transforming the Sen de and receive signals s (t) and e (t) in the frequency range, to form the spectrum K (f ) a correlation function k (t) between the signals s (t) and e (t) stored in the transmit ( 6 ) and in the receive memory ( 7 ), for transforming the spectrum K (f) back into the time range and for determining of the to be determined transit time t _max representing maximum of k _max = k (t _max) of the correla tion function k (t) means (10) to transform the reference and received signals r (t) and e (t) in the frequency range;, for Formation of the spectrum K '(f) of a correlation function k' (t) between the signals r (t) and e (t) stored in a reference reception memory and in the reception memory ( 8 ), for the inverse transformation of the spectrum K '(f) in the time range and to determine the _maximum representing the running time t ' _max to be determined k ' _max = k' (t ' _max ) of the correlation function k' (t) are provided. 35. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 27 und/oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprü­ che 28 bis 34 in einer Reflexionslichtschranke.35. Use of a method according to one of claims 1 to 27 and / or a device according to one of the claims che 28 to 34 in a reflection light barrier.