DE2755556C3 - Vorrichtung zur berührungslosen Abstandmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur beruhrungslosen Abstandmessung im Abstandbereich einige Zentimeter bis zu einigen 10 Metern, mit Gehäuse im Taschenformat, das einen im Ultraschallbereich arbeitenden Kurzzeit-Impulssender und einen zugeordneten Empfänger sowie eine mit dem Sender und Empfänger zusammenwirkende Laufzeitmeßeinrichtung enthält, die gesteuert vom Empfänger abschaltbar ist und der ein mehrstelliges digitales Anzeigefeld am Gehäuse zugeordnet ist, wobei der Empfänger einen das Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung steuernden Empfangsverstärker aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 25 15 087 bekannt. Dieses Meßgerät, das im Ultraschallbereich arbeitet, weist ein vergleichsweise ausgedehntes Schallfeld auf, weil der in dem Taschengerät untergebrachte Schallsender im Vergleich zur Wellenlänge des Schallfeldes kleine Abmessungen hat. Daher können Störechos von seitlich nahe an der Meßstrecke liegenden Gegenständen den Empfänger zum Ansprechen bringen und Fehlmessungen verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung von Störechos, die von Objekten ausgehen, die sich zwischen dem Schallsender und dem eigentlichen Meßobjekt befinden oder die seitlich von der Hauptachse des Sendestrahls liegen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Zeitglied dem Empfangsverstärker zugeordnet ist, durch dessen Steuerung die Ansprechempfindlichkeit zeitverzögert gegenüber dem Aussenden des Sendeimpulses auf den Betriebswert ansteigt.

Durch die zeitverzögerte Einschaltung der Ansprechempfindlichkeit erreicht man, daß die vor dem Reflexionsimpuls des Meßobjektes eintreffenden .Störimpulse nicht zur Auslösung der Laufzeitmeßeinrichtung führen können. Infolgedessen treten auch keine Fehlmessungen auf.

Da nur solche Störechos, die früher als das Meßecho eintreffen, zum vorzeitigen Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung führen können, kann durch entsprechende Bemessung des Zeitverzuges dafür gesorgt werden, daß solche Störechos nicht zum Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung führen. Gleichzeitig wird dadurch vermieden, daß selbst bei einem verhältnismäßig starken Sendeimpuls dieser unmittelbar vom Sender auf einen im engen Abstand seitlich daneben angeordneten Empfänger überspringt und so die Laufzeitmeßeinrichtung praktisch mit dem Aussenden des Meßimpuls wieder abschaltet

In einer Ausgestaltung dieses Merkmals ist der Empfängerverstärker derart ausgelegt oder gesteuert daß die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers nach dem Einschalten des Verstärkers während einer bestimmten Zeitspanne bis zu dem Betriebswert hin ansteigt, wobei die Laufzeitmeßvorrichtung über den Verstärker nur nach Überschreiten einer bestimmten Größe des Verstärkerausgangssignals abschaltbar ist Da dieses Verstärkerausgangssignal abhängig von der Stärke des am Empfänger ankommenden Echos und von dem Verstärkungsgrad des Verstärkers ist, kann man durch entsprechende Wahl der Zeitspanne, die nach dem Einschalten des Verstärkers bis zum Erreichen des maximalen Verstärkungsgrades verstreicht, erreichen, daß ein aus kurzen Entfernungen reflektiertes und damit verhältnismäßig starkes Echo zu einem Zeitpunkt beim Empfänger ankommt, in welchem dieser noch nicht seine volle Ansprechempfindlichkeit erreicht hat. Andererseits trifft ein aus größeren Entfernungen reflektiertes und damit schwaches Echo aufgrund der größeren Laufzeit auf einen empfindlicher gemachten Empfänger auf, so daß die Werte des Ausgangssignals des Verstärkers für kleinere und größere Meßstrecken weitgehend aneinander angeglichen werden können. Andererseits haben Störechos, da sie von einer Seitenabstrahlung des vom Sender ausgesendeten Impulses herrühren, beim Ankommen am Empfänger eine geringere Schallstärke als ein Echo aus einer Schallabstrahlung im Bereich der Achse des sich ausbreitenden Schallfeldes, so daß durch entsprechende Wahl des Anstiegs der Ansprechempfindlichkeit und der Größe der Schwelle, welche das Verstärkerausgangssignal zum Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung durchläßt, dafür gesorgt werden kann, daß die Schallstärke des Störechos nicht ausreicht, ein für das Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung ausreichendes Verstärkerausgangssignal zu erzeugen.

Zusätzlich oder alternativ zu dem allmählichen, vorzugsweise linearen Anstieg der Ansprechempfindlichkeit des Empfängers kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Verstärker abhängig von der Steuerung des Zeitgliedes verzögert einschaltbar sein. Hierdurch insbesondere wird eine direkte Koppelung des Empfängers mit dem Sender vermieden, so daß keine Fehlmessungen dadurch entstehen können.

Hierbei kann in der bevorzugten Lösung das Zeitglied mittels eines Meßbereichsschalters von einer geringen Einschaltverzögerung im Nahmeßbereich auf eine größere Einschaltverzögerung im Fernmeßbereich umschaltbar sein. Wenn man beispielsweise eine inschaltverzögerung im Nahmeßbereich von etwa 3 Millisekunden nach dem Sendebeginn vorsieht, entspricht dies einem Ausbreitungsweg von etwa 1 m, so

daß Meßentfernungen größer als 0,5 m gemessen werden können. Die Einschaltverzögerung für den Fernmeßbereich kann hierbei beispielsweise etwa 12 Millisekunden betragen, was einer M eisentfernung von etwa 2 m entspricht Dadurch sind Störechos, weiche aus einem kürzeren Abstand am Empfänger eintreffen, für die Beeinflussung des Meßergebnisses wirkungslos gemacht Außerdem ist durch die Verwendung der Einschaltverzögerung des Verstärkers eine Messung auch beispielsweise durch einen Maschendrahtzaun oder dergl. hindurch möglich.

Für die Einschaltverzögerung des Verstärkers kann man solche Zeitglieder verwenden, welche fest auf einen bestimmten Zeitverzug ausgelegt sind. Eine andere und hier bevorzugte Möglichkeit besteht jedoch darin, die Größe des Zeitverzuges in Abhängigkeit davon zu steuern, daß die Sendeleistung des Senders nach dem Aussenden des Schallimpulses bis auf einen bestimmten Wert abgeklungen ist Wenn dieser Abklingwert hinreichend klein ist, um ein direktes Koppeln des Empfängers mit dem Sender zuverlässig auszuschließen, können dadurch hervorgerufene Fehlmessungen auch bei von Messung zu Messung schwankender Maximalleistung des Senders zuverlässig ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsformen erläutert welche aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Abstands-Meßgerät mit einbezogenem elektronischem Taschenrechner,

Fig.2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II in Fig. 1 und

Fig.3 einen Schaltplan für den Sender und Empfängerteil des Meßgeräts aus F i g. 1.

Bei dem aus F i g. 1 ersichtlichen Gerät sind in einem gemeinsamen Gehäuse 1 im Westentaschenformat ein mit Ultraschall arbeitendes Abstands-Meßgerät mit einem mehrstelligen digitalen Anzeigefeld 2 und ein elektronischer Taschenrechner mit einem gesonderten digitalen Anzeigefeld 3 als Baueinheit untergebracht. Auf der Breitseite des Gehäuses 1 sind ein Ein-Aus-Schalter 5 des Rechners und unterhalb des Tastenfeldes

4 ein Meßschalter 6 für das Meßgerät untergebracht
An der vorderen Stirnseite des Gehäuses I sitzt links

ein Ultraschall-Sender 7 und rechts ein daran angepaßter Schallempfänger 8. Durch Betätigen des Meßschalters 6 wird durch den Sender 7 ein Ultraschallimpuls ausgesendet, an einem Meßobjekt reflektiert und am Empfänger 8 empfangen. Die in dem Gehäuse untergebrachte Laufzeitmeßeinrichtung mißt die Lauf- so zeit des Meßsignals bis zum Empfangen am Empfänger

5 und bringt auf dem Anzeigefeld 2 einen Zahlenwert zur Anzeige, welcher dem halben Laufveg des Meßsignals vom Sender 7 bis zum Meßobjekt und zurück zum Empfänger 8 entspricht. Dieses Meßergebnis ist auf eine gehäusefeste Bezugslinie bezogen, welche bei dem Meßgerät nach F i g. 1 in der dem Sender und Empfänger abgewendeten Stirnfläche des Gehäuses 1 liegt, welche als Anlagefläche 9 gestaltet ist, mit welcher das Gerät für die Messung des Abstandes eu zwischen zwei Meßobjekten gegen das eine Meßobjekt, beispielsweise eine Wand, gehalten wird.

Der Rechner und das Meßgerät arbeiten mit einer gemeinsamen, in dem Gehäuse 1 untergebrachten Batterie 10, welche schematisch in F i g. 3 eingetragen ist. Außerdem sind aus F i g. 3 die elektronischen Sender- und Empfänger-Schaltungen ersichtlich. Für die einzelnen elektronischen Elemente in den hier gezeigten Schaltungen sind die dafür üblichen Symbole verwendet so daß auf ihre Erläuterung hier im einzelnen verzichtet werden kann.

Von der Batterie 10 geht ein Zweig R zum Rechenteil, während ein anderer Leitungszweig über den Meßschalter 6 läuft und hinter diesem sich seine-:-seits auf zwei Anschlüsse unterschiedlicher Ausgangsspannung a und b verzweigt

Zur Senderschaltung 11 gehört eine Startverzögerungsschaltung 12 und eine Einschaltsteuerung 13. Die Startverzögerungsschaltung 12 hat den Zweck, für einen definierten Anfang des Senderimpulses und damit einen definierten Startimpuls für die Laufzeitmeßeinrichtung zu sorgen, welcher am Ausgang A der Startverzögerungsschaltung 12 erscheint Diese Schaltung ist hier so ausgelegt daß über das Zeitglied 14 nach etwa 03 Sekunden die Triggerschwelle erreicht wird und am Ausgang des Verstärkers 15 die Nenn-Spannung auftritt, welche einerseits zur Empfängerschaltung 17, andererseits zur Einschaltsteuerung 13 des Senders 7 geht Gleichzeitig erscheint auch am Ausgang A des Gliedes 16 der Nennpegel zum Starten der Laufzeitmeßeinrichtung.

Der Schallsender 7 wird vom Sender-Generator 19 betrieben, welcher jedoch vom Transistor 20 der Einschaltsteuerung 13 am Arbeiten gehindert wird, solange der Transistor 20 voll geöffnet ist. Nach dem Erscheinen des Signals am Ausgang des Verstärkers 15 wird über entsprechende Trigger der Einschaltsteuerung 13 ein 0,2 ms dauerndes Signal an den Transistor 20 angelegt, durch welches dieser voll gesperrt wird, so daß der Sender-Generator 19 ein 0,2 ms dauerndes Impulsbündel der Frequenz / = 40 kHz erzeugt. Dieses Impulsbündel wird im Transistor 21 verstärkt und über einen Transformator zur Sendekapsel 7 gegeben, welche mit einem Widerstand 22 bedämpft ist, damit Nachschwingungen des Senders 7 verkürzt werden. Die Frequenz des Sender-Generators 19 ist über den Trimmwiderstand 23 einstellbar.

Das am Ausgang des Verstärkers 15 der Startverzögerungsschaltung 12 erscheinende Signal wird außerdem an eine der Empfängerschaltung 17 vorgeschaltete Verzögerungsschaltung 18 gegeben, durch welche das Ansprechen der Empfängerschaltung solange verzögert wird, wie der Sender 7 arbeitet. Hierzu gelangt der Eingangsimpuls der Verzögerungsschaltung 18 über den Widerstand 24 zum Kondensator 25, der nun aufgeladen wird. Nach dem Ablaufen der Ladezeit, welche durch Zuschalten des Kondensators 27 mittels des Meßbereichschalters 28 vergrößert werden kann, erscheint am Ausgang des Triggers 26 eine Spannung, durch welche der Kondensator des nachgeschalteten Zeitgliedes 29 aufgeladen wird, so daß am Ausgang des Zeitgliedes 29 die Spannung etwa linear mit der Zeit ansteigt. Entsprechend diesem Spannungsanstieg steigt die Verstärkung des dem Empfänger 8 nachgeschalteten Transistors 30 an.

Der Verstärker 31 des Empfängers 8 hat als Eingangsstufe einen rauscharmen FET-Transistor 32, welcher optimal angepaßt ist. Die weitete Verstärkung erfolgt über zwei Silizium-Transistoren 33 und 30. Anschließend erfolgt eine Demodulation und Gleichspannungsverstärkung. Der Ausgang ßder Empfängerschaltung 17 geht zur Laufzeitmeßrichtung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur berührungslosen Abstandmessung im Abstandbereich einige Zentimeter bis zu einigen 10 Metern, mit Gehäuse im Taschenformat, das einen im Ultraschallbereich arbeitenden Kurzzeit-Impulssender und einen zugeordneten Empfänger sowie eine mit dem Sender und Empfänger zusammenwirkende Laufzeitmeßeinrichtung enthält, die gesteuert vom Empfänger abschaltbar ist ι ο und der ein mehrstelliges digitales Anzeigefeld am Gehäuse zugeordnet ist, wobei der Empfänger einen das Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung steuernden Empfangsverstärker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (24,25,26,29) dem Empfangsverstärker (17) zugeordnet ist, durch dessen Steuerung die AnsprechempFindlichkeit zeitverzögert gegenüber dem Aussenden des Sendeimpulses auf den Betriebswert ansteigt

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (24, 25, 26, 27) mittels eines Meßbereichschalters (28) von einer geringen Einschaltverzögerung im Nahmeßbereich auf eine größere Einschaltverzögerung im Fernmeßbereich umschaltbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied auf das Abklingen der Sendeleistung des Senders auf einen bestimmten Bruchteil seiner Maximalleistung nach Einschalten des Verstärkers anspricht.