DE2923979A1

DE2923979A1 - Ultraschall-abstandsmessgeraet

Info

Publication number: DE2923979A1
Application number: DE19792923979
Authority: DE
Inventors: Horst Poschmann; Hanns Rump; Gerhard Wagner
Original assignee: Elp Electronic & Plastic S Gmb
Current assignee: Elp Electronic & Plastic S Gmb
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE2923979C2

Description

Ultraschall-Abstandsmeßgerät
(Zusatz zu Patentanmeldung P 27 55 556.2) Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-AbstandsmeB-gerät mit digitaler Anzeige von im Meßbereich eines Maßbandes liegenden Abständen, wobei in einem Taschengehäuse ein im Ultraschallbereich arbeitender Schall sender und ein zugeordneter Schall empfänger sowie eine mit dem Sender und Empfäger zusammenwirkende Laufzeitmeßeinrichtung angeordnet sind, die durch ein Startsignal des Senders einschaltbar und gesteuert vom Empfänger abschaltbar ist und der ein mehrstelliges digitales Anzeigefeld am Gehäuse zugeordnet ist, wobei der Sender ein einen Kurzzeitimpuls aussendender Impuls sender ist und der Empfänger einen das Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung steuernden Empfangsverstärker aufweist, dessen Eingangsstufe die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers nach dem Einschalten bis zu dem Betriebswert zeit abhängig ansteigen läßt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 55 556.2).
In der Hauptanmeldung ist bereits das Problem behandelt ein Ansprechen des Empfängers auf Störechos zu vermeiden.
Es ist dort bereits vorgesehen, daß die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers nach Aussenden des Sendeimpulses über eine bestimmte Zeitspanne bis zu dem Betriebswert hin ansteigt.
Aufgabe der vorliegenden Zusatzerfindung ist eine solche Ausbildung des Ultraschall-Abstandsmeß erätes daß durch eine optimale Steuerung der Ansprechempfindlichkeit des Empfängers Störechos nahezu vollständig unterdrückt werde können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers etwa (luadratisch mit der Laufzeit erhöht wird.
Es hat sich gezeigt, daß bei einem handelsüblichen Ultraschallsender der vorliegenden Abmessungen die Strah-Lang auf einen Winkelbereich von 100 zu beiden Seiten der Bezugsrichtung konzentriert ist. Innerhalb dieses Winkelbereichs fällt die Intensität auf einen Pegel von etwa -10dE ab. Da außerdem die Energie des Ultraschallimpulses mit dem Quadrat der-Entfernung abnimmt, kann man im wesentlichen alle Störechos unterdrücken, wenn man gemäß der Lehre der Erfindung die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers steuert Nur Echos, die von dem zu messenden Gegenstand herkommen, haben dann einen ausreichend hohen Pegel, um die Empfängerschaltung zum Ansprechen zu bringen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Eingangsstufe die Kathode eines Beldeffekttransistors über die Parallelschaltung eines Kathodenwiderstandes und eines Kondensators und aut3erdem über die Anoden-Eathoden-Strecke einer Diode mit Masse und die Anode des Feldeffekttransistors über einen Anodenwiderstand mit der Betriebsspannung verbunden sind und daß in die Kathodenleitung der Diode eine von dem Startsignal des Senders gesteuerte Gatterschaltung eingefügt ist.
Mit dieser Schaltung ist gewährleistet, daß sich im Wartezustand der Feldeffekttransistor im Sättigungsgebiet befindet, so daß der Verstärkungsgrad bzw. die Ansprechempfindlichkeit den Wert 0 haben. Durch das Startsignal wird das Potential an der Gatterschaltung erhöht, so daß die Ladung des Kondensators exponentiell ansteigt. Entsprechend verschiebt sich der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors in den Bereich höchster Verstärkung. Eine Überprüfung zeigt, daß das Produkt von Ansprechempfindlichkeit bzw. Verstärkung des Empfängers und Schallpegel innerhalb des Meßbereichs weitgehend konstant ist. Damit lassen sich durch diese Schaltung nahezu ideale Verhältnisse verwirklichen, so daß durch eine überraschend einfache SchaltungsmatJnahme Storimpulse unterdrückt werden können.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen: Fig. 1 eine Gesamtansicht des Ultraschall-Abstandsmeßgerätes, Fig. 2 ein Diagramm des Schallfeldes einer typischen Ultraschallkapsel, Fig. 3 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, Fig. 4 den Verlauf des Schallpegels und der Ansprechempfindlichkeit des Empfängers in Abhängigkeit von dem Laufweg und Fig. 5 das Produkt von Ansprechempfindlichkeit des Empfängers und Schallpegel ebenfalls in Abhängigkeit vom laufweg.
Das Ultraschall-Abstandsmeßgerät befindet sich innerhalb eines Gehäuses 1, das etwa die Größe eines Taschenrechners hat. Ein digitales Entfernungsanzeigefeld 2 zeigt die jeweils gemessene Entfernung an. Die Auslösung eines Ultraschallimpulses erfolgt mittels eines Einschalttasters 6. Der Ultraschallimpuls wird über den Ultraschallsender 7 abgestrahlt und der reflektierte Impuls wird mittels eines Empfängers 8 empfangen.
Fig. 2 zeigt die Richtcharachteristik des Ultraschallfeldes eines handelsüblichen Ultraschallsenders. Man erkennt; daß innerhalb eines Winkelbereichs von 100 zu beiden Seiten der Bezugsrichtung der Hauptteil der Intensität des Schallfeldes konzentriert ist. Innerhalb dieses Winkelbereiches fällt der Pegel des Xchallfeldes auf -10 dB ab. Da außerdem der Pegel des Schallfeldes etwa umgekehrt proportional zum Quadrat des Laufweges abfällt, kann man nach der Erfindung Einflüsse von Störechos dadurch vermeiden, daß man die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers in quadratischer Abhärlgigkeit voru Laufweg steuert, damit dcls Produkt voil Ansprechempfin(llichkeit vzw. Verstärkung des Empfängers und Schallpegel im wesentlichen konstant bleibt.
Eine Schaltung zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 3 dargestellt. Eine als Blocks(,llaltbild gezeigte Startverzögerungsschaltung 12 wird durch den Einschalttaster ausgelöst und gibt über eine Leitung 51 ein definiertes Startsignal ab, das auch die Sendeschaitung 11 auslöst, so daß über den Ultraschallsender 7 ein kurzzeitiger Ultraschallimpuls ausgesandt wird. Der Empfänger 8 empfängt die Echosignale. Die Eingangsstufe der Empfdngsschaltung enthält einen Feldeffekttransistor 52, dessen 'f'orelektrode über einen Widerstand 53 mit Masse verbunden ist. Die Kathode des Feldeffekttransistors liegt über einen Kathodenwiderstand 54 ebenfalls an Masse. Die Anode des Feldeffekttransistors 52 ist über einen Anodenwiderstand 55 mit der Betriebsspannung +UB verbunden. Parall.el zu dem Kathodenwiderstand 54 liegt ein Kondensator C und außerdem ein Einstellwiderstand 56, an den die Anode einer Diode D angeschlossen ist. Die Kathode dieser Diode D ist mit einer IC-Technik ausgeführten Gatterschaltung G verbunden, der ii Steuereingang an die Leitung 51 angeschlossen ist. Wenn auf der Leitung 51 kein Startsignal vorhanden ist, ist der entsprechende Anschlußpunkt der Gatterschaltung G mit Masse verbunden. Wenn auf der Leitung 51 ein positives Startsignal erscheint, erscheint auch an dem betreffenden Eingang der Gatterschaltung G ein positives Potential, so daß die Diode D sperrt.
Die Anode des Feldeffekttransistors 52 ist über eine Verstärkerstufe 57 mit einer Auswerteschaltung 58 verbunden, die im einzelnen nicht erläutert wird.
Die Widerstände 54 und 55 sowie der Widerstand 53 werden so eingestellt, daß der Arbeitspunkt des Transistors 52 im Bereich höchster Verstärkung liegt, wenn die Diode D gesperrt ist.
Die mit der Schaltung erzielten Meßergebnisse sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4 zeigt zunächst in logarithmischem Maßstab den Schailpegel in Abhängikeit von dem Laufweg. Der Schalipegel nimmmt im wesentlichen umt;ekehrt quadratisch mit dem Laufweg ab. Im Wartezustand s-telll; die Diode D eine Verbindung zu Masse dar, so daß dadurch der Felderfekttransistor 52 in den Sättigungsbereich gezogen wird, in dem die Ansprechempfindlichkeit bzw. der Verstärkungsgrad einen verschwindenden Wert haben. Sobald das Startsignal auf der Leitung 51 auftritt, wird das Kathodenprotential der Diode D hochgelegt, so daß die Diode D sperrt.
Infolgedessen steigt das Potential am Kondensator C exponentiell an. Demzufolge wird der Arbeitspunkt ds Feldeffekttransistors 52 in entsprechendem Ausmaß in den Bereich höchster Verstärkung hineinverschoben. Der Verstärkungsgr;id-bzw. die Ansprechempfindlichkeit des Feldeffekttransistros 92 sind in Abhängigkeit von diesem Ladevorgang und damit auch in Abhängigkeit vom Laufweg ebenfalls in lPig. 4 dargestellt. Dieser Verlauf der Ansprechempfindlichkeit läßt sich durch Einstellung des Einstellwiderstandes 56 beeinflussen.
Das Produkt von Ansprechempfindlichkeit und Schallpegel ist in Fig. 5 im Dämpfungsmaßstab dB angeben. Dieses Produkt hat innerhalb des Neßbereichs einen weitgehend konstanten Wert, so daß Störechos wirksam unterdrückt werden können.
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Claims

Ultraschall-Ab standsmeßgerät (Zusatz zu Patentanmeldung P 27 55 556.2) Patentansprüche C Ultraschall.-Abstandsmeßgerät mit digitaler Anzeige von im Meßbereich eines Maßbandes liegenden Abständen, wobe in einem Taschengehäuse ein im Ultraschallbereich arbeitender Schailsender und ein zugeordneter Schallempfänger sowie eine mit dem Sender und Empfänger zusammenwirkende Laufzeit meßeinrichtung angeordnet sind, die durch ein Startsignal des Senders einschaltbar und gesteuert vom Empfänger abschaltbar ist und der ein mehrstelliges digitales Anzeigefeld am Gehäuse zugeordnet ist, wobei der Sendern einen Kurzzeitimpuis aussendender Impuls sender ist und der Empfänger einen das Abschalten der Laufzeitmeßeinrichtung steuernden Empfangsverstärker aufweist, dessen Eingangsstuf die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers nach dem EinscXlaLten bis zu dem Betriebswert zeitabhängig ansteigen Läßt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 55 556.2), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers etwa quadratisch mit der Laufzeit erhöht wird.
2. Ultraschall-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eingangsstufe die Kathod eines Feldeffekttransistors (52) über die Parallelschaltung eines Kathodenwiderstandes (54) und eines Kondensators (C) und außerdem über die Anoden-Kathoden-Strecke einer ode Diode(D) mit Masse und die Anode des Feldeffekttransistors (2) über einen Anodenwiderstand (55) mit der Betriebsspanilung ver- bunderi sind und daß in die Kathodenleitung (ier Diode (l)) eine von dem Startsignal des Senders gesteteuerte Gatterschviltung (G) eingefeigt ist.
Ultraschall-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenwiderstand (54) und der Anodenwiderstand (55) des Feldeffekttransistors (52) so bemessen sind, daß der Feldeffekttransistor im Arbeitspunkt höchster Verstärkung arbeitet.
4. Ultraschall-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (8) an die Torelektrode des J?etdeffekttransistors (52) angeschaltet ist.
5. Ultraschall-Abstandmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Verstärke stufen an die Anode des Feldeffekttransistors (52) angekoppelt sind.
6. Ultraschall-Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kathode des Feldeffekttransistors (52) und die Anode der Diode (D) ein Einstellwiderstand (56) eingefügt ist.