DE3128553A1

DE3128553A1 - Ultraschallabstandsmesser

Info

Publication number: DE3128553A1
Application number: DE19813128553
Authority: DE
Inventors: John Vancha
Original assignee: HURST PERFORMANCE Inc
Current assignee: HURST PERFORMANCE Inc
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1981-07-18
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4326273A; JPS5745478A

Description

DiPL.-iNG.j. Richter :::·::: *: Patentanwälte

DIPL.-ING. F. WERDERMANN '&' ZUSEL. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO ■ MANDATAIRES AGREES PRES L¹OEB

2000 HAMBURG 36
NEUER WALL 1O

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TELEGRAMME:
INVENTIUS HAMBURG

TELEX 2163551 INTU D

1 ?. 7. 81

UNSER ZEICHEN/OUR FILE

H.4465-I-8I378 Wdm/le

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT:

23. Juli I98O

(entspr. U.S. Serial No. 171 529)

BEZEICHNUNG:

Ultraschallabstandsmesser.

ANMELDER:

HURST PERFORMANCE, INC. Warminster, Pennsylvania V. St ..A.

ERFINDER:

John Vancha
201 Andover Court Bolingbrook, 111. βθ439 V.St.A.

Die Erfindung bezieht sich auf einen ültraschallabstandsmesser zur Verwendung in Fahrzeugen.

Es sind bereits eine Anzahl Sonar- oder Ultraschallabstandsmesser bekannt (vgl. US-PS 3 3βΟ 775 und 3 922 629). Diese sind jedoch zum Gebrauch für die Fahrer von Personenkraftfahrzeugen kaum geeignet.

Für den Kraftfahrer ist ein Abstandsmesser am Fahrzeug, insbesondere als Warnsystem, für den Fall von Vorteil, wenn er das Fahrzeug zurücksetzen will. Oft ist es nicht möglich, dass eine Person aus dem Fahrzeug aussteigt, um nachzusehen, ob sich ein Hindernis hinter dem Fahrzeug befindet, oder es kann allenfalls ein kurzer Blick in den Rückspiegel getan werden. Gelegentlich kommt es daher vor, dass Kinder verletzt oder gar getötet werden, wenn ein Kraftwagen a,uf einem Fahrweg rückwärts fährt. Abgesehen hiervon, kommt es häufig vor, dass beim Zurücksetzen von Fahrzeugen zwecks Parkens Hindernisse wie z.B. ein Pfosten angefahren wird. Mit einem Ultraschallabstandsmesser, der mit verhältnismässig niedrigen Kosten verbunden ist, sind · die meisten Probleme dieser Art zu lösen.

Das erste der eingangs genannten U.S.-Patente betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung von Kollisionen an einem Raupen-

fahrzeug wie z.B. einem auf Plughäfen zu verwendenden Raupenschlepper. Diese Vorrichtung kann in Verbindung mit einem automatischen System für die Steuerung der Fahrzeugbremsen zur Stillsetzung des Fahrzeugs dienen, bevor es zu einer Kollision kommt. Das System hat ferner eine Schaltung, die ein akustisches Warnzeichen liefert, dessen Tonfrequenz bei Annäherung des Fahrzeugs an das Hindernis ansteigt. Die Frequenz des Warntones ist umgekehrt proportional dem Abstand von dem Hindernis. Ausserdem erforderte diese bekannte Vorrichtung getrennte Schallwandler und damit einen verhältnxsmässig hohen Aufwand.

Ebenso erfordert das an zweiter Stelle genannte U.S.-Patent zum Senden und Empfangen getrennte Schallwandler in Verbindung mit einem Wobbler zur Schaffung eines fehlersicheren Geräts.

Es sind noch weitere zum Gebrauch in Fahrzeugen bestimmte UltraschallabStandsmesser bekannt, deren System einen aktiven Reflektor mit sowohl einem Empfänger als auch einem Sender erfordert (US-PS 3 8O6 86l).

Ein weiteres bekanntes Schema verwendet mehrere Ultraschallwandler als Sender.und Empfänger, die alle gleichzeitig zur Wirkung kommen (US-PS 3 842 397).

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Ferner ist eine Ultraschalldetektorvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die einen Taktimpulsgenerator zum Steuern eines Oszillators und eines Schaltkreises aufweist (UK-PS 1 509 756).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallabstandsmesser zur Verwendung in Fahrzeugen zu schaffen, dessen System mit vergleichsweise niedrigem Aufwand verbunden ist und den Fahrer mittels eines Klingel- oder sonstigen akustischen Zeichens darüber informiert, dass das Fahrzeug, ganz gleich, ob es sich bewegt oder stillsteht, sich innerhalb eines vorbestimmten Abstarids von einem Hindernis befindet.

Verschiedene Lösungen dieser Aufgabe sind in den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 angegeben.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung solcher Ultraschallabstandsmesser sind in den Ansprüchen 5 bis 7 genannt.

Ein Ultraschallabstandsmesser gemäss der Erfindung enthält einen sequentiellen Taktgeber j der ein periodisches Sendegattersignal und ein periodisches Abstandsgattersignal erzeugt. Das Sendegattersignal wird einem Analoggatter für niedrige Leistung und einem Analoggatter für hohe Leistung

zugeleitet. Das Analoggatter niedriger Leistung empfängt ein 23 kHz-Signal, das von einem frei laufenden astabilen Multivibrator erzeugt und über ein Tiefpaßfilter eingespeist wird. Das Sendegattersignal dient zur gleichzeitigen Einschaltung sowohl des Analoggatters für niedrige Leistung als auch des Analoggatters für hohe Leistung, so dass der astabile Multivibrator die Möglichkeit erhält, eine zwischen den Analogschaltern angeordneten Leistungsverstärker zu speisen, der als Treiber eines piezoelektrischen Schallwandlers dient. Da das Sendegattersignal periodisch zugeführt wird, werden von einem Schallwandler eine Reihe pulsierender Sonartöne erzeugt.

Der Wandler empfängt auch von in der Nähe befindlichen Hindernissen bzw. Objekten zurückgeworfene Echos und wandelt diese in elektrische Rücklaufsignale um. Die elektrischen Rücklaufsignale werden einem abgestimmten Empfänger zugeführt, welcher 23 kHz-Signale selektiv verstärkt. Der abgestimmte Empfänger liefert ein Signal an einen Detektor, der wiederum eine Logik- oder Koinzidenzschaltung speist. Wenn ein AbStandsgattersignal aus dem sequentiellen Taktgeber der Logikschaltung zugeführt wird, während die Logik das Detektorsignal empfängt, betreibt die Logikschaltung einen Ausgangsanzeiger wie z.B. eine Glühlampe oder einen Summer, um den Benutzer auf ein vorhandenes Hindernis aufmerksam zu machen. Die Dauer und

Zeitmessung (timing) des Abstandgatters bestimmen den tatsächlichen Abstand des Geräts von dem Objekt.

Ein Hauptvorteil des Ultraschallabstandsmessers gemäss der Erfindung besteht darin, dass er trotz geringen Aufwandes ein zuverlässiges, für den Gebrauch in Kraftfahrzeugen geeignetes Gerät darstellt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, das ein solches Gerät nur einen einzigen Schallwandler (transducer) für Sendung und Empfang erfordert .

Im folgenden sind die Erfindung und ihre Vorteile anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschema der GesamtanOrdnung eines Ultraschallabstandsmessers gemäss der Erfindung;
Pig. 2A das Schaltschema eines Teils eines solchen

Ultraschallabstandsmessers; Fig. 2B das Schaltschema eines weiteren Teils und

Fig. 2C das Schaltschema eines dritten Teils eines solchen Ultraschallabstandsmessers.

Der in dem Blockschema von Fig. 1 schematisch gezeigte Ultraschallabstandsmesser enthält einen sequentiellen Takt-

ν · fr W ι» ΐτ

Atf.

geber 2, welcher Taktsignale zu zwei Sendeanalogschaltern 3a und 3b liefert. Der Schalter 3a steuert den Oszillatorausgang aus einem frei laufenden 23 kHz-Oszillator 4, mit dem ein Kraftverstärker oder Leistungsverstärker 5 gespeist wird. Der Analogschalter 3b steuert die Zuführung eines verstärkten Signals aus dem Leistungsverstärker zu einem Ultraschallwandler 6.

Die Analogschalter 3a und 3b liefern an ihrem Ausgang eine pulsierende Schwingung. Der Ultraschallwandler 6 wirkt sowohl als Sendewandler als auch als Empfangswandler, der die Echos von in der Nähe befindlichen Objekten aufnimmt. Solche Echosignale werden durch einen Empfänger J verarbeitet, der ein Empfängersignal einem Detektor 8 zuführt. Der"Detektor 8 liefert ein Detektorsignal an die zur Abstandsfeststellung dienende Logikeinheit 8a, welche an ihrem Ausgang ein Treibersignal erzeugt, sobald das Detektorsignal und ein Abstandsgattersignal aus dem sequentiellen Taktgeber 2 zusammenfallen. Das Ausgangstreibersignal wird einer Ausgangsanzeigevorrichtung, wie z.B. einem Summer oder einer Lampe 9 zugeleitet.

Die Schaltung ist im einzelnen abschnittweise in den Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt. Ein-Anschlussgerät 10. liegt über eine Leitung 14 an der positiven Klemme einer 12-V-Kraftfahrzeugbatterie. In der Leitung Ik sind in Reihe zueinander

eine Sicherung für 1 A und eine Drossel 18 geschaltet, um den Durchgang von Stosswellen oder Hochfrequenzstörungen, die teilweise in dem Zündsystem des Fahrzeugs erzeugt sein könnten, zu sperren. Eine Spannungsreglerdiode 20 liegt in Reihe mit der Drossel l8, ebenfalls um die übertragung von hochfrequenten Stosswellen auf andere Teile der Schaltung zu verhindern. Bei diesem Äusführungsbeispiel ist die Spannungsreglerdiode 20 so ausgewählt, dass sie eine Lawinen- oder Durchbruchspannung von 30 V hat. Die Reglerdiode 20 ist mit der Masse des Fahrzeugs 22 und über eine zweite .Drossel 24 mit dem B- oder negativen Pol der Fahrzeugbatterie verbunden. Bei den meisten Fahrzeugen in den Vereinigten Staaten von Amerika kann die Fahrzeuginduktionsspule 24 mit dem Fahrgestell verbunden sein, da bei den meisten Fahrzeugen dieser Art das Fahrgestell eine negative Masse bildet. Die geregelte Speisespannung von 12 V wird über eine mit dem Verbindungspunkt der Drossel 18 und der Z'enerdiode 20 verbundene Leitung 26 geführt und durch einen Kondensator 28 (Fig. 2B) zwischen der Leitung 26 und Masse angeschlossen. Zwei gleiche Widerstände 30 und 32 sind mit der Leitung 26 verbunden, um verschiedene Teile der Schaltung 10 mit passender elektrischer Energie zu speisen. Ein Spannungsteiler 34 ist über eine Leitung 36 mit dem Widerstand 32 verbunden..

Der Spannungsteiler 34 enthält zwei gleiche Widerstände und 40 (Pig. 2A) in Reihenschaltung; parallel dazu sind zwei Kondensatoren 42'und 44 geschaltet. Ein grosser Kondensator 46, der als Filter dient, ist parallel zu den Widerständen 38 und 40 angeschlossen, ebenso wie die Kondensatoren 42 und 44. Mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 38 und 40 und dem der Kondensatoren 42 und 44 ist eine Leitung 50 verbunden, um eine geregelte gefilterte positive Gleichspannung von 6 V anderen Teilen der Schaltung zuzuführen.

Mit der Leitung 52 ist ein Widerstand 30 (Fig. 2B) verbunden, der in Reihe mit einem Kondensator 54 (Fig. 2A) angeordnet ist. Der Kondensator 54 liegt auch an Masse. Eine zusätzliche Energiespeiseleitung 56 ist an den Verbindungspunkt der Leitung 52 und des Kondensators 54 angeschlossen, um geregeltes B+Potential zu anderen Teilen der Schaltung zu führen.

Die Leitung 36 ist mit einer Leitung 60 verbunden, die B+ Energie zu einem Teil der Schaltung führt.

Der Zeitmesser oder sequentielle Taktgeber 2 (Fig. 2A) wird durch die Speiseleitung 60 mit Energie gespeist. Um für die richtige Gatterung der Sender- und Empfängerfunktionen zu sorgen, ist es erforderlich, einen Haupttaktgeber 2 vor-

* O OO

β O

β α nor

zusehen, der eine Einrichtung zur Erzeugung eines Sendegattersignals 71 und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Empfangsgattersignals enthält. Um ein Empfangsgattersignal zur Verfugung zu stellen, das mehrere Male pulsiert werden muss, ist ein astabiler Multivibrator 72 vorgesehen. Der astabile Multivibrator 72 wird bei dieser Ausführungsform mit einer Frequenz von etwa 10 Hz betrieben. Mit anderen Worten, ein Sendegattersignal wird in jeder Sekunde 10 χ erzeugt. Eine bekannte Integrationsschaltung 80, in diesem Falle eine integrierte Taktgeberschaltung vom Typ NE555 ist mit mehreren Leitungsanschlüssen versehen. Diese Leitungen sind bezeichnet mit 8l, 82, 83, 84, 85, 86, 87 und und entsprechen den Stiften 1, 2, 3, 4, 5₅ 6, 7 und 8 in dem Nummerhsenema der Herstellerfirma Signetics. Die Leitung 8l ist die Masseleitung. Die Leitung 82 ist die Trigger leitung, die Leitung 83 ist die Ausgangsleitung, die Leitung 84 ist die Reset- oder Rückstelleitung, die Leitung ist die Steuerspannungsleitungj die Leitung 86 ist die Schwellenleitung, die Leitung 87 ist die Entladungsleitung, die Leitung 88 ist die Spe-isespannungsleitung.

Die Rückstelleitung 84 und die Speiseleitung 88 sind in bekannter Weise mit der B+Speiseleitung 60 verbunden. Die Masseleitung 8l ist mit Masse verbunden. Ein Kondensator ist zwischen der Steuerspannungsleitung 85 und der Masseleitung 8l angeschlossen. Ein Kondensator 92 ist zwischen

der Masseleitung 8l und der Triggerleitung 82 angeschlossen. Die Triggerleitung 82 und die Schwellenleitung 86 sind beide mit einem Widerstand 9k verbunden, der auch in Reihenschaltung mit dem Kondensator 92 verbunden ist. Die Entladungsleitung 87 ist mit einer Verbindungsstelle des Widerstands 94 und eines Widerstands verbunden. Der Widerstand 96 wird von der B+Leitung 60 aus gespeist. In bekannter Weise wird die Schwingungsfrequenz des astabilen Multivibrators 72 bestimmt durch die Werte des Kondensators 92 und der Widerstände 9^ und Die Ausgangsleitung 83 erzeugt ein Sendertaktsignal, bestehend aus einer Rechteckwelle mit einer Frequenz von 10 Hz, Das Sendertaktsignal wird über einen differentiierenden Kondensator 98 geleitet, der das Rechtecksignal in ein Spitzensignal umwandelt, dessen positive Spitzen in Phase mit den ins Positive gehenden Flanken des Rechteckwellensignals liegen, während seine negativen Spitzen in Phase mit den ins Negative gehenden Planken des Rechteckwellensignals liegen.

Das 10 Hz-Spitzensignal wird einer Verzögerungssehaltung zugeführt, die aus einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Taktgeberschaltung vom Typ NE555 besteht, mit der Bezugsziffer 102 versehen ist und als monostabiler Multivibrator gestaltet ist. Das Spitzensignal steht unter Einwirkung einer Vorspannung über einen Widerstand 104,

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der mit der B+Speiseleitung 60 verbunden ist. Das in der Höhe versetzte 'Spitzensignal wird einer integrierten Schaltung 102 zugeleitet, die eine Masseklemme 111, eine Triggerklemme 112, eine Ausgangsklemme 113, eine Reset- oder Rückstellklemme 114, eine Steuerspannungsklemme 115, eine Schwellenklemme 116, eine Entladeklemme 117 und eine Speiseklemme 118 aufweist. Das Spitzensignal wird nach seiner Höhenversetzung an der Triggerklemme 112 eingegeben.

Die integrierte Schaltung 102 enthält einen Kondensator 20, der zwischen der Steuerspannungsklemme 115 und der Masseklemme 111 angeschlossen ist. Der Kondensator 120 und die Masseklemme 111 sind mit Fahrzeugmasse verbunden. Ein Kondensator 122 liegt zwischen der Masseklemme 111 und der Entladeklemme 117. Die Schwellenklemme 116 liegt an der Entladeklemme 117 und zugleich an dem Widerstand 124, der von der Speisespannungsleitung 60 aus gespeist wird. Beim Empfang jeder ins Negative gehenden Spitze aus der Ausgangsleitung 30 des astabilen Multivibrators 72 erzeugt der monostabile Multivibrator 100 eine positive Rechteckwelle an seiner Ausgangsleitung 113 mit einer Dauer von etwa 500 MikrοSekunden.

Daher werden in jeder Sekunde zehn Rechteckwellenimpulse von 500 Mikrosekunden-Dauer in gleichmässigen Abständen von dem monostabilen Multivibrator 100 erzeugt. Die Impulse

-ZO

mit der Länge von 500 MikroSekunden bilden das Sendegatt er signal, das über die Ausgangsleitung 113 einer Taktgeberleitung 126 zugeführt wird. Das Sendegattersignal wird aus noch zu erörternden- Gründen auch anderen Teilen der Ultraschallabstandsmesserschaltung zugeführt.

Um die von festzustellenden Objekten zurückgeworfenen Echos zu überwachen und zu messen, ist es erforderlich, Vorkehrungen für irgendeine Art von Abstandsgatterung in der Schaltung zu treffen. Der Taktgeber 2 enthält einen Abstandsgatterteil 130, der mit einem Empfängerteil der Schaltung verbunden ist, um die AbstandsgatterungsCunktion zu übernehmen.

Der Abstandsgatterteil 130 hat zwei Zeitgatterteile, von denen der eine die Funktion einer TotZonenverzögerung und der andere die Punktion einer variablen Abstandsgatterverzögerung erfüllt. Die Totzonenverzögerungsfunktion wird durch einen Taktgeber in Form einer integrierten Schaltung 1*10 vom Typ NE^55₃ der an;; monoslabiler Multivibrator ausgebildet ist, in gleichartiger Weise verwirklicht wie bei dem monostabilen Multivibrator 100. Die integrierte Schaltung l40 hat eine Masseklemme l4l, eine Triggerklemme 142, eine Ausgangsklemme l43j eine Resetklemme 144, eine Steuerspannungsklemme l45₃ eine Schwellenklemme 146, eine Entladungsklemme 147 und eine Speiseklemme 148. Die Reset-

- XT-

klemme l44 und die Speiseklemme l48 werden von der B+ Speiseleitung 60 gespeist. Die Masseklemme ist mit Masse verbunden. Die Steuerspannungsklemme l4|3 Ist über einen Kondensator 150 mit Masse verbunden. Die Schwellenklemme 146 und die Entladeklemme 147 sind gemeinsam an den Verbindungspunkt eines an Masse liegenden Kondensators und eines Widerstands 154 angeschlossen, der aus der B+ Speiseleitung 60 gespeist wird. Der Kondensator 152 ist an eine Masseleitung 155 angeschlossen. Ein Vorspannungsoder Hochziehwiderstand 156 liefert Gleichstrompotential an die Triggerklemme 142. Das an der Ausgangsklemme 113 erzeugte Sendegattersignal wird über einen Differentiierungskondensator 158 dem Verbindungspunkt des Widerstandes und der Triggerklemme 142 zugeleitet. Beim Betrieb der Schaltung werden die 500 MikroSekunden dauernden Rechteckwellenimpulse differentiiert, so dass positive Spitzen erzeugt werden, die den ins Positive gehenden Teilen der Rechteckwellenimpulse entsprechen, und negative Spitzen, die den ins Negative gehenden Teilen der 500 Mikrosekunden dauernden Rechteckwellen entsprechen.

Die Impulse werden durch die über den Widerstand 156 zugeleitete Vorspannung in ihrer Höhe verschoben. Die integrierte Schaltung l4o triggert in bekannter Weise bei jeder negativen Spitze, die der Triggerklemme 142 zugeführt wird. Somit wird am Ende eines jeden 500 Mikrosekunden

dauernden Rechteckimpulses der Totzonentaktgeber ausgelöst. Der Tot zonentakt geber I¹IO wird gestartet, wenn der Sender abgeschaltet wird. Der To't zonentakt geber l40 erzeugt ein Rechteckwellensignal mit einer Frequenz von 10 Hz und einer Dauer von etwa 1,5 Millisekunden.

Tatsächlich wird der Totzonentaktgeber 140 als eine Verzögerungsschaltung verwendet. Das Totzonenverzögerungssignal von der Ausgangsklemme 1*13 wird durch einen mit der Ausgangsklemme 143 verbundenen Kondensator l60 differentiiert und einer Leitung l6l zugeführt. Die Rechteckwelle wird wiederum in ein Spitzensignal umgeformt, dessen negative Spitzen 10 χ in der Sekunde auftreten und um etwa 2 Millisekunden gegenüber dem von dem astabilen Multivibrator 72 erzeugten Taktsignal phasenverschoben sind. Das Spitzensignal ist durch ein über einen Widerstand 162 aus der B+Speiseleitung 60 entnommenes Potential in seiner Höhe versetzt.

Das in seiner Höhe versetzte Spitzensignal wird einem Abstandsgatterkreis 164 zugeführt, der aus einer integrierten Taktschaltung vom Typ NE555 besteht und mit der Bezugsziffer 170 versehen ist. Die integrierte Schaltung 170 hat eine Masseklemme 171, eine Triggerklemme 172, eine Ausgangsklemme 1733 eine Rückstellklemme 17^₃ eine Steuer-

spannungsklemme 175, eine Schwellenklemme 176, eine Entladeklemme 177 und eine Speiseklemme 178. Die Speiseklemme 178 und die Resetklemme 174 sind gespeist aus der B+Speiseleitung 60. Ein Kondensator I80 ist zwischen die Steuerspannungsklemme 175 und die Erdleitung 155 .eingeschaltet. Die Masseklemme 171 ist mit Masse verbunden. Ein Kondensator l82 ist zwischen die Entladeklemme 177 und die Masseklemme 171 geschaltet. Ein Widerstand 184 liegt an der Speiseleitung 60. Ein Pestwiderstand I86 lot mit dem Widerstand 184 verbunden. Ein variabler Widerstand 188 ist parallel zu dem Festwiderstand I86 geschaltet. Der Pestwiderstand 186 und der variable Widerstand 188 sind beide mit der Schwellenklemme 176 und der Entladeklemme 177 verbunden. Der Schaltungsaufbau des monostabilen Multivibrators, der das Abstandgatter 164 bildet_, ist bekannt .

Der monostabile Multivibrator l64 erzeugt 10 χ in jeder Sekunde einen Rechteckwellenimpuls in Abhängigkeit von den Triggerimpulsen aus dem Totzonentaktgeber l40. Die Dauer jedes Rechteckwellenimpulses beträgt annähernd 40 Millisekunden. Sie ist durch Justieren des variablen Widerstandes 188 einstellbar. Die Zeitdauer jedes Abstandsgatterimpulses bestimmt den effektiven Bereich, über den der Ultraschallabstandsmesser betrieben werden kann.' Die rechteckförmigen Abstandgatterimpulse umfassen das Empfängertakt-

signal und werden durch die Ausgangsklemme 173 einer Empfangstaktlextung 190 zugeführt. Eine Testpunktleitung 192 ist mit der Leitung 190 verbunden, um die Taktschaltung testen zu können.

Dann erzeugt der Taktgeber 70 ein Rechteckwellensignal mit 10 Hz in einer integrierten-Schaltung 8O₃ die den monostabilen Multivibrator 100 so steuert, dass er ein rechteckförmiges 10 Hz-Signal erzeugt, bei dem jeder rechteckige Abschnitt eine Dauer von 500 MikrοSekunden hat. Die Rechteckwellen mit einer Länge von 500 MikrοSekunden werden einem Senderteil der Schaltung zugeführt. Der Abstandgatterkreis 130 erzeugt eine rechteckige Signalwelle, die um 1,5 Millisekunden nach Beendigung jedes Senderimpulses durch den die Totzone bestimmenden monostabilen Multivibrator l40 verzögert wird.

Der Oszillator 4 dient zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Signals zur Umwandlung in Ultraschall. Als genauer Oszillator, der keinen erheblichen Aufwand erfordert, kann eine als Taktschaltung ausgebildete integrierte Schaltung vom Typ NE555 verwendet werden, die mit der Bezugsziffer 210 versehen ist. Die integrierte Schaltung 210 hat eine Masseleitung 211, eine Triggerleitung 212, eine Ausgangsleitung 213, eine Resetleitung 214, eine Steuerspannungsleitung 215, eine Schwellenlextung 216, eine Entladungs-

β Ο-β A A

leitung 217 und eine Speiseleitung 218. Die Speiseleitung 2l8 und die Resetleitung 214 werden mit Energie aus der B+Leitung 36 gespeist. Die Steuerspannungsklemme 215 ist über einen Kondensator mit Masse verbunden. Die Masseklemme ist ebenfalls mit Masse verbunden. Die Ausleseklemme ist über einen Kondensator 222 mit Masse verbunden, die Schwellenklemme 216 ist mit der Triggerklemme 212 verbunden, ein Widerstand 224 ist mit der Schwellenklemme verbunden, ein Pestwiderstand 226 ist zwischen dem Widerstand 224 und der B+Spannungsleitung 136 angeschlossen. Ein variabler Widerstand 228, bestehend aus einem Trimmerpotentiometer ist parallel zu dem Widerstand 226 geschaltet. Die integrierte Schaltung 210 ist in bekannter Weise als astabiler Multivibrator ausgebildet. In diesem Falle liefert der astabile Multivibrator 210 ein Rechteckwellensignal mit einer Frequenz von 46 kHz an der Ausgangsklemme 213. Die Frequenz des 46 kHz-Signals ist mittels des Trimmerwiderstands 228 einstellbar. Die Einstellung erfolgt in der Fertigungsstätte, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Grundtaktfrequenz von 46 kHz erzeugt wird. Das 46 kHz-Signal wird einem Halbierstromkreis zugeführt, der aus einer integrierten Schaltung 230 besteht, bei dieser Ausführungsform einem Flip-Flop vom Typ CD 4013 Dual D mit einer Ql-Ausgangsklemme 231, einer Ql-Ausgangsklemme 232, einer Taktl-Klemme 233, einer geerdeten Reseti-Klemme 234, einer Dateni-Klemme 235, die an die Ql-Klemme 232 angeschlossen ist.

eine Setl-Klemme 236 und eine VSS-Klemme 237, die mit der Resetl-Klemme 23^i an Masse angeschlossen ist. Eine Set2-Klemme 238, eine Daten2-Klemme 239, eine Reset2-Klemme 240 und eine Takt2-Klemme 24l sind an Masse und an den Elektrolytkondensator 46 angeschlossen.-Eine Energiequellenklemme 244 VDD ist gleichfalls vorgesehen. Die Klemme 244 empfängt B+Energie von der Leitung 36. Die Rechteckwelle mit 46 kHz wird der Taktklemme 233 des Halbierstromkreises 230 zugeführt. Ein Röchteckwellensignal mit 23 kHz wird vom Ausgang des Halbierkreises 230 an der Ql-Klemme 231 abgegeben. Aus später zu erörternden Gründen ist es erforderlich zu gewährleisten, dass das 23 kHz-Signal nur wenig, oder keine hochfrequenten Stosswellen enthält. Um die hochfrequenten Stosswellen oder Komponenten aus dem Rechteckwellensignal mit 23 kHz zu entfernen, ist ein Tiefpaßfilter 250 vorgesehen.

Ein Rechteckwellensignal kann bekanntlich nach der Methode · der Pourier-Analyse "aufgebaut" oder verdoppelt werden durch Zusatz von Sinus- und Kosinuswellen, deren Frequenzen jeweils ein ganzzahliges Vielfaches betragen. In diesem Fall ist die erste Fourier-Komponente des 23 kHz-Signals eine 23 kHz-Sinuswelle. Sinuswellen mit höheren Frequenzen werden ebenfalls dem 23 kHz.-Grundsinuswellensignal überlagert, um die Rechteckwelle zu bilden. Ein Tiefpaßfilter 250 entfernt im wesentlichen alle Sinuswellenkomponenten mit einer

2?

Frequenz, die höher ist als 23 kHz.

Das Tiefpaßfilter 250 ist ein Filter, üblicher Art mit . mehreren in Reihe geschalteten identisch gleichen Widerständen 252 j 254 und 256. Der Widerstand 252 wird durch einen Kondensator 258 gespeist. Ein Widerstand 260 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstands 252 ;und des Kondensators 258 und einer Masseleitung 261 angeschlossen. Ein Kondensator 262 ist zwischen den Verbindungspunkten der .Widerstände 252 und 254 und Masse angeschlossen. Ein Kondensator 264 ist zwischen den Verbindungspunkten der Widerstände 254 und 256 und Masse angeschlossen. Ein Kondensator 266 ist zwischen dem Widerstand 256 und Masse eingeschaltet. Ein äusserer Kondensator 268 liefert ein im wesentlichen sinusförmiges Signal mit einer Frequenz von 23 kHz über eine Leitung 269 zu einem Analoggatter oder Schalter 270 niedriger Leistung.

Das Anäloggatter 270 besteht aus einer integrierten·Schaltung. Bei dieser Ausführungsform kann ein Quad Bilateral-Schalter vom Typ CD 4Ol6 verwendet werden. Das Analoggatter 270 ist aus.vier inneren Gattern zusammengesetzt. Es steuert die Übertragung der 23 kHz-Sinuswelle, die kontinuierlich erzeugt wird, auf andere Teile der Schaltung. Da Festkörper-Gatterkreise nicht den Impedanzbereich haben, der bei einem mechanischen Schalter oder Relais anzutreffen ist, sind die

vier Gatter in der integrierten Schaltung 270 in Reihe geschaltet, um die bei dieser Ausführungsform verfügbare maximale Impedanz zu bilden.

Das Analoggatter 270 niedriger Leistung hat mehrere Eingangsklemmen 271ι 274, 278 und 28l sowie mehrere entsprechende Ausgangsklemmen 272, 273, 279 und 280 für jedes der vier inneren Gatter. Mehrere Steuerklemmen 283, 275 _s 276 und 282- steuern die entsprechenden inneren Gatter. Die Steuerklemmen 275, 276, 282 und 283 sind, parallel zu der Leitung 126 geschaltet, um das Sendegattersteuersignal zu empfangen. Die Leitung 269 speist das Eingangsgatter 281, das in Reihe zu einem zweiten Gatter von seiner Ausgangsklemme 272 zu der Eingangsklemme 274 geschaltet ist. Die Ausgangsklemme 273 ist mit der Eingangsklemme verbunden. Die Ausgangsklemme 279 ist mit der Eingangsklemme 281 verbunden. Die Ausgangsklemme 280 ist mit einem Widerstand 292 verbunden, der seinerseits durch Leitungen und 291 mit dem Spannungsteiler 3^ verbunden ist. Eine Energiespeiseklemme 284 ist mit der Leitung 32 verbunden.

Wie ersichtlich, bildet die Reihenschaltung der Energieklemmen für die vier Tore die maximale Sperrimpedanz für das 23 kHz-Oszillatorsignal, das an der Leitung 269 von dem Tiefpaßfilter empfangen wird.

ο β ο βο a air» • ο ρ #. β β φ *> ο α ο βο«*βθο oe»o

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Eine Ausgangsleitung 294 liegt an der Ausgangsklemme 280 und dem Widerstand 292, Um zu gewährleisten, dass das 23 kHz-Sinuswellensignal durch das Analoggatter 270 nicht gestört wird, sind die Eingangsklemme 28l und die Ausgangsklemme 280 über die Widerstände 290 und 292 mit Gleichspannung in Höhe der halben Speisespannung vorgespannt .

Wie schon erwähnt, werden bei dieser Ausführungsform in Intervallen von jeweils 1/10 Sekunde Rechteckwellenimpulse von 500 Mikrosekunden Dauer dem Analoggatter 270 für niedrige Leistung über die Leitung 126 zugeführt. Während der Zeit, wo diese Impulse aufgenommen werden, öffnen alle vier inneren Gatter bzw. sie schalten gleichzeitig in einen leitenden Zustand und erlauben die übertragung eines 23 kHz-Sinuswellenstosses mit der Dauer von 500 Mikrosekunden zur Ausgangsleitung 294. Es erfolgen also.zehn Stösse des 23 kHz-Sinuswellensignals von je 5OO Mikrosekunden Dauer in gleichen Abständen zur Leitung 294.

Diese Sinuswellenstösse sind wechselstrommässig über einen Kondensator 296 und einen Widerstand 298 an einen Leistungsverstärker 5 gekoppelt. Der Leistungsverstärker 5 ist bei dieser Ausführung eine integrierte Halbleiterschaltung vom Typ LM38ON, hier mit der Bezugsziffer 300 versehen, der mehrere Klemmen mit den Bezeichnungen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 3O9_s 310, 311, 312, 313 und 31^ ent-

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sprechend den Klemmen 1 bis I¹J des Nummern sy st ems der Herstellerfirma National Semiconductor. Die Klemme 31^ ist mit der B+Speiseleitung 26 verbunden. Die Klemmen 309 und 313 werden auf schwebendem Potential belassen. Die Masseklemmen 303, 304, 307, 310, 311 und 312 sind mit einem Masseleiter 315 verbunden. Die Nebenschlussklemme ist über einen Kondensator 320 mit der an Masse liegenden Leitung 315 verbunden. Die Sinuswellenstösse werden von dem Widerstand 298 zu der invertierenden Eingangsklemme geleitet. Eine Ausgangsleitung 321 ist mit der Ausgangsklemme 308 verbunden. Ein Kondensator 322 und ein Widerstand 324 sind in Parallelschaltung zwische der invertierenden Eingangsklemme 306 und der nicht-invertierenden Eingangsklemme 302 angeschlossen. Die nicht-invertierende Klemme 302 liegt ebenfalls an Masse. Der Kondensator 322 beseitigt hochfrequente Stosswellen, die zu Beginn oder am Ende der Sinuswellenstösse infolge des Schaltvorgangs an dem Analoggatter 270 für niedrige Leistung vorhanden sein können. Der Kraftverstärker 300 vergrössert die Amplitude der Sinuswellenstösse und erzeugt ein sinuswellenförmiges Ausgangssignal mit einer Frequenz von 23 kHz und einer 7 V betragenden Spitzenspannung. Stosswellen werden durch ein Filter zur Masse abgeleitet, das aus einem Widerstand 328 und einem Kondensator 329 in Reihenschaltung zwischen der Ausgangsleitung 321 und der an Masse liegenden Leitung 315 besteht.

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Ein Wechselstromkopplungskondensator 332 mit einem ■Vorspannungswiderstand 334, der zwischen ihm und Masse angeschlossen ist, liefert die 23 kHz-Sinuswelle an das Ahaloggatter für hohe Spannung oder den Schalter 3b, der aus einem Triac 342 besteht. Der Triac 342 ist an einem Gatter 344 durch einen Widerstand 345 mit der Leitung verbunden, um das Sendegattersignal aufzunehmen. Eine erste Hauptanschlussklemme 346 des Triac 342 ist mit dem Kondensator 332 verbunden und nimmt den verstärkten 23 kHz-Signalstoss auf. Eine zweite Hauptanschlussklemme 348 des Triac 342 ist mit einem Transformator 350 an einer Primärwicklung 352 verbunden. Eine Sekundärwicklung 354 des Transformators 350 ist mit der Primärwicklung 352 und einer Leitung 355 verbunden. Zur gleichen Zeit, wo das 500 Mikrosekunden dauernde Rechteckwellensignal das Analoggatter in den leitenden Zustand schaltet, wird auch der Triac in den leitenden Zustand versetzt, um zu ermöglichen, dass der verstärkte Sinuswellenstoss durch den Transformator auf eine Amplitude von 43 V Spitzenspannung erhöht wird. Das 43 V Spitzenspannungssignal wird durch,die Leitung geführt und wechselstrommässig über einen Kondensator an den piezoelektrischen Wandler 6 gekoppelt. Der piezoelektrische Wandler 6 ist bei dieser Ausführungsform in der hinteren Stossleiste eines Kraftfahrzeugs angebracht. Es ist aber auch möglich, ihn an anderen Stellen eines

Kraftfahrzeugs anzuordnen. Der Wandler 6 erzeugt 10 χ in je einer Sekunde einen 500 MikroSekunden dauernden Tonstoss mit einer Frequenz von 23 kHz in Abhängigkeit von dem 43 V Spitzenspannungssignal, das durch den Kopplungskondensator 360 zugeführt wird.

Das Analoggatter für niedrige Leistung 3a und das Analoggatter für hohe Leistung 3b dienen in dieser Schaltung zur Überwindung verschiedener Nachteile, die bei der Anwendung von Festkörperschaltern auftreten. Da der Empfänger direkt mit dem Wandler 6 verbunden ist, sollten unerwünschte Signalleckagen aus dem Oszillator 4 zu dem Wandler 6 vermieden werden. Die Signalübertragung sollte nur während jeweils eines 500 MikrοSekunden dauernden Gattersignals, das von dem Taktgeber 71 geliefert wird, auftreten. Das Gatter für hohe Leistung 3b blockiert fast vollständig das Signal3 das dem Transformator 350 zugeleitet werden könnte. Da aber dieses Signal eine relativ hohe Frequenz hat, könnte ein falsches Triggern des Triac auftreten, wenn das Signal von dem Leistungsverstärker 5 dem Triac 342 jederzeit zugeführt werden könnte. Um eine Signalübertragung durch den Leistungsverstärker zu verhindern oder sie doch möglichst klein zu halten, wird auch das Gatter niedriger Leistung 3a verwendet, um das Schwingsignal gegen eine übertragung auf den Leistungsverstärker 5 zU sperren, wenn das Rechteckwellensignal nicht auf der Leitung 126 vor-

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handen ist.

Die Kombination beider Analoggatter, sowohl des für niedrige Leistung 3a als auch des für hohe Leistung 3b, sorgen für rasches und zwangsläufiges Schalten des Sendesignals.

Nachdem jeder Tonstoss von dem. Wandler 6 erzeugt ist, reflektieren etwaige in der Nähe befindlichen Objekte die Ultraschallstöüse zurück zum Wandler 6. Die Echos oder Rückkehrtöne haben zur Folge, dass der Wandler 6 ein elektrisches 23 kHz-Rücklaufsignal erzeugt.

Das Erfordernis nur eines einzigen Wandlers bietet dem Benutzer eines ültraschallmessers gemäss der Erfindung besondere wirtschaftlichen Vorteile. Einmal brauchen nur die Kosten für einen einzigen Wandler aufgewendet zu werden.

Dadurch werden die Kosten der Gesamteinrichtung verkleinert. Ausserdem lassen sich dadurch, da der Wandler- gewöhnlich in der Fahrzeugstoßstange oder auf einem Blechteil des Fahrzeugs montiert wird, die Kosten für das Anbringen von zwei oder noch mehr Wandlern vermeiden, ebenso die Maßnahmen, die zur Ausrichtung eines besonderen Sendewandlers und eines besonderen Empfangswandlers erforderlich wären.

Das elektrische Rücklaufsignal wird von dem Wandler 6 dem Empfänger 7 zugeleitet, der einen abgeschirmten Transfor-

mator 38O enthält. Das Rücklaufsignal wird der Primärwicklung 382 zugeführt. Die Primärwicklung 382 ist mit Masse verbunden und mit einer Abschirmung 384 versehen. Eine Sekundärwicklung 386, die ebenfalls an Masse liegt, ist induktiv mit der Primärwicklung 382, teilweise durch einen variablen Verzögerer oder einen verschiebbaren Kern gekoppelt. Parallel zu der Sekundärwicklung 386 ist ein Kondensator 390 angeordnet, um mit dem Transformator 38O einen abgestimmten Stromkreis zu bilden. Der abgestimmte Stromkreis wird in der Pertigungsstätte durch Einstellung des Justiergliedes 388 auf eine Frequenz von 23 kHz eingestellt. Der abgestimmte Kreis dient dazu, ein äusseres Rauschen aus dem Empfänger 7 auszuschliessen, das von dem Wandler 6 aufgenommen und eine falsche Rücklaufanzeige zur Folge haben könnte. Das abgestimmte Rücklaufsignal wird dann einem Widerstand 392 zugeleitet, der mit dem Kondensator 390 verbunden ist. Zwei Kondensatoren 394, 396 sind in Reihe zu dem Widerstand 392 geschaltet.

Ein Begrenzerkreis 400 ist mit dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 394 und 396 und ausserdem mit Masse verbunden. Der Begrenzerkreis 400 wird benötigt, weil das 43 V-Übertragungssignal, das dem Wandler 370 zugeführt wird, auch mindestens teilweise dem Empfänger zugeleitet wird, da der Empfänger 7 zu jeder Zeit mit dem Wandler 6 verbunden ist. Um eine Beschädigung des Empfängers 7 zu

verhindern und falsche Rücklaufanzeigen aufgrund des Sendesignals hoher Spannung zu vermeiden, leitet der Begrenzerkreis 400 alle Signale zur Masse ab, die eine Amplitude von mehr als plus oder minus 0,7 V aufweisen. Die Begrenzung wird durch zwei entgegengesetzt gepolte Dioden 402 und 4O4 erreicht, die in Parallelschaltung · zueinander an Masse liegen. Ein Pestwiderstand 406 ist parallel zu den Dioden 402 und 4O4 mit Masse verbunden. Ein veränderlicher Widerstand 4O8 liegt in Reihe zu dem Pestwiderstand 4o6. Ein Pestwiderstand 410 ist parallel zu dem variablen Widerstand 4O8 geschaltet. Die Begrenzeramplitude kann durch Justieren des variablen Widerstandes 4o8 in der Fertigungsstätte eingestellt sein.

Der begrenzte 23 kHz-Signal wird über den Kondensator einer ersten Verstärkerstufe 410 zugeleitet. Es kann angenommen werden, dass die elektrischen Rücklaufsignale, die von dem Wandler 6 in Abhängigkeit von rücklaufenden .Echos erzeugt werden, eine Amplitude von wesentlich weniger als 0,7 V haben. Somit werden elektrische Rücklauf-Signale, welche den Rücklauf eines Echos anzeigen, nicht begrenzt. Die erste Verstärkerstufe 410 enthält einen Transistor 412 mit Basis 4l4, Emitter 4l6 und Kollektor 4l8. Letzterer ist über einen Widerstand 420 an die B+Speiseleitung 56 gelegt. Zwischen Kollektor 4l8 und Basis 4l4 liegt ein Vorspannungswiderstand 422. Ein Widerstand

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liegt zwischen Basis 4l4 und Masse. Ein Widerstand 426 und ein paralleler Filterkondensator 428 sind zwischen Emitter 4l6 und Masse angeschlossen. Die Basis 4l4 nimmt das Rücklaufsignal zur Verstärkung auf. Das verstärkte Signal wird durch den Kondensator 428 gefiltert, der hochfrequente Stosswellen zur Masse ableitet. Das verstärkte gefilterte Signal ist wechselstrommässig über einen Kondensator 4-30 an den Kollektor 4l8 gekoppelt.

Das wechselstrommässig gekoppelte Verstärkersignal wird einer abgestimmten Verstärkerstufe 440 zugeführt. Die Abweisung anderer Frequenzen als der erwünschten 23 kHz-Frequenz wird durch einen Kondensator 442 bewirkt, der an die B+Speiseleitung und einen Untersetzungstransformator 444 mit Primärwicklung 446 und Sekundärwicklung 448 angeschlossen ist. Die Kombination des Kondensators 442 und des Transformators 444 wird in der Fertigungsstätte durch Justieren eines beweglichen Gliedes 450 abgestimmt. Der Kondensator und der Transformator 444 bilden einen Tankkreis, der auf 23 kHz abgestimmt ist. Die Primärwicklung 446 und der Kondensator 442 sind zwischen der B+Speiseleitung 56 und dem Kollektor 462 eines Transistors 460 verbunden. Zwischen dem Kollektor 462 und einer Basisleitung 466 des Transistors liegt ein Vorspannungswiderstand 464. Ein Widerstand 468 liegt zwischen Basis 466 und Masse. Ein Widerstand 470 liegt zwischen dem Emitter 472 des Transistors 460 und Masse parallel

zu einem Filterkondensator 474. Das in seiner Höhe verschobene verstärkte Signal, das über den Kopplungskondensator 43Ο zugeführt wird, wird der Basis 466 des Transistors 460 zugeleitet, wo das Signal verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird durch den Kondensator 474 gefiltert. Eine zusätzliche Abstimmung oder Filterung wird durch die Kombination des Kondensators 442 und des Transformators 444 bewirkt. Das abgestimmte verstärkte· Signal wird durch die Sekundärwicklung 448 des Transformators 444 ausgekoppelt.

Die Endverstärkung erfolgt in dem Empfänger 7 durch eine Endstufe 480, die wechselstrommässig mit der Ausgangswicklung 448 durch einen Kondensator 482 und einen Widerstand 484 gekoppelt ist. Das wechselstrommässig gekoppelte Signal wird der Basis 486 eines Transistors 488 zugeführt. Der Transistor 488 ist in dem linearen Bereich durch einen Widerstand 490 vorgespannt, der von dem Kollektor 492 aus mit der Speiseleitung 56 verbunden ist. Zwischen Kollektor 492 und Basis 486 liegt ein Vorspannungswiderstand '194. Zwischen Basis 486 und Masse liegt ein Widerstand 496.- Ein Widerstand 498 und ein Parallelkondensator 500 liegen zwischen Masse und dem Emitter 502. Das 23 kHz-Signal, das wechselstrommässig an die Basis 486 gekoppelt ist, wird durch den Transistor 488 verstärkt, durch den Kondensator 500 gefilter und wechselstrommässig über einen Kondensa-

tor 5O4 an die Detektorstufe 8 gekoppelt.

Der Detektor 8 hat zwei Vorspannungswiderstände 508 und 510 an seinem Eingang, die als Spannungsteiler in Reihe geschaltet sind, um eine Gleichstromvorspannung zu liefern, die dem verstärkten 23 kHz-Signal zugesetzt wird. Das von dem Kondensator '504 gelieferte Rücklaufsignal wird durch eine Diode 512 gleichgerichtet, die mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 5 mit dem Widerstand 508 und dem Widerstand 510 verbunden ist. Die von der Diode 512 gelieferte gleichgerichtete Spannung wird einem Spannungsteiler zugeführt, der aus den Widerständen und 516 besteht. Der Verbindungspunkt der Widerstände und 516 ist mit einem Filter 5l8 verbunden, das aus zwei parallel an Masse liegenden Kondensatoren 520 und besteht, die durch einen Widerstand 524 überbrückt sind. Das Filter 518 beseitigt verbleibende Hochfrequenzkomponenten aus dem verstärkten Halbwellensignal, das durch die Diode 512 geliefert wird. Das verstärkte Detektorsignal ist wechselstrommässig durch einen Kondensator 526 an eine Verstärkerstufe 528 gekoppelt, die aus einem Transistor 530 mit Basis 532, Emitter 534 und Kollektor besteht. Ein Vorspannungswiderstand 538 verbindet den Kollektor 536 mit der B+Speiseleitung 56. Zwischen Basis und Kollektor 536 liegt ein Widerstand 540. Zwischen Basis

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und Masse liegt ein Widerstand 542. Ein Filterkondensator 544 liegt zwischen Kollektor 536 und Masse. Eine Verstärkerstufe 528 verstärkt das gleichgerichtete 23 kHz-Halbwellenrücklaufsignal und liefert das verstärkte Detektorsignal nach Filterung durch den Kondensator 544 an die zur Abstandsfeststellung dienende Logik 8a.

Um zu bestimmen, ob ein besonders 23 kHz-Rücklaufsignal · das Ergebnis .eines in der Nähe des Wandlers 6 befindlichen Objektes oder Hindernisses ist, ist es erforderlich, Vorkehrungen zu treffen, durch welche die Laufzeit des Tonstosses von dem Wandler 6 zu dem Objekt und zurück zu dem Wandler gemessen oder quantifiziert werden kann. Bei der vorliegenden Ausfuhrungsform erfüllt die Kombination der zur Feststellung des Abstands dienenden Logik 8a, gesteuert durch das Abstandsgattersignal des Taktgebers 70, das durch die Leitung 190 zugeführt wird, diese Funktion. Das Abstandsgattersignal besteht aus einer 10 Hz Rechteckwelle, von der jeder Teil mit hoher Amplitude mit dem 500 Mikrosekunden dauernden Sendegattersignal phasenverriegelt ist, so dass in der hier beschriebenen Ausführungsform die zur Feststellung des Abstands dienende Logik den Ausgangsanzeiger 9 aktiviert, wenn ein Hindernis sich in einer Entfernung von nicht mehr als ca. 9 m (30 Fuß) und nicht weniger als 3.0 cm (1 Fuß) von dem Wandler entfernt befindet.

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Der Totzonentaktgeber l40 sorgt für eine anfängliche Zeitverschiebung von 1,5 Millisekunden nach Beendigung der Sendung des Tonstosses. Die Totzonenperiode ist erforderlich, weil der Wandler 6 sowohl für Sendung als auch für Empfang von Tonstoßsignalen benutzt wird. Wenn das Analoggatter 36 ausschaltet, obwohl das Signal aus dem Kraftverstärker 5 unterbrochen ist, ist eine exponentiell abfallende hochfrequente Restschwingung in dem Wand-, ler vorhanden. Mit anderen Worten, der Wandler 6 fährt für eine kurze Zeitspanne nach dem Aufhören der Sendeleistung fort zu "klingeln". Um zu verhindern, dass dieses Nachhallsignal unbeabsichtigt als Rückkehrecho behandelt wird, verschiebt der Totzonentaktgeber l40 das Abstandsgattersignal auf der Leitung 190 zeitlich um 1,5 Millisekunden im Anschluss an jedes 500 Mikrosekunden betragende Sendetaktsignal.

Der Abstandsgattertaktgeber 130 erzeugt dann ein rechteckförmiges Abstandsgattersignal, das einem NAND-Gatter 552 der Logik 8a an einer Eingangsklemme 55¹J zugeführt wird. Das Potential an der Eingangsklemme 554 hleibt hoch solange die rechteckförmige Abstandsgatterwelle eine hohe Amplitude behält. Wenn, während sich das Abstandsgattersignal auf . einer hohen Amplitude befindet, das Detektorsignal einem NAND-Gatter 56O mit den miteinander verbundenen Eingangsklemmen 562 und 564 zugeführt wird, so dass das hohe Detek-

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torsignal durch das NAND-Gatter 56Ο invertiert wird, erscheint ein positives Signal an der Ausgangsklemme 568 des NAND-Gatters 56Ο und wird der Eingangsklemme 556 des Gatters 552 zugeführt. Wenn also sowohl die Abstandsgatterspannung noch oben geht und auch ein Detektorsignal vorhanden ist, erscheint an der Ausgangsklemme 558 des Gatters 552 ein niedriges Potential. Das Signal niedriger Spannung wird einem NAND-Gatter 570 zugeführt, das zwei Eingangsklemmen 572 und 57*1 in Parallelschaltung aufweist, was zur Folge hat, dass das Gatter 570 als Inverter arbeitet. Wenn das die niedrige Spannung auslösende Signal aus dem Gatter 552 dem Gatter 557 zugeführt wird, wird das Potential an der Ausgangsklemme 576 des Gatters 570 nach oben getrieben.

Zur Eichung und zum Testen der Schaltung ist an die Ausgangsklemme 576 eine Testpunktklemme 578 angeschlossen. Zwischen den Widerstand 582 und Masse ist ein Filternetzwerk, bestehend aus einem Kondensator 584 und einem Parallelwiderstand 586, geschaltet. Das Signal aus dem Gatter 570 wird einem NAND-Gatter 588 zugeleitet, dessen Eingangsklemmen 590 und 592 parallel zueinander verbunden sind und das eine Ausgangsklemme 59^ aufweist. Das Gatter 588 wirkt als Inverter; seine Ausgangspolarität ist entgegengesetzt derjenigen des Gatters 570 und gleich derjenigen des Gatters 552. Ein absehliessendes NAND-Gatter 596, das gleich-

falls als Inverter mit einem Paar parallel miteinander verbundener Eingangsklemmen 597 und 598 ausgebildet ist_s empfängt ein Signal von der Klemme 59^ und invertiert dieses, um an der Ausgangsklemme 599 ein Logikausgangssignal zu bilden.

Zusammenfassend ist festzustellen: Wenn die Abstandsgatterspannung nach oben geht und ein Detektorsignal vorhanden ist und dadurch anzeigt, dass das Rücklaufsignal ein Echo von einem Objekt darstellt, das zwischen diesem und dem Wandler bis zu etwa 9 m entfernt liegt, wird das Potential der Ausgangsklemme 599 der AbStandsdetektorlogik 590 nach oben getrieben und schaltet den Ausgangsanzeiger 9 ein, der im vorliegenden Fall aus einem Summer 602 und einer parallel dazu geschalteten Lampe 6O4 besteht, so dass Energie von einer Leitung 6θ6 über die Leitung 26, die Anzeigevorrichtung 9 und eine Leitung 610 nach Masse fliessen kann.

Die hier beschriebene Schaltungsanordnung eines Ultraschallab Standsmessers ist einfach, wirtschaftlich und betriebssicher. Sie eignet sich besonders zur Verwendung in Fahrzeugen. Die Benutzung nur eines einzigen Wandlers 6 macht sowohl die Herstellung als auch ihre Montage in einem Fahrzeug mit geringem Aufwand an Arbeit und Kosten möglich. Die weite Verbreitung der Benutzung von Zeitgebern für Taktgeber und Schwingungserzeugerfunktionen vom

Typ 555 wirkt sich weiterhin als vereinfachend und kostensparend aus. Die Kombination eines frei laufenden astabilen Multivibrators 210 und eines Tiefpaßfilters 250 ergibt eine gut regelbare Quelle von 23 kHz-Sinuswellen, ohne dass die Verwendung verhältnismässig teurer Audio-Oszillatoren oder eines kristallgesteuerten Oszillators erforderlich wären. Die Gatter 3a und 3b auf Eingangs- und Ausgangsseite des Kraftverstärkers 5 sorgen für ein rasches und genaues Schalten des 23 kHz-Sinuswellensignals zum Pulsieren des Ultraschallwandlers 6. Ferner sind keine Schaltkreise zwischen dem Ultraschallempfänger 7 und dem Wandler 6 erforderlich, wodurch es möglich ist, dass der Empfänger 7 zu jeder Zeit mit dem Wandler 6 verbunden ist. Der Begrenzerkreis ¹IOO verhindert eine Beschädigung des Empfängers 7, wenn eine Sendesignalleckage durch den Empfänger 7 fliesst.

Der Takt- oder sequentielle Zeitgeber 2 weist vier Zeitgeber vom Typ 555 auf, um eine genaue Taktkontrolle für die 500 Mikrosekunden dauernden Sendeimpulse und für die Logik 8a zur Abstandsfeststellung zu schaffen.

Der hier beschriebene Ultraschallabstandsmesser ist zwar in erster Linie für die Verwendung in Kraftfahrzeugen entwickelt worden. Der Ultraschallabstandsmesser kann aber auch für andere Anwendungszwecke, wie z.B. als Rücksetz-

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warnvorrichtung für Anhängerfahrzeuge oder als Kollisionswarnvorrichtung für Geräte wie z.B. Baukrane _} Portalkrane und Schwebebahnkabinen verwendet werden.

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Claims

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TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

TELEX 2163 551 INTU D

UNSER ZEICHEN/OUR FILE Π . tH OJ-i-ßi j) |

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Patentansprüche

' 1. Ultraschallabstandsmesser zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Taktgeber zur Erzeugung eines periodischen Sendegattersignals und eines periodischen Abstandsgatter signals, einer Einrichtung zur Erzeugung eines standig schwingenden Signals, das zur Aussendung oder Übertragung in Impulse umgeformt wird, einem Wandler, der das pulsierende schwingende Signal empfängt und in einen pulsierenden hochfrequenten Ton umsetzt, ausserdein die von in der Nähe befindlichen Objekten reflektierten Echos des hochfrequenten Tons empfängt und entsprechende elektrische Rücklaufsignale bildet, einer mit dem Wandler verbundenen

Empfangsverstärkereinrichtung für diese Rücklaufsignale, einer mit dem Taktgeber und der Empfängereinrichtung verbundenen Steuereinrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals an eine Ausgangsanzeigevorrichtung, wenn das Empfänger-

signal und das Abstandsgattersignal zusammenfallen, zur Anzeige dafür, dass ein Echo innerhalb eines gewünschten' Zeitinvertalles zwischen einer vorgewählten Mindest- und einer vorgewählten Höchstzeit, das einem vorgewählten Abstand zwischen Wandler und Objekt entspricht, empfangen wurde.
2. Ultraschallabstandsmesser zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Erzeugung intermettierender Impulse eines elektrischen Schwingsignales, einer Wandlervorrichtung zur Erzeugung eines diesem elektrischen Schwingsignal entsprechenden hochfrequenten Tones, einer mit der Wandlervorrichtung verbundenen Empfängereinrichtung zum Empfang eines elektrischen Signales in Abhängigkeit von Reflexionen des hochfrequenten Tones und zur Verstärkung des Signals, wobei die Empfängereinrichtung einen Begrenzerkreis enthält, der die Verarbeitung dem Wandler zugeführter elektrischer Signale mit hoher Amplitude sperrt, so dass die den hochfrequenten Ton erzeugenden elektrischen Schwingsignale den Empfänger nicht beschädigen, und einer mit dem Empfänger verbundenen Ausgangsanzeigeeinrichtung, die in Abhängigkeit von den Rücklaufsignalen eine Ausgangsanzeige liefert, wenn das Rücklaufsignal innerhalb vorbestimmter Höchst-·und Mindestzeitintervalle empfangen wird, die einem vorbestimmten Abstand zwischen Wandler und reflektierendem Objekt entsprechen.

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3. Ültraschallabstandsmesser zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines fortlaufenden, zeitlich veränderlichen Schwingsignals, einer Schaltvorrichtung für dieses, einer Verstärkereinrichtung für das von der Schaltvorrichtung kommende zeitlich veränderliche Signal, einer zweiten, mit der Verstärkereinrichtung verbundenen Schaltvorrichtung zur Steuerung des verstärkten Schwingsignales, einer mit der zweiten Schaltvorrichtung verbundenen Wandlervorrichtung, die auf einem äusseren Teil des Fahrzeugs montiert ist und das verstärkte Schwingsignal in einen hochfrequenten Ton umwandelt, einem mit der ersten und zweiten Schaltvorrichtung verbundenen Taktgeber, der diese Schaltvorrichtungen steuert, einer mit der Wandlervorrichtung verbundenen Empfangsverstärkerein- ^ richtung zum Verstärken aus dem Wandler empfangener Signale,

einer mit dem Taktgeber und der Empfangsverstärkereinrichtung verbundenen Steuereinrichtung, welche selektiv ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem Taktsignal aus dem Taktgeber und einem Empfangssignal aus dem Empfänger an eine Ausgangsanzeigevorrichtung liefert, wenn das Rücklaufsignal innerhalb eines vorbestimmten Höchst- und Mindestzeitintervalles empfangen wird, das einem vorbestimmten Abstand zwischen dem Wandler und dem den hochfrequenten Ton reflektierenden Objekt entspricht.

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4. Ültraschallabstandsmesser zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Taktgeber zur Erzeugung einer Vielzahl von Taktsignalen, einem Oszillator zur Erzeugung eines fortlaufenden elektrischen Schwingsignals, einer ersten, mit dem Taktgeber verbundenen Gattervorrichtung, welche das Schwingsignal aus dem Oszillator empfängt, um dessen Fluß in Abhängigkeit von einem ersten aus der Vielzahl von TaktSignalen zu steuern, einer mit der ersten Gattervorrichtung verbundenen Verstärkereinrichtung, die das aus der Gattervorrichtung kommende elektrische Signal aufnimmt, wenn diese durch das erste Taktsignal eingeschaltet wird, wobei der Verstärker die Amplitude des Schwingsignales verstärkt, einer mit dem Verstärker verbundenen zweiten Gattervorrichtung, welche das verstärkte Schwingsignal aus dieser aufnimmt und es in Abhängigkeit von dem Taktsignal aus dem Taktgeber durchleitet, einem mit der zweiten Gattervorrichtung verbundenen Wandler, der das verstärkte Schwingsignal aufnimmt und es in einen hochfrequenten Tonimpuls umformt, und der ein Rücklaufsignal erzeugt, wenn er ein von einem Hindernis reflektiertes Echo des hochfrequenten Tonimpulses empfängt, einem mit dem Wandler verbundenen Empfangsverstärker zum Verstärken des Rücklaufsignales, einer mit dem sequentiellen Taktgeber verbundenen Koinzidenzlogik, die zum Empfang eines zweiten Taktsignals aus diesem dient und mit der Empfangseinrichtung für den Empfang des verstärkten Rück-

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laufsignals verbunden ist, und die ein Koinzidenzsignal bildet, wenn sie gleichzeitig durch das zweite Taktsignal und durch den Empfang des Rücklaufsignals aus dem Empfänger dazu in die Lage versetzt wird, und einer mit der Koinzidenzlogik verbundenen Ausgangsanzeigevorrichtung zum Empfang des Koinzidenzsignals, die in Abhängigkeit hiervon ein Ausgangssignal liefert.
5- Ultraschallabstandsmesser nach Anspruch 1 oder *l, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator ein frei laufender astabiler Multivibrator ist, der-ein hochfrequentes Rechtecksignal erzeugt.
6. Ultraschallabstandsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefpaßfilter mit dem frei laufenden astabilen Multivibrator verbunden ist, das dazu dient, die hochfrequente Rechteckwelle in eine sinusförmige Welle umzuformen.
7". Ultraschallabstandsmesser nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung .einen Begrenzerkreis enthält, der dazu dient, sie gegen Beschädigung durch das verstärkte elektrische Schwingsignal zu schützen.
8. Ultraschallabstandsmesser zur Verwendung in' einem
Fahrzeug mit einem sequentiellen Taktgeber, der ein periodisches Sendegattersignal erzeugt, auf das ein periodisches Abstandsgattersignal folgt, einem frei laufenden astabilen Multivibrator, der eine hochfrequente Rechteckwelle erzeugt, einem mit dem astabilen Multivibrator verbundenen bistabilen Multivibrator, der eine Rechteckwelle mit der halben Frequenz der von dem astabilen Multivibrator erzeugten Rechteckwelle hat, einem Tiefpaßfilter ^ das die Rechteckwelle aus dem bistabilen Multivibrator aufnimmt und sie in eine Sinuswelle gleicher Frequenz umformt, einem mit dem Tiefpaßfilter verbundenen Analoggatter für niedrige Leistung, welches durch das Sendegattersignal aus dem sequentiellen Taktgeber gesteuert wird und eine.pulsierende Sinuswelle
erzeugt, einem mit dem Analoggatter für niedrige Leistung verbundenen Kraftverstärker, der die pulsierende Sinuswelle verstärkt, wenn das Gatter durch das Sendegattersignal ausgelöst wird, einem mit dem Kraftverstärker verbundenen Analoggatter für hohe Leistung, welches das verstärkte pulsierende Sinuswellensignal aufnimmt und gleichzeitig mit dem Analoggatter für niedrige Leistung durch
das Sendegattersignal ausgelöst wird, einem mit dem Hochleistungsanaloggatter verbundenen Wandler, der eine Reihe von hochfrequenten Tonimpulsen in Abhängigkeit von der
pulsierenden verstärkten Sinuswelle und auch elektrische

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Rücklaufsignale erzeugt, wenn der Wandler ein Echo der hochfrequenten Tonimpulse von einem nahen Objekt empfängt, einem mit dem Wandler verbundenen Empfänger zur Aufnahme des elektrischen Rücklaufsignals mit einer Begrenzerschaltung, durch die eine Beschädigung des Empfängers durch das verstärkte pulsierende Sinuswellensignal verhindert wird, sowie mit einer abgestimmten Stufe zur Abweisung aller Frequenzen mit Ausnahme der Frequenz der verstärkten pulsierenden Sinuswellen, einem mit dem Empfänger verbundenen Halbwellendetektor, der ein verstärktes Detektorsignal in Abhängigkeit von dem elektrischen Rücklaufsignal erzeugt, einer mit dem Detektor und dem sequentiellen Taktgeber verbundenen Koinzidenzlogik, die ein Treibersignal an ihrem Ausgang- erzeugt, wenn das Abstandsgattersignal und das Taktgebersignal zusammentreffen, die bei Empfang des Treibersignals eine Ausgangsanzeige für einen Benutzer bildet.