DE3442686A1 - Apparat und verfahren zum beruehrungslosen positionieren, bzw. messen der distanz beliebiger punkte im raum - Google Patents

Description

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Allgemeine Erläuterungen

Es ist Stand der Technik, über die Messung der Laufzeit eines Signales in einem Medium bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signales im Medium auf die Distanz zu schließen.

Dabei werden üblicherweise Signale wellenförmiger Natur eingesetzt, wobei es grundsätzlich unerheblich ist. ob es sich um elektromagnetische Wellen handelt (Licht. Radiowellen) oder um mechanische Wellen (akkustische Wellen, Ultraschall usw.).

Ebenfalls ist es Stand der Technik, dabei die Laufzeit zu betrachten, die zwischen Aussenden und Empfang des Signales liegt, wobei der Reflex (Echo) des Signales (an einem Ziel) empfangen wird (Radar, geodätische Meßverfahren. Ultraschall-"Fledermaus"-Verfahren).

Zumindestens im Bereich der Radartechnik ist bekannt, daß kleinere Objekte (Kleinflugzeuge, kleine Schiffe) einen "Transponder" mit sich führen, der aktiv ein Signal aussendet, wenn ein Signal empfangen wird.

Dadurch wird erreicht, daß der Radarempfänger auch bei sehr kleinen Objekten ein auswertbares, deutliches Signal angeboten bekommt.

NAOHQEREtQHT

Aufgabe der Erfindung ist es, eine

Vorrichtung in Taschenformat zu beschreiben, die die Vorzüge beider Verfahren beinhaltet.

Beim bekannten Echoverfahren ist insbesondere bei difusen Echos oder bei der Möglichkeit, daß mehrere Ziele in unterschiedlicher Entfernung Echoziel
geben können, die Verwendungszuverlassigleit stark eingeschränkt.

Dieser Mangel wird auch durch einen frequenzgleichen Transponder nicht behoben, weil die Echos von
etwaigen Nachbarzeilen gleichermaßen ausgewertet werden, was zu Beurteilungsunsicherheiten führt.

NAOHGEREtCHT I Beschreibung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gedanke besteht darin, ein handliches Gerät in Taschenformat vorzustellen, daß die Möglichkeit aufzeigt, sowohl nach der Echomethode, als auch nach der Transpondermethode zu arbeiten.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgetragen, das Meßgerät so auszustatten, daß eine Frequenzverkämmung zwischen Sende und Empfangsfrequenz so umschaltbar zu machen ist, daß beim Transponderbetrieb natürliche Echos nicht ausgewertet werden können.

Da es sich bei der Konzeption eines preiswerten und handlichen Gerätes im Taschenformat anbietet. Schallwellen zu verwenden, muß im Rahmen der Erfindung das spezifische Verhaltens von Schall in der Luft berücksichtigt werden.

Insbesondere muß die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in der Luft, als auch die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Amplitude des Empfangsignales in einem nicht linearen Zusammenhang zur Distanz steht.

Weiter muß berücksichtig werden, daß die Laufzeit der elektrischen Signale innerhalb des Transponders sich von der Laufzeit des Schallsignales über die Gerätelänge des Transpondergerätes unterscheidet.

Erfindungsgemäß wird demnach vorgetragen, wahlweise sowohl nach der Transpondermethode, als auch nach der Echomethode zu arbeiten.

Darum wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Signal, das nach Empfang im Transponder den Sendeimpuls auslöst, um die Zeitspanne zu verzögern, die dasSignal benötigen würde,wenn es den zusätzlichen Weg über die Gerätelänge zum dahinterliegenden Ziel zurücklegen würde.

Alternativ zu der Verzögerung des Signales um den der Gerätelänge entsprechenden Zeitbetrag kann auch im Hauptgerät die Verzögerungszeit, die die Länge des Hauptgerätes kompensiert, umschaltbar um den Betrag verlängert werden, der der Länge des Transpondergegätes entspricht.

Erfindungsgemäß enthält die Ausstattung des eigentlichen Meßgerätes weitere Einrichtungen, die geeignet sind, die naturgemäßen physikalischen und nachteiligen Effekte der Ausbreitung spezifischer Signale im Medium Luft zu kompensieren.

Insbesondere muß die Verstärkungsleistung des Empfängers berücksichtig werden in einem maße, daß es gestattet.die natürliche Dämpfung des Signals über die Laufzeit zu kompensieren.

Erfindungsgemäß wird das durch eine Entsprechend zeitabhängige Regelspannung erreicht, die auf dem Empfänger des Hauptgerätes in einer zeitabhängigen Form einwirkt.

Da es sich um eine nicht lineare Funkion handelt, kann die Regelspannung synthetisch in einen Generator erzeugt werden, in dessen Verlauf die Regelungskurve über die Zeit eingeprägt ist.

Vorteilhaft kann eingesetzt werden, die Schaltung nach Bild 3. bei der sich die Regelspannung im Eingangstransistor des Empfängerverstärkers in besonders einfacher und wirkungsvoller Weise ergibt.

Die Erfindungshöhe wird durch gerade die besonders vorteilhafte, preiswerte und einfache Darstellung der Kurvenform belegt.

Bei Beginn der Messung /t = 0) ist die Anode des Feldeffekttransistors über eine Diode nach Masse geschaltet Entsprechend hat sich der Kondensator C1 über den Widerstand Rl tiefentladen.

Mit Beginn der Messung wird die Anode freigegeben.

Da der Feldeffekttransistor völlig außerhalb des Arbeitsbereiches ist. fließt durch den Feldeffekttransistor ein erheblicher Gleichstrom, und die Wechselspannungsverstärkung ist äußerst niedrig.

Mit zunehmender Ladung des Kondensators C1 wird der Gleichstromwiderstand des Feldeffekttransistors höher. Nach einer dimensionsabhängigen Zeit erreicht der Transistor einen stabilen Arbeitspunkt bei maximaler Verstärkung.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Beschaltung liegt darin, daß die normale R/C-Ladekurve, die normalerweise einer e-Funktion entspricht, hier in einer den physikalischen Gegebenheiten sehr entgegenkommender Weise in eine quasi negativ quadratische Funktion verschoben wird.

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Claims (1)

1. NACHGEREICHT

   ANSPRÜCHE

   Anspruch 1 :

   Handliches und tragbares Taschenmesssystem, bestehend aus Haupt- und Transpondergerät, zur Bestimmung von Entfernungen nach dem Ultraschallimpulslauf zeitmessprinzip dadurch gekennzeichnet, daß durch Umschalten der Sendefrequenz oder der Empfangfrequenz, sowohl die Betriebsart "Impuls-Echo-Laufzeit", als auch die Betriebsart "Impuls-Transponderreflex-Laufzeit" möglich ist, wobei das Transpondergerät bezüglich Sende-Empfangsfrequenz auf das Hauptgerät abgestimmt ist.

   Anspruch 2

   Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptgerät der Empfangsimpuls um die Zeit verzögert wird, die der Laufzeit der doppelten Länge bei einer def. Temperatur entspricht, zum Zwecke der Berücksichtigung der Gerätelänge des Haupgerätes, während das Transpondergerät insofern die gleiche Einrichtung enthält, mit dem Ziel, daß bei Echo- oder Transpondermessungen keine Laufzeitunterschiede auftreten.

   Anspruch 3:

   Gerät nach Anspruch 2, jedoch mit Umschaltung der Laufzeitaddition ausschließlich im Hauptgerät, wobei die Umschaltpositionen jeweils der Verzögerung der Echooder der Transpondermethode entsprechen.

   NACHOEREICHT

   Anspruch 4

   Gerät nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichet. daß die Leistung des Empfängerverstärkers vom Beginn der Messung an durch eine Regelspannung so gesteuert wird, daß der Verstärkungszuwachs der natürlichen Dämpfung entgegenwirkt.

   Anspruch 5

   Gerät nach Anspruch 4. dergestalt, daß die Regelung vorteilhaft nach Bild 3 erzeugt wird, wobei sich der Kondensator Cl über die Widerstände R2 und Ri mit Beginn der Messung auflädt und erst nach einer Dimensionsabhängigen Zeit im optimalen Arbeitspunkt des Transistors anlangt.