AT384110B - Schallwellen-tachometer - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Schallwellen-Tachometer mit einem auf dem bewegten Körper, dessen Geschwindigkeit gegenüber Luft oder Flüssigkeit zu messen ist, angeordneten Schall- bzw. 



   Ultraschallwellensender und in Bewegungsrichtung vor und hinter dem Sender vorzugsweise in glei- chen Abständen angeordneten Empfängern. 



  'Ein Schallwellen-Tachometer basiert auf dem Prinzip des Doppler-Effektes. 



   Bei der Bewegung eines Schallwellensenders durch das Medium   (z. B.   Luft) wird von einem gegenüber diesem Medium ruhenden Beobachter eine Wellenlängenänderung der Schallwelle beobach- tet. Nähert sich die Quelle dem Beobachter, wird die Zahl der sich in 1 s vorbeibewegenden Schall- wellen erhöht, der Ton wird höher (Violettverschiebung). Ebenso tritt eine Verschiebung des Spektrums (Rotverschiebung-Tonerniedrigung) ein, wenn sich die Schallquelle von dem zum Medium ru- henden Beobachter entfernt. 



   Bei bekannten derartigen Messinstrumenten kann die Geschwindigkeit aus dieser Wellenlängen- änderung bestimmt werden. 



   Befinden sich jedoch Senderund Empfänger am bewegten Objekt, so ist an sich an den Empfängern die Frequenzänderung nicht nachweisbar. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Objektes müssten entweder die Empfänger oder der Sender vom Objekt getrennt sein. 



   Die Messung der Geschwindigkeit war daher nur im Bereich des vom Objekt getrennt aufgestell- ten Empfängers bzw. Senders mit grosser Genauigkeit möglich. 



   Es wurde zwar schon eine Geschwindigkeits-Messeinrichtung vorgeschlagen, bei der der Sender und zwei in vorzugsweise gleichen Abständen von diesem angeordnete Empfänger auf dem bewegten
Körper selbst angeordnet sind. Diese Messeinrichtung arbeitet mit einer festen Frequenz, so dass an beiden Empfängern die Wellenzüge mit Phasenverschiebung einlangen. Um die Eindeutigkeit der 
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 h.ist mit Ungenauigkeit behaftet. 



   Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass mittels einer Amplituden-Gleichstellstufe die Frequenz des gesendeten Signals so eingestellt wird, dass die empfangenen Signale gleiche Phasenlage haben, dass bei Erreichung dieses Zustandes der Sender abgeschaltet und gleichzeitig an beiden Empfängern Zähler eingeschaltet werden, die die noch ankommenden Wellen zählen, und die Differenz der beiden Zählergebnisse als Mass für die Geschwindigkeit ausgewertet wird. 



   Da eine Phasenübereinstimmung (= Phasendifferenz Null) leicht erkennbar und sogar unmittelbar zur Auslösung eines Impulses heranziehbar ist, ergibt sich eine grosse Genauigkeit dieser Methode. Weiters besteht nicht die Gefahr der Mehrdeutigkeit. Da in die Auswerteschaltung nicht nur die gemessene Zähldifferenz eingeht, sondern auch die jeweils eingestellte Frequenz, ergibt sich in jedem möglichen Fall von Phasenübereinstimmung ein richtiges Ergebnis für die Geschwindigkeit. 



   Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. 



   Aus dem Schall- bzw. Ultraschallwellensender ausgehende Wellen (Fig. l) werden mit in Bewegungsrichtung vor und hinter dem Sender, vorzugsweise in gleichen Abständen, angeordneten Empfängern (Mikrophone Fig. 5) aufgenommen. 
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 Impulse umgewandelt. Eine Amplituden-Gleichstellstufe bewirkt die Änderung der ausgehenden Schallbzw. Ultraschallwellenfrequenz so lange, bis eine Gleichstellung der bei beiden Mikrophonen eingehenden Amplituden hergestellt wird   (Fig. 3).   



   Die gesendete Frequenz kann manuell oder mit einem Prozessor elektronisch verändert werden. 



  Die jeweiligen Wellenzüge und somit ihre gegenseitige Phasenlage sind hiebei auf dem Oszilloskop zu beobachten. 



   Bei Bewegung des Systems tritt in dem zwischen Sender und Empfänger liegenden Medium (Luft) der Doppler-Effekt auf, und es wird die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle in bezug auf den Sender in beiden Richtungen verschieden gross, wie Fig. 4 zeigt. 



   Die von den Empfängern aufgenommenen phasenverschobenen Wellen werden nun mittels einer Amplituden-Gleichstellstufe so eingestellt, dass die an den Empfängern ankommenden Signale die gleiche Phasenlage haben, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Ist dieser Zustand erreicht, so wird 

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 der Sender abgeschaltet. 



   Fig. 5 zeigt die Anordnung eines Senders und zweier Empfänger an einem bewegten Objekt mit der sich durch den Doppler-Effekt ergebenden Frequenzänderung im Medium. Durch die Bewe- gung der Empfänger wird diese Frequenzänderung wieder kompensiert ; jedoch kommen die Wellen beim voreilenden Empfänger später an. Wenn daher in jenem Zeitpunkt, zu dem Phasenübereinstim- mung festgestellt wird, der Sender abgeschaltet wird und gleichzeitig die Empfänger eingeschaltet werden, werden beim voreilenden Empfänger eine grössere Zahl von Wellenzügen gezählt werden als beim nacheilenden. Die Zähldifferenz ist ein Mass für die Geschwindigkeit. 



   Im folgenden ist eine mathematische Ableitung für diese Vorgänge gegeben. 



  Aus den bekannten Grössen 
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    m/s"f" Hz   gesendete Frequenz,   "n"Stk.   Differenz der gezählten Wellen, kann die Geschwindigkeit   "v"m/s   Geschwindigkeit des bewegten Objektes errechnet werden. 
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   Die Präzision der Messung ist von der Grösse der ausgesendeten Frequenz und dem Abstand der Empfänger abhängig, gleichzeitig aber ist es notwendig, dass mindestens eine ganze Wellenlänge vorhanden ist, da nur eine ganze oder mehrere Wellenlängen, die als ganze ankommen, gezählt werden können. 



   Die ausgesendete Frequenz ist gleichzeitig die taktgebende Frequenz der Zählerschaltung und sichert eine hohe Genauigkeit, die nur eine Differenz von einem Impuls im Bereich des gesendeten 
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 (nach dem Stand der Technik bekannt) elektronisch erfasst und dem Zähler als theoretisch kompensierter Wert "c" weitergegeben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Schallwellen-Tachometer mit einem auf dem bewegten Körper, dessen Geschwindigkeit gegen- über Luft oder Flüssigkeit zu messen ist, angeordneten Schall- bzw. Ultraschallwellensender und in Bewegungsrichtung vor und hinter dem Sender vorzugsweise in gleichen Abständen angeordneten Empfängern, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Amplituden-Gleichstellstufe die Frequenz des gesendeten Signals so eingestellt wird, dass die empfangenen Signale gleiche Phasenlage haben, dass bei Erreichung dieses Zustandes der Sender abgeschaltet und gleichzeitig an beiden Empfängern Zähler eingeschaltet werden, die die noch ankommenden Wellen zählen, und die Differenz der beiden Zählergebnisse als Mass für die Geschwindigkeit ausgewertet wird.