CH619789A5

CH619789A5 - Device for measuring distances, particularly for determining a filling level, by echo sounding by means of sound waves in a gaseous medium

Info

Publication number: CH619789A5
Application number: CH611977A
Authority: CH
Inventors: Thomas Baenziger
Original assignee: Zuellig Ag
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1980-10-15
Also published as: AT367545B; DE2817247C3; FR2391456B1; ATA285378A; DE2817247A1; FR2391456A1; DE2817247B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Entfernungen, insbesondere zur Bestimmung einer Füllhöhe, durch Echolotung in einem gasförmigen Medium mittels Schallwellen. The present invention relates to a device for measuring distances, in particular for determining a fill level, by means of echo sounding in a gaseous medium by means of sound waves.

In einem gasförmigen Medium, wie z. B. Luft, hängt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen von verschiedenen Parametern ab, wie Temperatur, Gasdichte, Gasdruck und Wärmekapazität. Da bei der Echolotung die Laufzeit der Schallwellen vom Aussenden bis zum Echoempfang umgekehrt proportional der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen ist, sollten die oben erwähnten Parameter bei der Berechnung der gesuchten Entfernung aus der gemessenen Laufzeit der Schallwellen mit einbezogen werden, wenn genaue Resultate verlangt sind. In a gaseous medium, such as. B. air, the propagation speed of the sound waves depends on various parameters, such as temperature, gas density, gas pressure and heat capacity. Since in echo sounding the transit time of the sound waves from transmission to reception of the echo is inversely proportional to the propagation speed of the sound waves, the above-mentioned parameters should be included in the calculation of the distance sought from the measured propagation time of the sound waves if exact results are required.

Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen zum Längenmessen mittels Schallwellen bekannt, bei denen zwecks Berücksichtigung der momentanen Schallgeschwindigkeit die Laufzeit 1 eines Schallwellenzuges in der Messstrecke mit der Laufzeit eines Schallwellenzuges in einer Referenzstrecke von bestimmter und bekannter Länge, die sich im gleichen Medium wie die Messstrecke befindet, verglichen wird, um eine Eichung zu ermöglichen. Methods and devices for measuring length by means of sound waves are already known, in which, in order to take into account the instantaneous speed of sound, the running time 1 of a sound wave train in the measuring section with the running time of a sound wave train in a reference section of a certain and known length, which is in the same medium as the measuring section , is compared to enable calibration.

Gemäss der DE-AS 1 211 518 wird beim Eichen in kurzen Perioden jeweils ein Schallwellenzug mittels eines Schallsenders gegen eine Referenz-Reflexionsfläche, die einen konstanten und bekannten Abstand vom Schallsender hat, ausgesendet und i nachher das durch die Referenz-Refiexionsfläche verursachte Echo mittels eines am Ort des Schallsenders angeordneten Schallempfängers empfangen. Dabei wird die Laufzeit des Schallwellenzuges vom Schallsender zum Schallempfänger mittels einer elektromechanischen Zeitmessvorrichtung ermittelt, die ihrerseits eine Längenmass-Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Laufzeit steuert. Mittels einer Servo-Regelschaltung wird die Ganggeschwindigkeit der Zeitmessvor-richtung automatisch derart geregelt, dass Abweichungen der According to DE-AS 1 211 518, when calibrating in short periods, a sound wave train is emitted by means of a sound transmitter against a reference reflection surface, which has a constant and known distance from the sound transmitter, and i subsequently the echo caused by the reference reflection surface is transmitted by means of a receive the sound receiver arranged at the location of the sound transmitter. The running time of the sound wave train from the sound transmitter to the sound receiver is determined by means of an electromechanical time measuring device, which in turn controls a linear measure display device as a function of the determined running time. The gear speed of the timing device is automatically controlled by means of a servo control circuit in such a way that deviations of the

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Anzeige der Längenmass-Anzeigevorrichtung von einem Sollwert in Übereinstimmung mit dem Abstand der Referenz-Refiexionsfläche vom Schallsender Null wird. Wenn dies erreicht ist, wird auf Messung umgeschaltet. Unter Beibehaltung der zuletzt eingeregelten Ganggeschwindigkeit der Zeit- 5 messvorrichtung wird nun in jedem Messvorgang die Laufzeit eines Schallwellenzuges gemessen, der mittels eines Schallsenders gegen die Messfläche, deren Entfernung vom Schallsender gemessen werden soll, ausgesendet und nach Reflexion an der Messfläche als Echo mittels eines am Ort des Schallsenders m angeordneten Schallempfängers empfangen wird. Die durch die Zeitmessvorrichtung gesteuerte Längenmass-Anzeigevorrichtung zeigt dann die gesuchte Entfernung der Messfläche vom Schallsender an. Jeweils nach Durchführung einer Anzahl solcher Messvorgänge wird die Eichung wiederholt. 1 > Display of the length dimension display device from a target value in accordance with the distance of the reference reflection surface from the sound transmitter becomes zero. When this is achieved, the system switches to measurement. While maintaining the last adjusted gait speed of the time measuring device, the running time of a sound wave train is now measured in each measuring process, which is emitted by means of a sound transmitter against the measuring surface whose distance from the sound transmitter is to be measured, and after reflection on the measuring surface as an echo by means of Location of the sound transmitter m arranged sound receiver is received. The length measurement display device controlled by the time measuring device then shows the sought distance of the measuring surface from the sound transmitter. The calibration is repeated each time a number of such measurement processes have been carried out. 1>

Gemäss der DE-PS 931 378 wird periodisch jeweils ein Schallwellenzug vom Schallsender sowohl gegen die Messfläche, deren Entfernung ermittelt werden soll, als auch gegen eine Referenz-Refiexionsfläche ausgesendet, die in einem bestimmten und bekannten Abstand vom Schallsender zwischen diesem :<i und der Messfläche angeordnet ist. Mittels eines etwa am Ort des Schallsenders angeordneten Schallempfängers werden dann nacheinander das an der Referenz-Refiexionsfläche hervorgerufene Referenzecho und das an der Messfläche hervorgerufene Messecho empfangen. Eine elektromechanische Zeitmessvor-richtung wird jeweils im Augenblick des Aussendens des Schallwellenzuges in Gang gesetzt und beim Empfangen des Messechos stillgesetzt. Eine durch die Zeitmessvorrichtung gesteuerte Anzeigevorrichtung zeigt jeweils die in jedem Messvorgang ermittelte Entfernung der Messfläche vom Schallsender. Die " > Ganggeschwindigkeit des Antriebes der Zeitmessvorrichtung wird fortlaufend in Abhängigkeit von der jeweiligen Zeitspanne zwischen dem Aussenden eines Schallwellenzuges und dem Empfang des entsprechenden Referenzechos im Vergleich mit einem Sollwert, der dem bekannten Abstand der Referenz- « Reflexionsfläche entspricht, geregelt. Somit findet in jedem der periodisch durchgeführten Messvorgänge eine Kontrolleichung statt. According to DE-PS 931 378, a sound wave train is periodically emitted by the sound transmitter both against the measuring surface, the distance of which is to be determined, and against a reference reflection surface which is at a certain and known distance from the sound transmitter between this: <i and the Measuring surface is arranged. By means of a sound receiver arranged approximately at the location of the sound transmitter, the reference echo caused on the reference reflection surface and the measurement echo caused on the measurement surface are then received in succession. An electromechanical timing device is started at the moment the sound wave train is emitted and stopped when the echo is received. A display device controlled by the time measuring device shows the distance of the measuring surface from the sound transmitter determined in each measuring process. The "> speed of the drive of the time measuring device is continuously regulated as a function of the respective time period between the transmission of a sound wave train and the reception of the corresponding reference echo in comparison with a target value which corresponds to the known distance of the reference reflection surface of the periodically carried out measurement processes are checked.

Gemäss der DE-OS 2 313 149 sind für die Messstrecke und die Referenzstrecke je ein Schallsender und ein Schallempfän- 4» ger vorgesehen, wobei die von den Schallsendern ausgesendeten Schallwellenzüge jeweils ohne Reflexion zu den entsprechenden Schallempfängern gelangen. Für die Messung der Laufzeiten der Schallwellenzüge in der Mess- und der Referenzstrecke ist ein elektrischer Taktimpulsgenerator vorhanden, dessen 45 According to DE-OS 2 313 149, one sound transmitter and one sound receiver are provided for the measuring section and the reference section, the sound wave trains emitted by the sound transmitters each reaching the corresponding sound receivers without reflection. An electrical clock pulse generator is available for measuring the transit times of the sound wave trains in the measuring and reference sections

Impulse in einem ersten Integrator einen linearen Spannungsanstieg bis zum Augenblick des Empfanges des Schallwellenzuges in der Referenzstrecke und in einem zweiten Integrator einen linearen Spannungsanstieg bis zum Augenblick des Empfanges des Schallwellenzuges in der Messstrecke bewirken. Durch 50 Division des beim Empfang des Schallwellenzuges in der Messstrecke vorliegenden Spannungswertes im zweiten Integrator durch den beim Empfang des Schallwellenzuges in der Referenzstrecke vorliegenden Spannungswert im ersten Integrator wird eine Zahl ermittelt, die angibt, um wieviel mal grösser die 55 Messstrecke als die Referenzstrecke ist. Der Quotient wird digital angezeigt und wiederspiegelt die Länge der Messstrecke z. B. in Metern, wenn die Referenzstrecke 1 m beträgt. Pulses in a first integrator cause a linear voltage rise until the moment the sound wave train is received in the reference path and in a second integrator a linear voltage rise until the moment the sound wave train is received in the measuring path. By dividing the voltage value in the second integrator when the sound wave train is received in the measurement section by the voltage value in the first integrator when the sound wave train is received, a number is determined which indicates how many times the 55 measurement section is larger than the reference section. The quotient is displayed digitally and reflects the length of the measuring section z. B. in meters if the reference distance is 1 m.

Gemäss US-PS 3 184 969 sind ein Schallsender und ein Schallempfänger nebeneinander in gleicher Höhenlage über dem Spiegel eines Flüssigkeitsbehälters angeordnet, während eine Referenz-Refiexionsfläche zwischen dem Schallsender und dem Flüssigkeitsspiegel in einem bestimmten und bekannten Abstand vom Schallsender und vom Schallempfänger angeordnet ist. In jedem Messvorgang wird ein Schallwellenzug mittels f,? des Schallsenders sowohl gegen die Referenz-Refiexionsfläche als auch gegen den eine Messfläche darstellenden Flüssigkeitsspiegel ausgesendet, und nachher werden mittels des Schallempfängers nacheinander das durch die Referenz-Refiexionsfläche verursachte Referenzecho und das durch den Flüssigkeitsspiegel hervorgerufene Messecho empfangen. Gleichzeitig mit dem Aussenden jedes Schallwellenzuges wird ein elektrischer Sende-Impuls erzeugt, und beim Empfang eines Echos wird ein elektrischer Referenzecho-Impuls bzw. ein elektrischer Messecho-Impuls erzeugt. Mittels einer elektronischen Schaltungsanordnung werden die Laufzeit des Schallwellenzuges auf dem Weg vom Schallsender über die Referenz-Refiexionsfläche zum Schallempfänger einerseits und die Laufzeit des Schailwellenzu-ges auf dem Weg vom Schallsender über den Flüssigkeitsspiegel zum Schallempfänger anderseits ermittelt, und zwar jeweils durch Entladung eines zuvor geladenen elektrischen Kondensators. Die Entladung beider Kondensatoren wird mittels des Sende-Impulses ausgelöst und mittels des Referenzecho-Impul-ses bzw. des Messecho-Impulses gestoppt, so dass der jeweilige Endspannungswert des Kondensators die betreffende Laufzeit wiederspiegelt. Durch Division der beiden so gewonnenen Endspannungswerte wird eine Zahl erhalten, die angibt, um wieviel mal grösser die Wegstrecke des am Flüssigkeitsspiegel reflektierten Schallwellenzuges als die bekannte Wegstrecke des an der Referenz-Refiexionsfläche reflektierten Schallwellenzuges ist. Die Genauigkeit des Messresultates ist sehr abhängig von der Konstanz der Anfangsladespannungen und der Kapazität der beiden erwähnten Kondensatoren wie auch von den Werten und der Konstanz der in den Entladestromkreisen eingeschalteten Widerständen. Da für den Empfang des Referenzechos und des Messechos ein gemeinsamer Schallempfänger vorhanden ist, sind zum getrennten Zuführen des Referenzecho-Impulses und des Messecho-Impulses zu zwei getrennten Steuereinrichtungen für die Entladungsstromkreise der beiden Kondensatoren spezielle Schaltungsmittel erforderlich. Hierfür sind durch Zeitglieder gesteuerte elektronische Gatter oder Blenden vorgesehen, wobei die Zeitglieder einstellbar sind und an die Laufzeiten der Schallwellenzüge angepasst werden müssen. Für die Erzeugung der Schallwellenzüge sind ein mit der gewünschten Schallschwingungsfrequenz arbeitender Start-Stopp-Oszillator und ein diesem nachgeschalteter Leistungsverstärker vorgesehen, der dem als Schallsender dienenden elektroakustischen Wandler die mittels des Oszillators erzeugte elektrische Schwingung aufdrückt. Der Arbeitstakt des Start-Stopp-Oszillators ist durch einen von der Auswerte-Schaltungsanordnung getakteten Impulsgenerator gesteuert. According to US Pat. No. 3,184,969, a sound transmitter and a sound receiver are arranged next to one another at the same height above the mirror of a liquid container, while a reference reflection surface is arranged between the sound transmitter and the liquid level at a certain and known distance from the sound transmitter and from the sound receiver. In each measurement process, a sound wave train is created using f,? of the sound transmitter both against the reference reflection surface and against the liquid level representing a measurement surface, and afterwards the reference echo caused by the reference reflection surface and the measurement echo caused by the liquid level are received in succession by means of the sound receiver. At the same time as each sound wave train is emitted, an electrical transmit pulse is generated, and when an echo is received, an electrical reference echo pulse or an electrical measurement echo pulse is generated. Using an electronic circuit arrangement, the transit time of the sound wave train on the way from the sound transmitter via the reference reflection surface to the sound receiver, on the one hand, and the transit time of the schail wave train on the way from the sound transmitter via the liquid level to the sound receiver, on the other hand, are determined, each by discharging a previously charged one electrical capacitor. The discharge of both capacitors is triggered by the transmit pulse and stopped by the reference echo pulse or the measurement echo pulse, so that the respective final voltage value of the capacitor reflects the relevant transit time. By dividing the two final voltage values obtained in this way, a number is obtained which indicates how many times the distance of the sound wave train reflected at the liquid level is than the known distance of the sound wave train reflected at the reference reflection surface. The accuracy of the measurement result is very dependent on the constancy of the initial charging voltages and the capacitance of the two capacitors mentioned, as well as on the values and the constancy of the resistors switched on in the discharge circuits. Since a common sound receiver is available for the reception of the reference echo and the measurement echo, special circuit means are required for separately feeding the reference echo pulse and the measurement echo pulse to two separate control devices for the discharge circuits of the two capacitors. For this purpose, electronic gates or screens controlled by time elements are provided, the time elements being adjustable and having to be adapted to the running times of the sound wave trains. For the generation of the sound wave trains, a start-stop oscillator working with the desired sound oscillation frequency and a power amplifier connected downstream of it are provided, which presses on the electrical vibration generated by the oscillator to the electroacoustic transducer serving as the sound transmitter. The operating cycle of the start-stop oscillator is controlled by a pulse generator clocked by the evaluation circuit arrangement.

Gemäss der US-PS 2 753 542 sind am Boden eines in zwei kommunizierende Kammern unterteilten Flüssigkeitsbehälters zwei elektroakustische Wandler vorgesehen, von denen jeder als Schallsender zum Aussenden von Schallwellenzügen und als Schallempfänger zum Empfangen von Echos der ausgesendeten Schallwellenzügen dient. Der eine dieser elektroakustischen Wandler ist für die Messstrecke, der andere für mehrere Referenzstrecken unterschiedlicher Länge vorgesehen, wobei die Messstrecke und die Referenzstrecke im gleichen flüssigen Medium nebeneinander angeordnet sind, so dass praktisch gleiche Schallgeschwindigkeiten vorliegen. Die Messung der Laufzeit eines Schallwellenzuges in der Messstrecke geschieht mit Hilfe eines elektrischen Taktimpulsgenerators und eines dekadischen Impulszählers mit Digitalanzeige. Der Impulszähler wird vor jedem Messvorgang auf Null gestellt und mittels des gleichzeitig mit dem Aussenden eines Schallwellenzuges erzeugten Sende-Impulses in Gang gesetzt. Ein Zählausgang des Impulszählers steht über Frequenzteiler mit einem Eingang eines Phasenvergleichers in Verbindung, dessen anderem Eingang die Referenzecho-Impulse zugeleitet werden. Der Ausgang des Phasenvergleichers ist mit einer Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln der Wiederholungsfrequenz des Taktimpulsgenerators verbunden, derart dass jeweils im Zeitin According to US Pat. No. 2,753,542, two electroacoustic transducers are provided on the bottom of a liquid container divided into two communicating chambers, each of which serves as a sound transmitter for emitting sound wave trains and as a sound receiver for receiving echoes of the transmitted sound wave trains. One of these electroacoustic transducers is intended for the measuring section, the other for several reference sections of different lengths, the measuring section and the reference section being arranged next to one another in the same liquid medium, so that practically the same speeds of sound are present. The measurement of the running time of a sound wave train in the measuring section is carried out with the help of an electrical clock pulse generator and a decadal pulse counter with digital display. The pulse counter is set to zero before each measurement process and started by means of the transmit pulse generated simultaneously with the emission of a sound wave train. A counting output of the pulse counter is connected via frequency dividers to an input of a phase comparator, the other input of which is supplied with the reference echo pulses. The output of the phase comparator is connected to a circuit arrangement for automatically regulating the repetition frequency of the clock pulse generator, such that in each case in time

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tervall zwischen dem Sende-Impuls und einem jeden der nachfolgenden Referenzecho-Impulse eine Anzahl Taktimpulse auftritt, die der Länge der betreffenden Referenzstrecke entspricht. Mittels des Messecho-Impulses wird der Impulszähler stillgesetzt, wonach die Digitalanzeige den gesuchten Pegelstand anzeigt. Da zum Empfangen der Referenzechos und des Messechos zwei individuelle Schallempfänger vorhanden sind, ergibt sich die Trennung der Referenzecho-Impulse und des Messecho-Impulses von selbst. Dafür sind je zwei Sende- und Emp-fangs-Schaltungsanordnungen erforderlich. Jede der Sende-Schaltungsanordnungen weist einen mit der gewünschten Schallschwingungsfrequenz arbeitenden Start-Stopp-Oszillator und einen nachgeschalteten Leistungsverstärker auf, der dem elektroakustischen Wandler die mittels des Oszillators erzeugte elektrische Schwingung aufdrückt. Der Start-Stopp-Oszillator seinerseits ist durch einen frei laufenden Impulsgenerator gesteuert, der die Wiederholungsfrequenz der Messvorgänge und die Dauer der einzelnen Schallwellenzüge festlegt. tervall occurs between the transmit pulse and each of the subsequent reference echo pulses, a number of clock pulses, which corresponds to the length of the reference path concerned. The pulse counter is stopped by means of the measurement echo pulse, after which the digital display shows the desired level. Since there are two individual sound receivers for receiving the reference echoes and the measurement echo, the separation of the reference echo pulses and the measurement echo pulse is self-explanatory. Two transmission and reception circuit arrangements are required for this. Each of the transmission circuit arrangements has a start-stop oscillator operating at the desired acoustic oscillation frequency and a downstream power amplifier which presses on the electrical oscillation generated by the oscillator to the electroacoustic transducer. The start-stop oscillator, in turn, is controlled by a free-running pulse generator, which defines the repetition frequency of the measurement processes and the duration of the individual sound wave trains.

Gemäss der DE-OS 2 444 222 ist ein einziger elektroakusti-scher Wandler als Schallsender und als Schallempfänger vorgesehen. In jedem von periodisch wiederholten Messvorgängen wird ein Schallwellenzug sowohl gegen eine Messfläche, deren Entfernung vom elektroakustischen Wandler oder von einer Bezugsebene gemessen werden soll, als auch gegen eine Referenz-Refiexionsfläche, die zwischen der Messfläche und dem Wandler angeordnet ist und einen bestimmten, bekannten Abstand von letzterem bzw. der Bezugsebene hat, ausgesendet und nachher das durch die Referenz-Refiexionsfläche verursachte Echo und das an der Messfläche hervorgerufene Echo empfangen. Jeweils gleichzeitig mit dem Aussenden eines Schallwellenzuges wird ein elektrischer Sende-Impuls und jeweils beim Empfang eines Echos wird ein elektrischer Refe-renzecho-Impuls bzw. Messecho-Impuls erzeugt. Die Laufzeiten des Schallwellenzuges im Zeitintervall zwischen dem Sende-Impuls und dem Referenzecho-Impuls bzw. zwischen dem Sende-Impuls und dem Messecho-Impuls werden mit Hilfe von elektrischen Taktimpulsen gemessen, die von einem Taktimpulsgeber mit elektronisch regelbarer Wiederholungsfrequenz erzeugt werden. Die Taktimpulse werden über einen Frequenzteiler, dessen Teilungsverhältnis dem bekannten Abstand der Referenz-Refiexionsfläche entspricht, dem einen Eingang eines Zeit- oder Phasenvergleichers zugeleitet, dessen anderem Eingang der Referenzecho-Impuls zugeführt wird. Mittels einer Regelschaltungsanordnung wird die Wiederholungsfrequenz des Taktimpulsgebers automatisch derart gesteuert, dass der Referenzecho-Impuls und der vom genannten Frequenzteiler abgegebene Ausgangsimpuls zeitlich zusammenfallen. Die mit der so eingeregelten Wiederholungsfrequenz erzeugten Taktimpulse werden über ein elektronisches Gatter auch einem Impulszähler zugeleitet, dem ein Speicher und eine Anzeigevorrichtung beigeordnet sind. Das elektronische Gatter wird jeweils durch einen Sende-Impuls geöffnet und durch den nachfolgenden Messecho-Impuls geschlossen. Um die Sende-, Referenzecho- und Messecho-Impulse voneinander zu trennen und jeweils an die richtige Stelle zu leiten, oder von andern Stellen fernzuhalten, sind elektronische Blenden mit einstellbaren Zeitgliedern vorgesehen, die in Anpassung an die Laufzeiten der Schallwellenzüge justiert werden müssen. Für die Erzeugung der Schallwellenzüge sind ein Start-Stopp-Oszillator und ein diesem nachgeschalteter Leistungsverstärker vorgesehen, der die mittels des Oszillators erzeugte elektrische Schwingung dem elektroakustischen Wandler aufdrückt. Der Start-Stopp-Oszil-lator seinerseits wird durch Steuerimpulse getaktet, die mit Hilfe von Frequenzteilern von den Taktimpulsen des der Laufzeitmessung dienenden Taktimpulsgebers abgeleitet werden. According to DE-OS 2 444 222, a single electroacoustic transducer is provided as a sound transmitter and as a sound receiver. In each of periodically repeated measuring processes, a sound wave train is placed against a measuring surface whose distance from the electroacoustic transducer or from a reference plane is to be measured, as well as against a reference reflection surface which is arranged between the measuring surface and the transducer and a certain, known distance has emitted from the latter or the reference plane, and subsequently received the echo caused by the reference reflection surface and the echo caused on the measurement surface. An electrical transmit pulse is generated at the same time as a sound wave train is emitted, and an electrical reference echo pulse or measurement echo pulse is generated each time an echo is received. The transit times of the sound wave train in the time interval between the transmit pulse and the reference echo pulse or between the transmit pulse and the measurement echo pulse are measured with the aid of electrical clock pulses which are generated by a clock pulse generator with an electronically controllable repetition frequency. The clock pulses are fed via a frequency divider, the division ratio of which corresponds to the known distance of the reference reflection surface, to the input of a time or phase comparator, the other input of which is supplied with the reference echo pulse. The repetition frequency of the clock pulse generator is automatically controlled by means of a control circuit arrangement such that the reference echo pulse and the output pulse emitted by the frequency divider mentioned coincide in time. The clock pulses generated with the repetition frequency thus regulated are also fed via an electronic gate to a pulse counter to which a memory and a display device are associated. The electronic gate is opened by a transmit pulse and closed by the subsequent measurement echo pulse. In order to separate the transmit, reference echo and measurement echo pulses from each other and to route them to the right place, or to keep them away from other places, electronic diaphragms with adjustable timers are provided, which have to be adjusted to match the running times of the sound wave trains. For the generation of the sound wave trains, a start-stop oscillator and a power amplifier connected downstream of it are provided, which presses the electrical oscillation generated by the oscillator onto the electroacoustic transducer. The start-stop oscillator, in turn, is clocked by control pulses which are derived with the aid of frequency dividers from the clock pulses of the clock pulse generator used to measure the transit time.

Die bekannten Einrichtungen der geschilderten Art sind teils verhältnismässig kompliziert und aufwendig und liefern nicht in allen Fällen Messresultate mit der gewünschten Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. The known devices of the type described are sometimes relatively complicated and complex and do not always provide measurement results with the desired accuracy and reproducibility.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die 5 mit ihr erzielten Messresultate ohne übermässigen apparativen Aufwand eine bisher unerreicht hohe Genauigkeit haben und reproduzierbar sind. Weiter soll die Einrichtung derart ausgestaltet werden, dass auf verhältnismässig einfache Weise eine Fernmessung möglich ist. It is the object of the present invention to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that the 5 measurement results obtained with it have unprecedentedly high apparatus accuracy and are reproducible. Furthermore, the device should be designed in such a way that remote measurement is possible in a relatively simple manner.

" Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 definierte Einrichtung gelöst. "This object is achieved according to the invention by the device defined in claim 1.

Dadurch, dass der elektroakustische Wandler jeweils durch einen Impuls eines frei laufenden elektrischen Impulsgenerators zu einer freien Schwingung angeregt wird, erübrigt sich ein getakteter Oszillator zur Erzeugung einer elektrischen Schwingung, die mittels eines Kraftverstärkers dem elektroakustischen Wandler aufgedrückt werden müsste. Die mittels des elektroakustischen Wandlers ausgesendeten Schallwellen haben eine Frequenz, die gleich der Eigenresonanzfrequenz des Wandlers 10 ist und vergleichsweise hoch gewählt werden kann, was für die Erzielung einer hohen Messgenauigkeit wesentlich ist. Durch die Verwendung eines Schieberegisters, das die drei in jedem Messvorgang auftretenden Impulse, nämlich den Sende-Impuls, den Referenzecho-Impuls und den Messecho-Impuls, auf drei 5 verschiedene Leitungen innerhalb der Einrichtung verteilt, ist ein sicheres Arbeiten der Einrichtung ohne die Notwendigkeit eines Abgleichs von Sperren oder Blenden gewährleistet. Dadurch, dass der Zählausgang des Taktimpulszählers ausser mit dem Digitalspeicher für das Messergebnis auch mit einem " auf eine wählbare Zahl entsprechend dem Abstand der Referenz-Refiexionsfläche vom elektroakustischen Wandler bzw. von der Bezugsebene einstellbaren digitalen Komparator verbunden ist, der seinerseits jeweils bei Übereinstimmung der eingestellten Zahl mit dem momentanen Zählstand des Impuls-5 zählers ein Ausgangssignal an den einen Eingang einer Erstimpuls-Erkennungsstufe liefert, an deren anderen Eingang der Referenzecho-Impuls geleitet wird, ist die Einrichtung mühelos an verschiedene bekannte Abstände der Referenz-Refiexionsfläche vom elektroakustischen Wandler bzw. von der Bezugs-" ebene einstellbar, und/oder es können wahlweise verschiedene Masseinheiten für das gesuchte Messresultat durch einfaches Ändern der am digitalen Komparator eingestellten Zahl zur Anwendung gelangen. Da der zum Anstossen des elektroakustischen Wandlers dienende Impulsgenerator frei schwingt, d.h. nicht getaktet werden muss, ist zwischen der eigentlichen Messstelle, an der sich der elektroakustische Wandler und der Impulsgenerator befinden, und den zur Verarbeitung der Sende-, Referenzecho- und Messecho-Impulse dienenden Teilen der Einrichtung lediglich eine nur in einer Richtung arbeitende Impulsübertragungs-Verbindung erforderlich, die z.B. eine einfache Zweidrahtleitung, ein Koaxialkabel oder eine drahtlose Verbindung sein kann. Hierdurch ist ohne grossen zusätzlichen Aufwand eine Fernmessung ermöglicht. Because the electroacoustic transducer is excited to a free oscillation by a pulse from a free-running electrical pulse generator, a clocked oscillator is unnecessary for generating an electrical oscillation, which would have to be pressed onto the electroacoustic transducer by means of a power amplifier. The sound waves emitted by means of the electroacoustic transducer have a frequency which is equal to the natural resonance frequency of the transducer 10 and which can be selected to be comparatively high, which is essential for achieving high measuring accuracy. By using a shift register that distributes the three pulses occurring in each measurement process, namely the transmit pulse, the reference echo pulse and the measurement echo pulse, over three 5 different lines within the device, the device can work safely without the need a comparison of locks or panels guaranteed. The fact that the counting output of the clock pulse counter is connected not only to the digital memory for the measurement result but also to a "digital comparator that can be set to a selectable number corresponding to the distance of the reference reflection surface from the electroacoustic transducer or from the reference plane, which in turn each matches the set ones Number with the current count of the pulse 5 counter delivers an output signal to one input of a first pulse detection stage, to the other input of which the reference echo pulse is conducted, the device is effortlessly at various known distances of the reference reflection surface from the electroacoustic transducer or adjustable from the reference "level, and / or different measurement units can be used for the desired measurement result by simply changing the number set on the digital comparator. Since the pulse generator used to trigger the electroacoustic transducer oscillates freely, i.e. The only thing that does not have to be clocked between the actual measuring point, at which the electroacoustic transducer and the pulse generator are located, and the parts of the device used to process the transmit, reference echo and measurement echo pulses is a one-way pulse transmission connection required, for example can be a simple two-wire line, a coaxial cable or a wireless connection. This enables remote measurement without much additional effort.

Weitere Einzelheiten zweckmässiger Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Einrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Further details of expedient refinements of the device according to the invention are explained below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Messanordnung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens; 60 Fig. 2 ist ein Weg/Zeit-Diagramm eines Schallwellenpaketes in der Anordnung nach Fig. 1 ; 1 shows the basic structure of a measuring arrangement for carrying out the method according to the invention; 60 FIG. 2 is a path / time diagram of a sound wave packet in the arrangement according to FIG. 1;

Fig. 3 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf von digitalisierten Impulsen entsprechend dem ausgesendeten Schallwellenpaket, dem empfangenen Referenzecho und dem empfange-65 nenMessecho; 3 illustrates the time course of digitized pulses corresponding to the emitted sound wave packet, the received reference echo and the received measurement echo;

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Auswerteprinzips mittels eines Taktimpulszählers, dessen Zählstand in Funktion der Zeit dargestellt ist; 4 is a diagram to illustrate the evaluation principle by means of a clock pulse counter, the count of which is shown as a function of time;

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Fig. 5 zeigt ein Blockschema einer elektrischen Schaltungsanordnung, die ein Bestandteil der Einrichtung zum Durchführen des Messverfahrens ist. FIG. 5 shows a block diagram of an electrical circuit arrangement which is a component of the device for carrying out the measurement method.

Es wird nun zunächst auf Fig. 1 verwiesen, gemäss welcher ein Gerät S zum Aussenden und Empfangen von Schallwellen- s zügen in einem vertikalen Abstand hs über einer horizontalen Bezugsebene B angeordnet ist. Die Bezugsebene B ist z.B. der Boden eines Behälters oder Kanals zur Aufnahme eines flüssigen oder rieselfähigen Gutes, dessen Spiegel oder obere Grenzfläche N eine unbekannte, zu messende Entfernung hx von der m Bezugsebene B aufweist und demzufolge nachstehend als Messfläche bezeichnet wird. Die Entferung hx kann je nach dem momentanen Füllstand des Behälters oder Kanals variieren zwischen Null und einem Maximum hmax, welches durch das höchstmögliche Niveau H des im Behälter oder Kanal befindli- i ? chen Gutes festgelegt ist. Dementsprechend variiert auch die Entfernung D, welche die Messfläche N von dem Sende-Emp-fangsgerät S aufweist. Die ganze beschriebene Anordnung befindet sich in einem schall-leitenden, gasförmigen Medium, z.B. Luft. Durch Echolotung mittels Schallwellen soll nun die unbekannte Entfernung Dx bzw. hx gemessen werden, wobei die Laufzeit eines vom Gerät ausgesendeten Schallwellenzuges bis zur Messfläche N und nach Reflexion an der Messfläche N zurück bis zum Gerät S ermittelt und zur Bestimmung der unbekannten Entfernung ausgewertet wird. : ? 1, according to which a device S for transmitting and receiving sound waves is arranged at a vertical distance hs above a horizontal reference plane B. The reference plane B is e.g. the bottom of a container or channel for holding a liquid or free-flowing material, the mirror or upper boundary surface N of which has an unknown distance hx to be measured from the m reference plane B and is therefore referred to below as the measuring surface. Depending on the current level of the container or channel, the distance hx can vary between zero and a maximum hmax, which is determined by the highest possible level H of the contents of the container or channel. Chen good is determined. Correspondingly, the distance D which the measuring surface N is from the transceiver S also varies. The whole arrangement described is in a sound-conducting, gaseous medium, e.g. Air. The unknown distance Dx or hx is to be measured by echo sounding using sound waves, the transit time of a sound wave train emitted by the device to the measuring surface N and after reflection on the measuring surface N back to the device S and evaluated to determine the unknown distance. :?

Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen im gasförmigen Medium durch äussere Einflüsse, insbesondere die Temperatur, veränderlich ist, wie eingangs dargelegt wurde, Since the propagation speed of the sound waves in the gaseous medium is variable by external influences, in particular the temperature, as was explained at the beginning,

sind Massnahmen getroffen, um die Schallgeschwindigkeit direkt zu erfassen und in die Auswertung des Messergebnisses n> der Echolotung korrekt einzubeziehen. Zu diesem Zweck ist bei der Anordnung nach Fig. 1 zwischen dem Sende-Empfangsgerät S und dem Niveau H eine Referenz-Refiexionsfläche R angeordnet, deren geometrischen Abmessungen klein sind im Vergleich zu den Abmessungen der Messfläche N. Die Referenz- 35 Reflexionsfläche R befindet sich in einem bestimmten und bekannten Abstand hR über der Bezugsebene B, womit auch der Abstand DR zwischen der Referenz-Refiexionsfläche R und dem Sende-Empfangsgerät S festgelegt und bekannt ist. measures have been taken to directly record the speed of sound and to correctly include it in the evaluation of the measurement result n> echo sounding. For this purpose, in the arrangement according to FIG. 1, a reference reflection surface R is arranged between the transceiver S and the level H, the geometric dimensions of which are small compared to the dimensions of the measurement surface N. The reference reflection surface R is located at a certain and known distance hR above the reference plane B, with which the distance DR between the reference reflection surface R and the transceiver S is also fixed and known.

In Fig. 2 ist das Weg/Zeit-Diagramm für einen Schallwel- 40 lenzug in der Anordnung nach Fig. 1 dargestellt. Ein Schallwellenzug, der im Zeitpunkt a vom Sende-Empfangsgerät S in vertikaler Richtung nach unten ausgesendet wird, bewegt sich mit der momentan herrschenden Schallgeschwindigkeit v in Richtung gegen die Referenz-Refiexionsfläche R und die Mess- 45 fläche N. Diese Bewegung des ausgesendeten Schallwellenzuges ist im Weg/Zeit-Diagramm nach Fig. 2 durch eine voll ausgezogene Linie 10 veranschaulicht. An der Referenz-Reflexionsflä-che R wird ein Teil der ausgesendeten Schallenergie im Zeitpunkt b reflektiert und gegen das Sende-Empfangsgerät S 5« zurückgeworfen, wie in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie 11 dargestellt ist. Der restliche Teil der Schallenergie bewegt sich weiter zur Messfläche N und wird von dieser im Zeitpunkt c reflektiert und ebenfalls gegen das Sende-Empfangsgerät C zurückgeworfen, wie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie 12 55 gezeigt ist. Im Zeitpunkt d erreicht die von der Referenz-Refiexionsfläche R zurückgeworfene Referenzecho-Schallwelle das Sende-Empfangsgerät S, wogegen die von der Messfläche N zurückgeworfene Messecho-Schallwelle erst in einem späteren Zeitpunkt f auf das Sende-Empfangsgerät S auftrifft. Zwischen <><) dem Aussenden des Schallwellenzuges im Zeitpunkt a und dem Empfang des Referenzechos im Zeitpunkt d liegt eine Zeitspanne tR. Eine grössere Zeitspanne t„ liegt zwischen dem Aussenden des Schallwellenzuges im Zeitpunkt a und dem Empfang des Messechos im Zeitpunkt f. <# 2 shows the path / time diagram for a sound wave train in the arrangement according to FIG. 1. A sound wave train, which is emitted downwards at time a by the transceiver S in the vertical direction, moves with the currently prevailing speed of sound v in the direction towards the reference reflection surface R and the measurement surface N. This movement of the transmitted sound wave train is illustrated in the path / time diagram of FIG. 2 by a solid line 10. At the reference reflection surface R, part of the emitted sound energy is reflected at time b and is reflected back against the transceiver S 5 ', as shown in FIG. 2 by a dash-dotted line 11. The remaining part of the sound energy moves on to the measuring surface N and is reflected by it at the point in time c and is also thrown back against the transceiver C, as shown in FIG. 2 by a broken line 12 55. At time d, the reference echo sound wave reflected by the reference reflection surface R reaches the transceiver S, whereas the measurement echo sound wave reflected by the measurement area N does not strike the transceiver S until a later time f. There is a period of time tR between <> <) sending the sound wave train at time a and receiving the reference echo at time d. A larger period of time t “lies between the transmission of the sound wave train at time a and the reception of the measurement echo at time f. <#

Unter der Voraussetzung gleicher Schallgeschwindigkeit v im Raum zwischen dem Gerät S und der Referenz-Refiexionsfläche R und im Raum zwischen letzterer und der Messfläche N, was für Messstrecken von wenigen Metern praktisch stets gegeben ist, lässt sich aus den Zeitspannen tR und tx, welche die Laufzeiten der Schallwellen in der Anordnung gemäss Fig. 1 sind, die unbekannte Entfernung Dx unter Einbezug der bekannten Distanz DR wie folgt berechnen: Assuming the same speed of sound v in the space between the device S and the reference reflection surface R and in the space between the latter and the measurement surface N, which is practically always the case for measuring distances of a few meters, the time periods tR and tx, which are the Runtimes of the sound waves in the arrangement according to FIG. 1, calculate the unknown distance Dx taking into account the known distance DR as follows:

Ansätze tR — Approaches tR -

2 D„ 2 D "

2 Dv 2 Dv

(1) (1)

(2) (2)

Werden die beiden Zeitspannen tR und tx ins Verhältnis zueinander gesetzt, ergibt sich die Gleichung If the two time periods tR and tx are set in relation to each other, the equation is obtained

2D, 2D,

2 De 2 De

Dx Dx

Do do

(3) (3)

Das Verhältnis der beiden Zeitspannen tx/tR entspricht also dem Verhältnis der Distanzen DX/DR, unabhängig von dem effektiven Wert der Schallgeschwindigkeit v. Aus der Gleichung (3) erhält man durch Multiplikation beider Seiten mit DR die Formel The ratio of the two time periods tx / tR thus corresponds to the ratio of the distances DX / DR, regardless of the effective value of the speed of sound v. Equation (3) gives the formula by multiplying both sides by DR

D,= D, =

tv "De tv "De

(4) (4)

Mittels der Formel (4) kann man somit unabhängig von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit v der Schallwellen die unbekannte Entfernung Dx berechnen. Using formula (4), the unknown distance Dx can be calculated regardless of the speed of propagation v of the sound waves.

Der ebenfalls unbekannte Füllstand hx ergibt sich aus der Differenz des bekannten Abstandes hs des Sende-Empfangsge-rätes S von der Bezugsebene B und der mittels der Formel (4) errechneten Entfernung Dx: The likewise unknown fill level hx results from the difference between the known distance hs of the transceiver S from the reference plane B and the distance Dx calculated using the formula (4):

h„ = hs-Dv = h„ h "= hs-Dv = h"

t* ' DD t * 'DD

(5) (5)

Wenn über der Bezugsebene B kein Füllgut vorhanden ist, fehlt die Messfläche N, und die Schallwellen setzen ihren Weg fort bis zur Bezugsebene B, an welcher im Zeitpunkt e die Schallwellen reflektiert und zum Sende-Empfangsgerät S zurückgeworfen werden, wie in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 13 veranschaulicht ist. Im Zeitpunkt g treffen dann die Echoschallwellen auf das Sende-Empfangsgerät S auf. If there is no filling material above the reference plane B, the measuring surface N is missing, and the sound waves continue their way to the reference plane B, at which the sound waves are reflected at time e and returned to the transceiver S, as in FIG. 2 dash-dotted line 13 is illustrated. At time g, the echo sound waves then strike the transceiver S.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist im folgenden eine elektrische Schaltungsanordnung beschrieben, mit deren Hilfe es ermöglicht ist, den unbekannten Füllstand hx vollautomatisch durch Echolotung zu messen und das Messergebnis digital und analog anzuzeigen. Die Schaltungsanordnung ist relativ einfach ausgebildet und aus herkömmlichen elektronischen Bausteinen aufgebaut. An electrical circuit arrangement is described below with reference to FIG. 5, with the aid of which it is possible to measure the unknown fill level hx fully automatically by echo sounding and to display the measurement result digitally and analogously. The circuit arrangement is relatively simple and constructed from conventional electronic components.

Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 5 weist einen freilaufenden elektrischen Impulsgenerator 21 auf, der zur Abgabe von elektrischen Impulsen ausgebildet ist, die periodisch in Intervallen wiederkehren, innerhalb welchen jeweils eine Entfernungsmessung stattfindet. Der Ausgang des Impulsgenerators 21 ist mit einem elektroakustischen Wandler 22 verbunden, der in Resonanz arbeitet und durch jeden elektrischen Impuls The circuit arrangement according to FIG. 5 has a free-running electrical pulse generator 21 which is designed to emit electrical pulses which recur periodically at intervals within which a distance measurement takes place in each case. The output of the pulse generator 21 is connected to an electroacoustic transducer 22 which operates in resonance and through each electrical pulse

619 789 619 789

6 6

vom Generator 21 zu einer verhältnismässig rasch abklingenden freien Schwingung anregbar ist, um einen Schallwellenzug zu erzeugen und in Richtung gegen die Messfläche N und die Referenz-Refiexionsfläche R auszusenden. Der gleiche elektroakustische Wandler 22 dient auch dem Empfang der zurückkommenden Echo-Schallwellenzüge und zum Umwandeln derselben in elektrische Echo-Impulszüge. Der elektroakustische Wandler 22 ist ferner an den Eingang einer Impuls-Erken-nungs- und -Formervorrichtung 23 angeschlossen, in welcher die vom Wandler 22 erzeugten Echo-Impulszüge verstärkt, digitalisiert und von Störsignalen getrennt werden. Auch die vom Impulsgenerator 21 gelieferten Impulse gelangen zum Eingang der Impuls-Erkennungsvorrichtung 23, so dass am Ausgang der letzteren in jedem Messintervall drei einheitliche elektrische Impulse Is, IR und IM erscheinen, wie in Fig. 3 veran- i schaulicht ist. Im folgenden wird der Impuls Is als Sendeimpuls, der Impuls IR als Referenzecho-Impuls und der Impuls IM als Messecho-Impuls bezeichnet. Die ansteigenden Flanken der aufeinander folgenden Impulse Is und IR haben den zeitlichen Abstand tR voneinander, und zwischen den ansteigenden Flan- : ken der Impulse Is und IM liegt die Zeitspanne tx. Genau betrachtet treten die ansteigenden Flanken der Impulse Is, IR und IM jeweils mit einer geringen, aber definierten und konstanten Verzögerung nach den Zeitpunkten a, d bzw. f auf, weil zur Erkennung der Frequenz eines jeden Impulszuges in der Vor- : richtung 23 mehrere Perioden der Schwingung geprüft werden müssen. Der Impulsgenerator 21, der elektroakustische Wandler 22 und die Impuls-Erkennungsvorrichtung 23 sind zu dem bereits erwähnten Sende-Empfangsgerät S vereinigt. can be excited by the generator 21 to form a relatively rapidly decaying free oscillation in order to generate a sound wave train and to transmit it in the direction against the measuring surface N and the reference reflection surface R. The same electroacoustic transducer 22 also serves to receive the returning echo sound wave trains and to convert them into electrical echo pulse trains. The electroacoustic transducer 22 is also connected to the input of a pulse detection and shaping device 23, in which the echo pulse trains generated by the transducer 22 are amplified, digitized and separated from interference signals. The pulses supplied by the pulse generator 21 also arrive at the input of the pulse detection device 23, so that three uniform electrical pulses Is, IR and IM appear at the output of the latter in each measurement interval, as can be seen in FIG. 3. In the following, the pulse Is is referred to as a transmit pulse, the pulse IR as a reference echo pulse and the pulse IM as a measurement echo pulse. The rising edges of the successive pulses Is and IR have the time interval tR from one another, and the time period tx lies between the rising edges of the pulses Is and IM. Exactly considered, the rising edges of the pulses Is, IR and IM each occur with a small, but defined and constant delay after the times a, d and f, because several devices are used to detect the frequency of each pulse train Periods of vibration must be checked. The pulse generator 21, the electroacoustic transducer 22 and the pulse detection device 23 are combined to form the transceiver S already mentioned.

Vom Ausgang der Impuls-Erkennungsvorrichtung 23 führt • eine Impulsübertragungs-Verbindungzum Eingangeines Schieberegisters 24, welches drei Ausgänge 24s, 24R und 24M aufweist, an denen die Impulse Is, IR und IM getrennt erscheinen. Der Ausgang 24s des Schieberegisters 24 ist mit einem Steuereingang 25 eines elektronischen Impulszählers 26 verbunden, • dessen Zähleingang 27 an den Ausgang eines Taktimpulsgebers 30 angeschlossen ist. Die Impulsfrequenz des Taktimpulsgebers 30 ist durch ein elektrisches Regelsignal veränderbar, das mittels einer Einrichtung 31 erzeugt und einem Steuereingang 32 des Taktimpulsgebers zugeführt wird. Einzelheiten der genann- j ten Einrichtung 31 sind weiter unten beschrieben. From the output of the pulse detector 23, a pulse transfer connection leads to the input of a shift register 24, which has three outputs 24s, 24R and 24M, at which the pulses Is, IR and IM appear separately. The output 24s of the shift register 24 is connected to a control input 25 of an electronic pulse counter 26, the counter input 27 of which is connected to the output of a clock pulse generator 30. The pulse frequency of the clock pulse generator 30 can be changed by an electrical control signal which is generated by means of a device 31 and is fed to a control input 32 of the clock pulse generator. Details of said device 31 are described below.

Der Impulszähler 26 ist ein Rückwärtszähler und dient zum subtraktiven Zählen der vom Taktimpulsgeber 30 gelieferten Taktimpulse, wobei der Zählvorgang jeweils durch einen Sendeimpuls Is am Steuereingang 25 in Gang setzbar ist. Der 4 Impulszähler 26 weist einen Ausgang 35 auf, an welchem jeweils ein elektrisches Signal erscheint, wenn der Endzählstand Null erreicht ist. Der Ausgang 35 ist über eine Zeitverzögerungsvorrichtung 36 mit einem Impulszahl-Vorwählschalter 37 verbunden, der seinerseits an einen Setzeingang 38 des Impuls- f Zählers 26 angeschlossen ist. Die Ausbildung des Impulszählers 26 und des Vorwählschalters 37 ist derart, dass jeweils beim Eintreffen eines Signals vom Ausgang 35 über die Verzögerungsvorrichtung zum Vorwählschalter 37 der Impulszähler auf den vorgewählten, am Schalter 37 einstellbaren Anfangszähl- 5 stand gebracht wird. Schliesslich weist der Impulszähler 26 einen Zählausgang 39 auf, an welchem der jeweilige Zählstand durch elektrische Signale in binär-dezimal-kodierter Form ausgegeben wird. The pulse counter 26 is a down counter and is used for subtractive counting of the clock pulses supplied by the clock pulse generator 30, wherein the counting process can be started by a transmission pulse Is at the control input 25. The 4 pulse counter 26 has an output 35, at each of which an electrical signal appears when the final count is zero. The output 35 is connected via a time delay device 36 to a pulse number preselection switch 37, which in turn is connected to a set input 38 of the pulse counter 26. The design of the pulse counter 26 and the preselection switch 37 is such that each time a signal arrives from the output 35 via the delay device to the preselection switch 37, the pulse counter is brought to the preselected initial count 5 which can be set at the switch 37. Finally, the pulse counter 26 has a counting output 39 at which the respective count is output by electrical signals in binary-decimal-coded form.

( (

Der Zählausgang 39 ist sowohl mit der bereits erwähnten Einrichtung 31 zur Erzeugung eines Regelsignals für die Impulsfrequenz des Taktimpulsgebers 30 als auch mit einem Eingang 41 eines Digitalspeichers 42 verbunden, der weiter einen an den Ausgang 24M des Schieberegisters 24 angeschlos- < senen Steuereingang 43 aufweist. Der Digitalspeicher 42 ist derart ausgebildet, dass in ihm jeweils beim Eintreffen eines Messecho-Impulses IM der momentan vorliegende Zählstand des Impulszählers 26 eingespeichert wird und dass jeweils nach dem Einspeichern einer vorbestimmten Anzahl Zählergebnisse automatisch der arithmetische Mittelwert dieser Zählergebnisse gebildet, gespeichert und durch elektrische Signale in binärkodierter Form einem Ausgang 44 zugeführt wird. Der Ausgang 44 des Digitalspeichers 42 ist mit dem Eingang einer Digital-Anzeigevorrichtung 46 wie auch mit dem Eingang eines Digital-Analogwandlers 48 verbunden, an dessen Ausgang ein Analog-Anzeigeinstrument 50 angeschlossen ist. The counting output 39 is connected both to the already mentioned device 31 for generating a control signal for the pulse frequency of the clock pulse generator 30 and to an input 41 of a digital memory 42, which further has a control input 43 connected to the output 24M of the shift register 24. The digital memory 42 is designed in such a way that the current count of the pulse counter 26 is stored in it each time a measurement echo pulse IM arrives, and that the arithmetic mean of these count results is automatically formed, stored and by electrical signals after a predetermined number of count results have been stored is supplied to an output 44 in binary-coded form. The output 44 of the digital memory 42 is connected to the input of a digital display device 46 as well as to the input of a digital-to-analog converter 48, to the output of which an analog display instrument 50 is connected.

' Die oben bereits erwähnte Einrichtung 31 zur Erzeugung eines Regelsignals für den Taktimpulsgeber 30 weist einen an den Zählausgang 39 des Impulszählers 26 angeschlossenen Impulszahl-Vorwählschalter 52 mit Koinzidenzschaltung auf zwecks Abgabe eines elektrischen Koinzidenzsignals, jeweils wenn der Zählstand des Impulszählers 26 mit einer vorgewählten, am Vorwählschalter 52 einstellbaren Impulszahl übereinstimmt. Der Ausgang, an welchem das Koinzidenzsignal erscheint, ist mit einem Eingang B einer Vorrichtung 55 zur Erstimpuls-Erkennung verbunden. Ein zweiter Eingang A der 'The above-mentioned device 31 for generating a control signal for the clock pulse generator 30 has a pulse number preselection switch 52 connected to the counting output 39 of the pulse counter 26 with a coincidence circuit for the purpose of emitting an electrical coincidence signal, each time the count of the pulse counter 26 with a preselected, on Preselection switch 52 adjustable pulse number matches. The output at which the coincidence signal appears is connected to an input B of a device 55 for first pulse detection. A second entrance to the

1 Vorrichtung 55 ist an den Ausgang 24R des Schieberegisters 24 angeschlossen. Ferner weist die Vorrichtung 55 zwei Ausgänge 56 und 57 auf, die je mit einem Steuereingang eines elektronischen Schalters 60 bzw. 61 in Verbindung stehen. Die Vorrichtung 55 und die elektronischen Schalter 60 und 61 sind derart ausgebildet, dass am einen Ausgang 56 jeweils ein erstes Steuersignal entsteht und den einen Schalter 60 in den leitenden Zustand steuert, wenn ein Referenzecho-Impuls IR zeitlich vor einem Koinzidenzsignal aus dem Vorwählschalter 52 eintrifft, und dass am anderen Ausgang 57 jeweils ein zweites Steuersignal entsteht und den andern Schalter 61 in den leitenden Zustand steuert, wenn ein Referenzecho-Impuls IR zeitlich nach einem Koinzidenzsignal eintrifft. 1 device 55 is connected to the output 24R of the shift register 24. Furthermore, the device 55 has two outputs 56 and 57, each of which is connected to a control input of an electronic switch 60 or 61. The device 55 and the electronic switches 60 and 61 are designed such that a first control signal is generated at each output 56 and controls the one switch 60 to the conductive state when a reference echo pulse IR arrives at the time before a coincidence signal from the preselection switch 52 , and that a second control signal arises at the other output 57 and controls the other switch 61 into the conductive state when a reference echo pulse IR arrives after a coincidence signal.

Der eine elektronische Schalter 60 ist einerseits an eine Gleichstromquelle 62 angeschlossen und steht anderseits über einen elektrischen Widerstand 63 mit der einen Elektrode eines elektrischen Kondensators 64 in Verbindung, dessen andere Elektrode, z.B. über Masse, an die Gleichstromquelle 65 angeschlossen ist, so dass bei leitendem Zustand des Schalters 60 eine Aufladung des Kondensators über den Widerstand 63 erfolgt und die am Kondensator liegende Gleichspannung steigt. Der andere elektronische Schalter 61 ist ebenfalls einerseits über den Widerstand 63 an die eine Elektrode des Kondensators 64 und anderseits direkt an die andere Elektrode des Kondensators angeschlossen, so dass bei leitendem Zustand des Schalters 61 eine Entladung des Kondensators über den Widerstand 63 erfolgt und die am Kondensator liegende Gleichspannung sinkt. Die Spannung ist als Regelspannung dem Steuereingang 32 des Taktimpulsgenerators 30 zugeführt. The one electronic switch 60 is connected on the one hand to a direct current source 62 and on the other hand is connected via an electrical resistor 63 to the one electrode of an electrical capacitor 64, the other electrode, e.g. is connected to ground, to the DC power source 65, so that when the switch 60 is in a conductive state, the capacitor is charged via the resistor 63 and the DC voltage across the capacitor rises. The other electronic switch 61 is also connected on the one hand via the resistor 63 to one electrode of the capacitor 64 and, on the other hand, directly to the other electrode of the capacitor, so that when the switch 61 is in a conductive state, the capacitor is discharged via the resistor 63 and which is at the DC voltage lying in the capacitor drops. The voltage is fed as control voltage to the control input 32 of the clock pulse generator 30.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Echolot-Einrichtung beim Messen des Füllstandes hx ist wie folgt: The operation of the sounder described when measuring the level hx is as follows:

Vor Beginn der Messung stellt man am Vorwählschalter 37 eine Impulszahl ein, die in einem bestimmten Verhältnis q zu dem bekannten Abstand hs der Bezugsebene B vom elektroakustischen Wandler 22 des Sende-Empfangsgerätes S steht. Vorzugsweise wählt man q= 1, so dass am Vorwählschalter 37 eine Zahl eingestellt werden kann, die mit der Anzahl Längenmesseinheiten, z.B. cm oder mm, des Abstandes hs genau übereinstimmt. In analoger Weise stellt man am zweiten Vorwählschalter 52 eine Impulszahl ein, die im gleichen bestimmten Verhältnis q zu dem bekannten Abstand hR der Referenz-Refiexionsfläche R von der Bezugsebene B steht. Before the start of the measurement, a number of pulses is set on the preselection switch 37, which is in a certain ratio q to the known distance hs of the reference plane B from the electroacoustic transducer 22 of the transceiver S. Preferably one chooses q = 1, so that a number can be set on the preselection switch 37, which number corresponds to the number of length measuring units, e.g. cm or mm, the distance hs corresponds exactly. In an analogous manner, a number of pulses is set on the second preselection switch 52, which has the same specific ratio q to the known distance hR of the reference reflection surface R from the reference plane B.

Es sei nun angenommen, dass der Taktimpulsgeber 30 Impulse mit einer Wiederholungsfrequenz von z.B. 150 kHz erzeugt, und dass der Zählstand des Impulszählers 26 mit der am Vorwählschalter 37 eingestellten Impulszahl q hs übereinstimmt. Weiter sei angenommen, dass der Impulsgenerator 21 It is now assumed that the clock pulse generator 30 pulses with a repetition frequency of e.g. 150 kHz generated, and that the count of the pulse counter 26 corresponds to the pulse number q hs set on the preselector 37. It is further assumed that the pulse generator 21

7 7

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elektrische Impulse in konstanten Zeitintervallen von z.B. 40 ms erzeugt. electrical pulses at constant time intervals of e.g. 40 ms generated.

Ein jeder der vom Impulsgenerator 21 erzeugten elektrischen Impulse stösst den elektroakustischen Wandler 22 zu einer abklingenden freien Schwingung mit einer Frequenz von 5 z.B. 120 kHz an, so dass im Zeitpunkt a (Fig. 2) ein Schallwellenzug vom Wandler 22 in Richtung gegen die Referenz-Refiexionsfläche R und die Messfläche N ausgesendet wird. Gleichzeitig gelangt der vom Impulsgenerator 21 erzeugte elektrische Impuls auch in die Erkennungsvorrichtung 23, welche einen 111 Sendeimpuls Is (Fig. 3) abgibt, dessen ansteigende Flanke gegenüber dem Zeitpunkt a nur eine geringe und bestimmte Verzögerung aufweist. Dieser Sendeimpuls Is gelangt zum Schieberegister 24 und von dessen erstem Ausgang 24s zum Steuereingang 25 des Impulszählers 26. Durch die ansteigende 15 Flanke des Sendeimpulses Is wird der Impulszähler 26 in Gang gesetzt, so dass er von diesem Augenblick an die vom Taktimpulsgeber 30 erzeugten Taktimpulse subtraktiv zählt, wobei der Zählstand des Impulszählers 26 fortwährend abnimmt. Each of the electrical pulses generated by the pulse generator 21 pushes the electroacoustic transducer 22 into a decaying free oscillation with a frequency of 5 e.g. 120 kHz, so that at time a (FIG. 2) a sound wave train is emitted by the transducer 22 in the direction against the reference reflection surface R and the measurement surface N. At the same time, the electrical pulse generated by the pulse generator 21 also reaches the detection device 23, which emits a 111 transmit pulse Is (FIG. 3), the rising edge of which has only a slight and certain delay compared to the time a. This transmit pulse Is arrives at the shift register 24 and from its first output 24s to the control input 25 of the pulse counter 26. The rising 15 edge of the transmit pulse Is sets the pulse counter 26 in motion, so that from this moment on it subtracts the clock pulses generated by the clock pulse generator 30 counts, the count of the pulse counter 26 continuously decreasing.

Wenn der vom elektroakustischen Wandler 22 ausgesendete "" Schallwellenzug auf die Referenz-Refiexionsfläche R auftrifft, When the "" sound wave train emitted by the electroacoustic transducer 22 hits the reference reflection surface R,

wird ein Teil der Schallwellen im Zeitpunkt b (Fig. 2) an der genannten Fläche reflektiert und gegen den Wandler 22 zurückgeworfen, während die übrige Schallenergie sich weiter gegen die Messfläche N fortpflanzt. Sobald die an der Referenz-Refiexionsfläche R zurückgeworfenen Referenzecho-Schallwel-len im Zeitpunkt d (Fig. 2) auf den elektroakustischen Wandler 22 auftreffen, wandelt dieser die Schallschwingungen in entsprechende elektrische Schwingungen um, so dass der Erkennungsvorrichtung 23 ein Referenzecho-Impulszug zugeleitet wird. In der Erkennungsvorrichtung 23 wird der Referenzecho-Impulszug geprüft, von Störsignalen getrennt und in einen digitalen Referenzecho-Impuls IR umgewandelt, dessen ansteigende Flanke gegenüber dem Zeitpunkt d die gleiche bestimmte Verzögerung aufweist wie die ansteigende Flanke des Sendeimpulses Is in bezug auf den Zeitpunkt a. Der Referenzecho-Impuls IR gelangt zum Schieberegister 24 und von dessen zweitem Ausgang 24R zum Eingang A der Vorrichtung 55 für die Erstim-pulserkennung. Sobald der Zählstand des Impulszählers 26 die am Vorwählschalter 52 eingestellte Impulszahl q hR erreicht, part of the sound waves at time b (FIG. 2) is reflected on the surface mentioned and thrown back against the transducer 22, while the remaining sound energy continues to propagate against the measurement surface N. As soon as the reference echo sound waves reflected on the reference reflection surface R hit the electroacoustic transducer 22 at time d (FIG. 2), the transducer converts the sound vibrations into corresponding electrical vibrations, so that the reference device 23 is supplied with a reference echo pulse train . In the detection device 23, the reference echo pulse train is checked, separated from interference signals and converted into a digital reference echo pulse IR, the rising edge of which has the same specific delay as the time d as the rising edge of the transmission pulse Is with respect to the time a. The reference echo pulse IR reaches the shift register 24 and from its second output 24R to the input A of the device 55 for the first pulse detection. As soon as the count of the pulse counter 26 reaches the pulse number q hR set on the preselection switch 52,

gibt der Vorwählschalter 52 ein Koinzidenzsignal an den Eingang B der Vorrichtung 55 ab, welche nun vergleicht, ob der Referenzecho-Impuls IR zeitlich vor oder nach dem Koinzidenzsignal eintrifft. the preselection switch 52 outputs a coincidence signal to the input B of the device 55, which now compares whether the reference echo pulse IR arrives before or after the coincidence signal.

Falls die ansteigende Flanke des Referenzecho-Impulses IR zeitlich vor dem Koinzidenzsignal liegt, liefert der Ausgang 56 der Vorrichtung 55 ein Steuersignal zum elektronischen Schalter 60, so dass letzterer in den leitenden Zustand gesteuert und der Kondensator 64 über den Widerstand 63 an die Gleich- 50 Stromquelle 62 angeschlossen wird. Dadurch wird der Kondensator 64 aufgeladen, weshalb die am Kondensator liegende Spannung ansteigt und die Frequenz des Taktimpulsgebers 30 erhöht wird. Wenn hingegen die ansteigende Flanke des Referenzecho-Impulses IR zeitlich nach dem Koinzidenzsignal liegt, 55 liefert der Ausgang 57 der Vorrichtung 55 ein Steuersignal zum elektronischen Schalter 61, so dass dieser in den leitenden Zustand gesteuert und der Kondensator 64 über den Widerstand 63 entladen wird. Dadurch sinkt die am Kondensator 64 liegende Spannung, was eine Reduktion der Frequenz des Takt- (1(l impulsgebers 30 zur Folge hat. Wenn aber die ansteigende Flanke des Referenzecho-Impulses IR und das Koinzidenzsignal des Vorwählschalters 52 zeitlich zusammenfallen, liegt weder am Ausgang 56 noch am Ausgang 57 der Vorrichtung 55 ein Steuersignal vor, so dass die beiden elektronischen Schalter 60 (,5 und 61 den nicht-leitenden Zustand einnehmen oder beibehalten und die Frequenz des Taktimpulsgebers 30 unverändert bleibt. If the rising edge of the reference echo pulse IR is earlier than the coincidence signal, the output 56 of the device 55 supplies a control signal to the electronic switch 60, so that the latter is switched to the conductive state and the capacitor 64 via the resistor 63 to the DC 50 Power source 62 is connected. As a result, the capacitor 64 is charged, which is why the voltage across the capacitor rises and the frequency of the clock pulse generator 30 is increased. If, on the other hand, the rising edge of the reference echo pulse IR is after the coincidence signal 55, the output 57 of the device 55 supplies a control signal to the electronic switch 61 so that it is switched to the conductive state and the capacitor 64 is discharged via the resistor 63. As a result, the voltage across the capacitor 64 drops, which results in a reduction in the frequency of the clock pulse generator 30. However, if the rising edge of the reference echo pulse IR and the coincidence signal of the preselection switch 52 coincide in time, there is neither the output 56 still provides a control signal at the output 57 of the device 55, so that the two electronic switches 60 (, 5 and 61 assume or maintain the non-conductive state and the frequency of the clock pulse generator 30 remains unchanged.

Auf die beschriebene Weise wird der Istwert der Anzahl Taktimpulse, welche im Zeitraum tR zwischen den ansteigenden Flanken des Sendeimpulses Is und des Referenzecho-Impulses IR auftreten, mit dem am Vorwählschalter 52 eingestellten Sollwert q hR verglichen und hierauf die Frequenz des Taktim-pulsgebers 30 in Abhängigkeit von Unterschieden zwischen dem Istwert und dem Sollwert geregelt, derart dass die Unterschiede vermindert werden und in mehreren nacheinander folgenden Messvorgängen gegen Null tendieren. In the manner described, the actual value of the number of clock pulses, which occur in the period tR between the rising edges of the transmit pulse Is and the reference echo pulse IR, is compared with the setpoint q hR set on the preselection switch 52 and then the frequency of the clock pulse generator 30 in Dependency on differences between the actual value and the setpoint is regulated in such a way that the differences are reduced and tend towards zero in several successive measurement processes.

Diejenigen Schallwellen, welche sich an der Referenz-Refiexionsfläche R vorbei gegen die Messfläche N bewegen, werden im Zeitpunkt c (Fig. 2) an der Messfläche N reflektiert und als Messecho gegen das Sende-Empfangsgerät S zurückgeworfen. Wenn die Messecho-Schallwellen im Zeitpunkt f (Fig. 2) auf den elektroakustischen Wandler 22 auftreffen, wandelt dieser die Schallwellen in einen entsprechenden elektrischen Messecho-Impulszug um, der in der Erkennungsvorrichtung 23 geprüft und von Störsignalen getrennt wird. Die Erkennungsvorrichtung 23 erzeugt einen Messecho-Impuls Im (Fig-3), dessen ansteigende Flanke in bezug auf den Zeitpunkt f die gleiche zeitliche Verzögerung hat wie die ansteigende Flanke des Sendeimpulses Is in bezug auf den Zeitpunkt a. Der Mess-echo-Impuls IM gelangt zum Schieberegister 24 und von dessen drittem Ausgang 24M zum Steuereingang 43 des Digitalspeichers 42. Wenn die ansteigende Flanke des Messecho-Impulses IM beim Eingang 43 eintrifft, wird der in diesem Augenblick vorliegende Zählstand des Impulszählers 26 in den Digitalspeicher 42 eingespeichert. Der eingespeicherte Zählstand ist gleich der Anzahl Taktimpulse, welche im Zeitraum tx zwischen den ansteigenden Flanken des Sendeimpulses Is und des Messecho-Impulses IM aufgetreten sind. Diese Anzahl Taktimpulse ist gleich q hx, sofern die Frequenz des Taktimpulsgebers 30 so geregelt war, dass das vom Vorwählschalter 52 abgegebene Koinzidenzsignal zeitlich mit der ansteigenden Flanke des Referenzecho-Impulses IR zusammenfiel. Those sound waves that move past the reference reflection surface R against the measurement surface N are reflected at the measurement surface N at time c (FIG. 2) and are reflected back as a measurement echo against the transceiver S. When the measurement echo sound waves strike the electroacoustic transducer 22 at time f (FIG. 2), the latter converts the sound waves into a corresponding electrical measurement echo pulse train, which is tested in the detection device 23 and separated from interference signals. The detection device 23 generates a measurement echo pulse Im (FIG. 3), the rising edge of which with respect to the time f has the same time delay as the rising edge of the transmission pulse Is with respect to the time a. The measurement echo pulse IM arrives at the shift register 24 and from its third output 24M to the control input 43 of the digital memory 42. When the rising edge of the measurement echo pulse IM arrives at the input 43, the count of the pulse counter 26 present at the moment becomes Digital memory 42 stored. The stored count is equal to the number of clock pulses that occurred in the period tx between the rising edges of the transmit pulse Is and the measurement echo pulse IM. This number of clock pulses is equal to q hx, provided that the frequency of the clock pulse generator 30 was regulated so that the coincidence signal emitted by the preselection switch 52 coincided with the rising edge of the reference echo pulse IR.

Der Impulszähler 26 zählt die vom Taktimpulsgenerator 30 kommenden Taktimpulse weiter in subtraktiver Weise, bis der Endzählstand Null erreicht ist. In diesem Augenblick erscheint am Ausgang 35 des Impulszählers ein elektrisches Signal, das in der Verzögerungsvorrichtung 36 eine zeitliche Verzögerung von wenigen ms erfährt und dann dem Vorwählschalter 37 zugeleitet wird. Dieser gibt an den Setzeingang 38 des Impulszählers 26 ein Setzsignal ab, durch welches der Zählstand des Zählers auf den am Vorwählschalter 37 eingestellten Anfangswert q hs zurückgestellt wird. Die Einrichtung ist damit für einen nächsten Messvorgang vorbereitet, der durch den nachfolgenden Impuls des Impulsgenerators 21 ausgelöst wird. The pulse counter 26 continues to count the clock pulses coming from the clock pulse generator 30 in a subtractive manner until the final count is reached zero. At this moment, an electrical signal appears at the output 35 of the pulse counter, which experiences a time delay of a few ms in the delay device 36 and is then fed to the preselection switch 37. This outputs a set signal to the set input 38 of the pulse counter 26, by means of which the count of the counter is reset to the initial value q hs set on the preselection switch 37. The device is thus prepared for a next measurement process, which is triggered by the subsequent pulse from the pulse generator 21.

Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich zyklisch, wobei die Wiederholungsfrequenz durch die Frequenz des Impulsgenerators 21 gegeben ist, im vorliegenden Beispiel also 25 Zyklen pro Sekunde beträgt. Wenn bei den ersten paar Messzyklen jeweils noch ein zeitlicher Unterschied zwischen der ansteigenden Flanke des Referenzecho-Impulses IR und dem durch den Wählschalter 52 abgegebenen Koinzidenzsignal vorliegt, so wird bei den folgenden Messzyklen der genannte Unterschied immer kleiner und schliesslich praktisch Null, weil in Abhängigkeit von den erwähnten zeitlichen Unterschieden die Frequenz des Taktimpulsgebers 30 geregelt wird. In Fig. 4 ist die Arbeitsweise des Impulszählers 26 für einen Messzyklus dargestellt. Die voll ausgezogene schräg verlaufende Gerade 70 zeigt den Zählstand in Funktion der Zeit, für den Fall, dass die ansteigende Flanke des Referenzecho-Impulses IR zeitlich mit dem Koinzidenzsignal vom Vorwählschalter 52 zusammenfällt. Die strichpunktierten Linien 71 und 72 zeigen den Verlauf des Zählstandes bei zu hoher bzw. zu tiefer Frequenz des Taktimpulsgebers 30. The processes described are repeated cyclically, the repetition frequency being given by the frequency of the pulse generator 21, which in the present example is 25 cycles per second. If there is still a time difference between the rising edge of the reference echo pulse IR and the coincidence signal emitted by the selector switch 52 in the first few measurement cycles, the difference mentioned becomes ever smaller and finally practically zero in the following measurement cycles, because depending on the frequency differences of the clock pulse generator 30 is regulated. 4 shows the mode of operation of the pulse counter 26 for a measuring cycle. The fully drawn, inclined straight line 70 shows the count as a function of time, in the event that the rising edge of the reference echo pulse IR coincides in time with the coincidence signal from the preselection switch 52. The dash-dotted lines 71 and 72 show the course of the count when the clock pulse generator 30 is too high or too low.

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8 8th

Jeweils nach einer bestimmten Anzahl Messzyklen, z.B. After a certain number of measuring cycles, e.g.

nach acht Zyklen, wird aus den im Digitalspeicher 42 gespeicherten Zählergebnissen der artithmetische Mittelwert gebildet und gespeichert. Dieser Mittelwert wird durch die Anzeigevorrichtung 46 digital angezeigt. Gleichzeitig wird mit Hilfe des Digital-Analog-Wandlers 48 ein dem Mittelwert entsprechendes Analogsignal, z.B. in Form eines Gleichstromes veränderlicher Stärke, erzeugt und durch das Zeigerinstrument 50 analog angezeigt. Der durch die Vorrichtung 46 oder das Instrument 50 angezeigte Wert beträgt q hx und steht daher mit dem unbekannten, zu messenden Füllstand hx im konstanten Verhältnis q. Sofern q = 1 gewählt ist, zeigen die Vorrichtung 46 und das Instrument unmittelbar den Füllstand hx in Längenmesseinhei-ten, z.B. cm oder mm. Das an der Vorrichtung 46 und am Instrument 50 ablesbare Messresultat ist korrekt, unabhängig von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen, sofern im ganzen Raum zwischen dem Gerät S und der Messfläche N die gleiche Schallgeschwindigkeit vorliegt. after eight cycles, the arithmetic mean is formed from the count results stored in the digital memory 42 and stored. This mean value is displayed digitally by the display device 46. At the same time, with the help of the digital-to-analog converter 48, an analog signal corresponding to the mean value, e.g. in the form of a direct current of variable magnitude, generated and displayed analogously by the pointer instrument 50. The value indicated by the device 46 or the instrument 50 is q hx and is therefore in a constant ratio q to the unknown level hx to be measured. If q = 1 is selected, the device 46 and the instrument immediately show the fill level hx in length measuring units, e.g. cm or mm. The measurement result that can be read on the device 46 and on the instrument 50 is correct, regardless of the speed of propagation of the sound waves, provided that the same speed of sound is present in the entire space between the device S and the measurement surface N.

Es leuchtet ein, dass Änderungen der Schallgeschwindigkeit, z.B. infolge Temperatureinwirkungen, nicht zu Fehlresul- : taten führen, da beim Auftreten von Änderungen der Schallgeschwindigkeit automatisch die Frequenz des Taktimpulsgebers 30 so geregelt wird, dass jeweils innerhalb der Zeitspanne tR genau die dem bekannten Abstand hR der Referenz-Refiexionsfläche R vom elektroakustischen Wandler 22 des Sende-Emp- : fangsgerätes S entsprechende Anzahl q hR Taktimpulse erzeugt wird. It is obvious that changes in the speed of sound, e.g. due to the effects of temperature, do not lead to erroneous results since, when changes in the speed of sound occur, the frequency of the clock pulse generator 30 is automatically regulated in such a way that within the time period tR exactly the known distance hR of the reference reflection surface R from the electroacoustic transducer 22 Transceiver: receiving device S corresponding number q hR clock pulses is generated.

Bei der mittels der beschriebenen Einrichtung durchführbaren Echolotmessung wird also während der Entfernungsmessung der Messfläche N zusätzlich und auf gleiche Weise auch die ■ Entfernung der Referenz-Refiexionsfläche R gemessen und mit dem bekannten Abstand DR bzw. hR dieser Fläche vom elektroakustischen Wandler 22 bzw. der Bezugsebene B verglichen, wobei die Frequenz der zur Zeitmessung dienenden Taktimpulse in Abhängigkeit von gegebenenfalls vorliegenden Unter- ? In the echo sounder measurement which can be carried out by means of the described device, the distance of the reference reflection surface R is additionally and in the same way measured during the distance measurement of the measurement surface N and with the known distance DR or hR of this surface from the electroacoustic transducer 22 or the reference plane B compared, the frequency of the clock pulses used for time measurement depending on the available sub?

schieden geregelt wird, bis die Unterschiede praktisch Null werden. Hierdurch wird die Schallgeschwindigkeit in die Messung einbezogen, ohne dass man den tatsächlichen Wert der Schallgeschwindigkeit zu kennen braucht. Wenn die Entfernungsmessung der Referenz-Refiexionsfläche R ein Resultat ergibt, das mit der tatsächlichen und bekannten Entfernung dieser Fläche übereinstimmt, führt auch die Entfernungsmessung der Messfläche N zu einem korrekten Ergebnis, unabhängig von der Schallgeschwindigkeit, sofern diese längs der ganzen i Strecke zwischen dem Gerät S und der Messfläche N die gleiche ist. is regulated separately until the differences become practically zero. As a result, the speed of sound is included in the measurement without having to know the actual value of the speed of sound. If the distance measurement of the reference reflection surface R gives a result that corresponds to the actual and known distance of this surface, the distance measurement of the measurement surface N also leads to a correct result, regardless of the speed of sound, provided that it is along the entire distance between the device S and the measuring surface N is the same.

Die oben erwähnte Mittelwertbildung aus den Messresultaten mehrerer Messzyklen ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Messfläche N nicht stationär ist und z.B. wechselnde Unebenheiten oder Wellen aufweist, wie das beim Spiegel eines strömenden Gewässers od. dgl. der Fall ist. In einem solchen Fall würde bei fehlender Mittelwertbildung die digitale Anzeige der Vorrichtung 46 ständig in so rascher Folge ändern, dass eine Ablesung der niedrigeren Dekadenstellen praktisch unmöglich i wäre. Anstatt die Füllhöhe hx kann man mit der beschriebenen Einrichtung ohne Schwierigkeiten auch die Entfernung Dx der Messfläche N vom elektroakustischen Wandler im Sende-Emp-fangsgerät S messen, wenn der Impulszähler 26 auf additive Zählung und auf automatische Rückstellung auf den Zählsand Null nach jedem Messzyklus modifiziert wird. In diesem Fall hat man am Vorwählschalter 52 eine Impulszahl einzustellen, die in einem bestimmten Verhältnis q zum Abstand DR der Referenz-Refiexionsfläche R vom elektroakustischen Wandler im Sende-Empfangsgerät S steht. Durch die Vorrichtung 46 und das Instrument 50 wird dann ein Messresultat angezeigt, das im gleichen Verhältnis q zur gesuchten Entfernung Dx steht. The above-mentioned averaging from the measurement results of several measurement cycles is particularly advantageous when the measurement surface N is not stationary and e.g. has changing bumps or waves, as is the case with the mirror of a flowing water or the like. In such a case, in the absence of averaging, the digital display of the device 46 would constantly change in such rapid succession that it would be practically impossible to read the lower decade places. Instead of the filling height hx, the described device can also be used to measure the distance Dx of the measuring surface N from the electroacoustic transducer in the transceiver S when the pulse counter 26 modifies to additive counting and automatic reset to the counting sand zero after each measuring cycle becomes. In this case, one has to set a number of pulses on the preselection switch 52 which is in a certain ratio q to the distance DR of the reference reflection surface R from the electroacoustic transducer in the transceiver S. The device 46 and the instrument 50 then display a measurement result which is in the same ratio q to the sought distance Dx.

Je nach dem Verwendungszweck der beschriebenen Einrichtung kann gegebenenfalls die digitale Anzeigevorrichtung 46 oder die Vorrichtung 48,50 zur Analoganzeige des Messresultates weggelassen sein. Depending on the intended use of the device described, the digital display device 46 or the device 48, 50 for analog display of the measurement result may be omitted.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

619 789 PATENT CLAIMS

1.Device for measuring distances, in particular for determining a fill level, by means of echo sounding in a gaseous medium by means of sound waves, with an electro-acoustic transducer which can be excited by an electrical pulse generator for transmitting sound wave trains which initiate a measurement process both against a reference Reflection surface, which has a certain and known distance from the electroacoustic transducer or from a reference plane, as well as against a measuring surface whose distance from the electroacoustic transducer or from the reference plane is to be measured, which electroacoustic transducer is also used to receive at the reference reflection surface and on the measuring surface occurring echoes of each sound wave train and for converting them into electrical reference echo or i measuring echo signals is used, a pulse shaper stage connected to the electroacoustic transducer, which outputs an electrical transmit pulse, an elect It provides a reference echo pulse and an electrical measurement echo pulse, one in its repetition frequency: adjustable clock pulse generator for generating electrical clock pulses used for time measurement, electronic means for differentiating the reference echo pulses and the measurement echo pulses, a circuit arrangement for regulating the repetition frequency of the clock pulse generator dependent on ; from the number of clock pulses occurring in the period from the start of the transmit pulse to the start of the reference echo pulse, a resettable clock pulse counter for counting the number of each occurring in the period from the start of the transmit pulse to the start of the measurement echo pulse? Clock pulses, a digital memory connected to the counting output of the pulse counter for storing the count results of the pulse counter and means for displaying the measurement result, characterized in that the electrical pulse generator is a freely oscillating pulse generator (21), the 3 periodically occurring output pulses of which are each the electroacoustic transducer (22) initiate a decaying free oscillation, which causes the sound wave train, that the output of the pulse shaping stage (23) is connected to the input of a shift register (24), which receives the three input pulses arriving per measurement process on three output lines (24s, 24s, 24r, 24m), of which the line (24s) carrying the transmit pulse (Is) is connected to a control input (25) of the pulse counter (26) for triggering the start of a count which carries the reference echo pulse (IR) - 4 rende line (24R) to the one input of a first pulse detection stage (55) of the circuit arrangement voltage (31) for regulating the repetition frequency of the clock pulse generator (30) is connected and the line carrying the measuring echo pulse (IM) (24m) to a command input of the digital memory 5 (42) for reading the current count of the clock pulse counter (26) into the Digital memory (42) is connected so that the counting output (39) of the clock pulse counter in addition to the digital memory (42) also with the input of a selectable number corresponding to the distance (DR or hR) of the? Reference reflection surface (R) from the electroacoustic transducer (22) or from the reference plane (B) adjustable digital comparator (52) is connected, each of which, if the set number matches the current count of the pulse counter (26), outputs the second signal Input of the first pulse detection stage (55) and that a reset circuit (35, 36, 37, 38) containing a delay stage (36) for automatically resetting the clock pulse counter (26) at the end of each measurement process to a specific one Initial count is available. '>

2. Device according to claim 1, characterized in that the clock pulse counter (26) in each measurement process up to

End of its counting capacity continues to count and is set up to emit an electrical end signal when the end of the counting capacity is reached, which end signal resets the clock pulse counter (26) to the initial count via the reset circuit (35, 36, 37, 38).

3. Device according to claim 2, characterized in that the clock pulse counter (26) is a down counter, which counts down to zero in each measuring process and is set up to emit the electrical end signal when the i count reaches zero, and that the reset Circuit (35, 36, 37, 38) contains a device (37) which can be set to a selectable number corresponding to the distance (hs) of the electroacoustic transducer (22) from the reference plane (B), for setting the clock pulse counter (26) to the set number, the display device (46, 48) each showing the distance (hx) of the measuring surface (N) from the reference plane (B).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the digital memory (42) is designed to periodically form the arithmetic mean of the stored counting results from several successive measurement processes and to deliver this mean to the display device (46, 48).

5. Device according to claim 1, characterized in that the pulse generator (21), the electroacoustic transducer (22) and the pulse shaper stage (23) are combined to form a structural unit (S) which is connected to the other parts of the device only by a pulse transmission Connection from the output of the pulse shaper stage (23) to the input of the shift register (24) is coupled.