DD223538A1 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTINUOUS TOOL-FREE SPACING MEASUREMENT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung findet bei beruehrungslosen Entfernungsmessungen, insbesondere bei der Raumorientierung von nichtstationaeren Arbeitsmaschinen ihre Anwendung. Erfindungsgemaess wird eine definierte Anzahl von Ultraschallimpulsen mit definiertem Tastverhaeltnis gesendet, wobei die vom Hindernis reflektierten Ultraschallimpulse bei Vorhandensein des gleichen Tastverhaeltnisses gezaehlt und bei Erreichen einer vorgewaehlten Empfangsimpulsanzahl die jeweiligen Entfernungswerte zum Hindernis nach der an sich bekannten Laufzeit ermittelt werden. Fig. 1The invention finds application in contactless distance measurements, in particular in the spatial orientation of nonstationary machines. According to the invention, a defined number of ultrasound pulses with a defined pulse duty factor are transmitted, the ultrasonic pulses reflected by the obstacle being counted in the presence of the same pulse ratio, and the respective distance values to the obstacle being determined after the known propagation time being reached when a preselected number of received pulses is reached. Fig. 1
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen berührungslosen AbstandsmessungMethod and circuit arrangement for continuous non-contact distance measurement
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung findet bei ,der berührüngslosen Entfernungsmessung, insbesondere bei der Raumorientierung von nichtstationären Arbeitsmaschinen, ihre Anwendung.The invention finds its application in contactless distance measurement, in particular in the spatial orientation of non-stationary machines.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei bekannten technischen Lösungen der Entfernungsmessung mittels Ultraschall wird die Laufzeit bzw. die Phasenverschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal gemessen. Dabei wird entweder keine (DD - WP 150 657 und DE - OS 31 01 410) oder nur eine unzureichende (DD - VVP 154 182) Bedeutung der Störschallunterdrückung beigemessen.Characteristic of the Known Technical Solutions In known technical solutions of distance measurement by means of ultrasound, the transit time or phase shift between the transmitted and received signals is measured. Either none (DD - WP 150 657 and DE - OS 31 01 410) or only an inadequate (DD - VVP 154 182) meaning of the suppression of noise is attributed.
Bei den beiden erstgenannten Lösungen erfolgt ein Umschalten des Ultraschallschwingers zwischen Senden und Empfangen, wobei die Laufzeit des Echos als aktueller Zählerstand der Entfernung zum betreffenden Objekt entspricht.In the first two solutions, the ultrasound oscillator is switched over between transmission and reception, the duration of the echo, as the current counter reading, corresponding to the distance to the relevant object.
Jedes eintreffende Störsignal mit der gleichen Trägerfrequenz, wie sie in der jeweiligen Schaltungsanordnung verwendet wird, führt zu Meßwertverfälschungen.Each incoming interference signal with the same carrier frequency, as used in the respective circuit arrangement, leads to Meßwertverfälschungen.
Das VYP 154 182 hat die Bildung eines langen Impulses als Kennung für das zu übertragende Empfangssignal zum Inhalt. Damit erreichtThe VYP 154 182 has the formation of a long pulse as an identifier for the received signal to be transmitted to the content. Achieved with it
man jedoch nur eine bedingte Sicherheit auf der Übertragungsstrecke. Trifft ein Störsignal mit eben dieser Impulslänge auf, wird auch diese Variante unbrauchbar. Eine akustische Störsignalunterdrückung erfolgt generel.l nicht.However, only a conditional security on the transmission line. If an interference signal hits with just this pulse length, this variant also becomes unusable. Acoustic interference suppression is not carried out by generel.l.
Jedes akustische Störsignal mit der verwandten Sendefrequenz führt zu falschen Meßwerten. · Every acoustic interference signal with the related transmission frequency leads to incorrect measured values. ·
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die zum Stand der Technik' genannten Mängel zu beseitigen und eine kontinuierliche, gegenüber Störschall unempfindliche, Ultraschallabstandsmessung zu gewährleisten.The aim of the invention is to eliminate the deficiencies mentioned in the prior art 'and to ensure a continuous, insensitive to background noise, ultrasonic distance measurement.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein neuartiges Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung eine Schaltungsanordnung zur Raumorientierung mittels Ultraschall unter Verwendung bekannter elektronischer Baugruppen zu realisieren.The invention has for its object to realize a circuit arrangement for spatial orientation by means of ultrasound using known electronic assemblies by a novel method for non-contact distance measurement.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine definierte Anzahl von Ultraschallimpulsen mit definiertem Tastverhältnis gesendet, die vom Hindernis reflektierten Ultraschallimpulse bei Vorhandensein des gleichen Tastverhältnisses gezählt und bei Erreichen einer vorgewählten Impulsanzahl die jeweiligen Entfernungswerte zum Hindernis nach der an sich bekannten Laufzeitmessung ermittelt werden. Erfindungsgemäß steht ein Generator über einen Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz mit einem Tor in Verbindung, welches über einen Verstärker zusammen mit dem Ausgang eines vom Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz und von einem Mikrorechner über einen Impulszähler angesteuerten Sende-Empfangs-Triggers auf ein Sende-Tor geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Sende-Empfangs-Tor für die x-Koordinate, dem Sende-Empfangs-Tor für die y-Koordinate und dem Empfangs-Tor in Verbindung steht, wobei die Sende-Empfangs-Tore, welche über einen Schwellwertschalter vom Mikrorechner angesteuert werden, mit jeweils einem Ultraschallwandler und das Empfangs-Tor mit dem negierten Ausgang des Sende-Empfangs-Triggers schaltungstechnisch verknüpft sind.According to the invention, this object is achieved in that a defined number of ultrasound pulses sent with a defined duty cycle, the ultrasonic pulses reflected from the obstacle counted in the presence of the same duty cycle and the respective distance values are determined obstacle to the obstacle after the known travel time measurement upon reaching a preselected number of pulses. According to the invention, a generator is connected via a frequency divider for the modulation frequency to a gate, which is connected via an amplifier together with the output of a frequency divider for the modulation frequency and controlled by a microcomputer via a pulse counter transmit-receive trigger on a transmission gate whose output is connected to the x-coordinate transmit-receive port, the y-coordinate transmit-receive port and the receive port, the transmit-receive ports being controlled by a microcomputer's threshold switch be controlled, each with an ultrasonic transducer and the receiving port with the negated output of the transmit-receive trigger circuit technology are linked.
Der Ausgang des Empfangs-Tores ist über einen Selektivverstärker, Demodulator und Empfangsimpulszähler mit dem Mikrorechner und dem Stopp-Eingang eines Entfernungszählers, dessen Start-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Modulationsfrequenz und Takt-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Trägerfrequenz in Verbindung steht, zusammengeschaltet ist, wobei die Datenausgänge des Entfernungszählers und ein externer Grenzwertgeber ebenfalls mit dem Mikrorechner in Verbindung stehen.The output of the receive gate is via a selective amplifier, demodulator and receive pulse counter with the microcomputer and the stop input of a distance counter whose start input to the output of the frequency divider for the modulation frequency and clock input to the output of the frequency divider for the carrier frequency in Connection, is interconnected, the data outputs of the distance counter and an external level sensor are also in communication with the microcomputer.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung basiert auf dem Aussenden einer impulsdauermodulierten Trägerfrequenz, die der Resonanzfrequenz des Schallwandlers entsprechen muß. Sofort nach dem Senden wird der Schallwandler auf Empfang geschaltet. Eine definierte Anzahl der bekannten Sendeimpulsanzahl muß empfangen werden, um aus der Laufzeit des Schallsignales die Entfernung des Sensorsystems von der reflektierenden Fläche, präsentiert durch den aktuellen Zählerstand, welcher dem Rechner übergeben wird, berechnen zu können. Sobald die Entfernung in einer Koordinate bestimmt wurde, schältet der Mikrorechner über einen Schwellwertschalter den Schallwandler für die soeben ermittelte Koordinate ab und spricht den Ultraschallwandler für die andere Koordinate an . Das Sende- und das Empfangs-Tor ist dabei für die jeweilige Koordinatenwahl verantwortlich.The operation of the circuit arrangement is based on the emission of a pulse duration modulated carrier frequency which must correspond to the resonant frequency of the sound transducer. Immediately after transmission, the sound transducer is switched to reception. A defined number of the known transmission pulse number must be received in order to be able to calculate from the transit time of the sound signal the distance of the sensor system from the reflecting surface presented by the current counter reading which is transferred to the computer. Once the distance in a coordinate has been determined, the microcomputer disconnects the transducer for the just-determined coordinate via a threshold switch and addresses the ultrasonic transducer for the other coordinate. The send and receive gate is responsible for the respective choice of coordinates.
Durch einen Generator wird über einen Frequenzteiler das Trägerfrequenzsignal gebildet, welches durch ein Tor, über einen weiteren Frequenzteiler angesteuert, impulsmoduliert wird. Das Trägerfrequenzsignal dient gleichzeitig als Taktbereitstellung für den Entfernungszähler. Mit einem Impulszähler, der voreingestellt werden kann, wird nach der gewünschten Sendeimpulsanzahl über einen Sende-Empfangs-Trigger von Senden auf Empfangen umgeschaltet. Für die notwendige Sendeleistung sorgt ein Verstärker. Das Empfangssignal gelangt über einen Selektivverstärker, welcher auf die Trägerfrequenz abgestimmt ist, auf einen Demodulator und startet einen Empfangsimpulszähler. Bei Erreichen der erforderlichen Impulsanzahl wird der Entfernungszähler gestoppt und über das READY-Signal dem Rechner das Anstehen eines neuen Zählerstandes angezeigt. Der Rechner übernimmt den Zählerstand zwecks Umrechnung desselben in den analogen Entfernungswert und quittiert durch das Signal RESET für alle Zähler bzw. eventuell die Umschaltung der Koordinate.By a generator, the carrier frequency signal is formed via a frequency divider, which is controlled by a gate, controlled by a further frequency divider, pulse-modulated. The carrier frequency signal also serves as a clock provision for the distance counter. With a pulse counter, which can be preset, it switches over from transmit to receive after the desired number of transmit pulses via a transmit-receive trigger. The necessary transmission power is provided by an amplifier. The received signal passes through a selective amplifier, which is tuned to the carrier frequency, to a demodulator and starts a receive pulse counter. When the required number of pulses has been reached, the distance counter is stopped and the READY signal indicates to the computer that a new counter reading has been scheduled. The computer accepts the counter reading for the purpose of converting it into the analog distance value and acknowledges by the signal RESET for all counters or possibly the changeover of the coordinate.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden .The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Die zugehörige Figur zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Mit einem Quarzgenerator 1 werden über die Frequenzteiler 2 und 3 die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz bereitgestellt. Beide Frequenzen gelangen auf ein Tor 9, welches über einen Verstärker 10 zusammen mit dem Ausgang eines vom Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz 3 und von einem Mikrorechner 18 über einen Impulszähler 4 angesteuerten Sende-Empfangs-Triggers 5 auf ein Sende-Tor 6, dessen Ausgang mit dem Sende-Empfangs-Yor für die x-Koordinate 7, dem Sende-Empfangs-Tor für die y-Koordinate 12 und dem Empfangs-Tor 11 in Verbindung steht. Die Tore 6, 7, 11 und 12 werden vorzugsweise durch Zweiweg-Optokoppler gebildet. Die Sende-Empfangs-Tore 7 und 12, welche über einen Schwellwertschalter 19 vom Mikrorechner 18 angesteuert werden, sind mit jeweils einem Ultraschallwandler 8, 13 gekoppelt. Das Empfangs-Tor 11 ist mit dem negierten Ausgang des Sende-Empfangs-Triggers 5 verbunden, wobei der Ausgang des Empfangs-Tores 1 T über einen Selektivverstärker 14, Demodulator 15 und Empfangsimpulszähler 16 mit dem Mikrorechner 18 und dem Stopp-Eingang eines Entfernungszählers 17 zusammengeschaltet ist. Der Start-Eingang des Entfernungszählers 17 ist mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Modulationsfrequenz 3 und der Takt-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Trägerfrequenz 2 schaltungstechnisch verknüpft, wobei die Datenausgänge des Entfernungszählers 17. und ein externer Grenzwertgeber 20 ebenfalls mit dem Rechner 18 in Verbindung stehen. Der externe Grenzwertgeber 20 wird vorzugsweise durch einen taktil arbeitenden Abstandssensor gebildet.The associated figure shows the circuit arrangement according to the invention. With a quartz generator 1, the carrier frequency and the modulation frequency are provided via the frequency divider 2 and 3. Both frequencies reach a gate 9, which via an amplifier 10 together with the output of a frequency divider for the modulation frequency 3 and from a microcomputer 18 via a pulse counter 4 controlled transmit-receive trigger 5 to a send gate 6, the output with the x-coordinate transmission-reception Yor 7, the y-coordinate transmission-reception gate 12, and the reception port 11 are in communication. The gates 6, 7, 11 and 12 are preferably formed by two-way optocouplers. The transmit-receive ports 7 and 12, which are controlled by a threshold value switch 19 from the microcomputer 18, are each coupled to an ultrasonic transducer 8, 13. The receive gate 11 is connected to the negated output of the transmit-receive trigger 5, wherein the output of the receive gate 1 T via a selective amplifier 14, demodulator 15 and receive pulse counter 16 with the microcomputer 18 and the stop input of a distance counter 17th is interconnected. The start input of the distance counter 17 is linked to the output of the frequency divider for the modulation frequency 3 and the clock input to the output of the frequency divider for the carrier frequency 2 circuitry, wherein the data outputs of the distance counter 17 and an external level sensor 20 also with the computer 18 communicate. The external limit sensor 20 is preferably formed by a tactile distance sensor.
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