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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Derartige
Lichtschrankengitter sind aus der
DE 38 03 033 C2 bekannt. Das beschriebene
Lichtschrankengitter weist mehrere nebeneinander angeordnete Lichtempfänger auf,
die mehrere zusammenarbeitende Paare bilden. Die Paare bestehen aus
je einer Lichtquelle, je einem Lichtempfänger und einer Lichtquellensteuerung
sowie einer Empfängersteuerung.
Die Lichtquellen und Lichtempfänger
sind zur Abgabe und zum Empfang von Lichtimpulsen jeweils einzeln
zeitlich nacheinander und zyklisch aktivierbar. Die Aktivierung
der Lichtempfänger
für einen zur
Abgabe synchronen Empfang von Lichtimpulsen erfolgt in Abhängigkeit
von den empfangenen Lichtimpulsen. Die Lichtquellensteuerung und
die Empfängersteuerung
sind ohne einen besonderen Synchronisationspfad aufweisend elektrisch
voneinander entkoppelt. Dabei weist die Lichtquellensteuerung jeweils
zwischen der Ansteuerung der im Zyklus letzten und der im Zyklus
ersten Lichtquelle eine Synchronisationspause auf. Die Empfängersteuerung
ist in Abhängigkeit
vom Auftreten der Synchronisierpause auf den hinsichtlich des Zyklus
ersten Lichtempfänger
zurücksetzbar.
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Diese
Lichtschrankengitter mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtquellen
weisen jedoch wesentliche Nachteile auf.
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Wird
z. B. der erste oder letzte Strahl eines Paares des Lichtschrankengitters
durch ein Objekt abgedeckt, so vergrößert sich die Synchronisationspause
um die Zeit des verdeckten Strahls und es ist keine Synchronisation
zu den Lichtquellen mehr möglich.
Dies führt
dazu, dass nach jeder Abdeckung des ersten oder letzten Strahls
das Lichtschrankengitter neu synchronisiert werden muss. Eine neue Synchronisation
der Lichtquellen und Lichtempfänger
benötigt
Zeit, in der kein bestimmungsgemäßer Betrieb
zum Erkennen von Objekten mit Hilfe des Lichtschrankengitters möglich ist.
Somit führt
auch eine Verschmutzung des Lichtschrankengitters, insbesondere
des ersten und letzten Strahls, zu Verfügbarkeitsproblemen.
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Eine
Detektierung einer einzigen Synchronisationspause ist fehleranfällig und
kann schon durch eine einzige Zeitabweichung in dem Lichtschrankengitter
verfälscht
werden. Durch Hinzufügen
der Synchronisationspause wird die Zeit zwischen zwei Zyklen auch
zusätzlich
verlängert.
Dies führt
zu einer erhöhten
Zykluszeit und dadurch zu einer höheren Ansprechzeit und damit
zu einer längeren
Abschaltzeit bei einem Eingriff in das Lichtschrankengitter.
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Durch
den Verlust der Synchronisation bei einer Unterbrechung des ersten
und letzten Strahls eignet sich das Lichtschrankengitter nicht zur
Vermessung von Objekten, wobei mehrere Lichtstrahlen, insbesondere
der erste und letzte Lichtstrahl, unterbrochen werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lichtgitter
bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Synchronisieren von Sender-
und Empfängereinheit
eines Lichtgitters.
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Der
auf eine Vorrichtung gerichtete Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch
1 dadurch gelöst,
dass ein Lichtgitter mit einer Sendereinheit mit mehreren Sendeelementen
und einer Empfängereinheit
mit mehreren Empfangselementen, die mehrere zusammenarbeitende Paare
bilden, die je aus einem Sendeele ment und einem Empfangselement
bestehen, ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Sendersteuerung sowie
eine Empfängerauswerteeinheit, über welche
die Paare zeitlich nacheinander zyklisch aktivierbar sind zum Aussenden
und hierzu synchronen Empfang von Sendeimpulsen vorhanden. Die Sendersteuerung
und die Empfängerauswerteeinheit
sind elektrisch voneinander entkoppelt. Die Sendersteuerung ist
für jeden
Zyklus zum Aussenden genau eines Sendeimpulses je Sendeelement ausgebildet,
und ferner dazu, je Zyklus eine erste Synchronisationspause nach
einem ersten und eine zweite Synchronisationspause nach einem zweiten
Sendeimpuls mit einer zur ersten Synchronisationspause verschiedenen
Dauer auszugeben. Die Empfängerauswerteeinheit
ist in Abhängigkeit
der ersten und/oder zweiten Synchronisationspause im Zyklus auf
diese erste und/oder zweite Synchronisationspause synchronisierbar
und alle Sendeimpulse weisen die gleiche Dauer und Form auf.
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Im
Sinne der Erfindung ist eine Synchronisationspause eine Zeitspanne
zwischen Sendeimpulsen zweier im Zyklus benachbarter Sendeimpulse, die
eine andere Dauer hat, als die restlichen Pausen zwischen den Sendeimpulsen,
die typischerweise untereinander die gleiche Länge haben.
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Durch
die Verwendung von mindestens zwei unterschiedlichen Synchronisationspausen
können alle
durch die Sendeimpulse gebildeten Lichtstrahlen der Sendeeinheit,
bis auf wenigstens zwei, abgedeckt werden, wobei zumindest einer
der nicht abgedeckten Sendeimpulse einer der ersten oder zweiten Sendeimpulse
sein muss. Dann bleibt trotz der Abdeckung die optische Synchronisation
des Lichtgitters aufrechterhalten. Die Summe der beiden Synchronisationspausenzeiten
darf nicht gleich der Summe zweier sonstiger Pausenzeiten sein.
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Es
können
auch die beiden den ersten und zweiten Sendeimpulsen zugeordneten
Lichtstrahlen abgedeckt werden, wenn alle anderen Lichtstrahlen nicht
abgedeckt werden. Dabei wird eine Summe aus den beiden Synchronisationspausen
und einer weiteren Pausenzeit ausgewertet. Auch hier bleibt die
optische Synchronisation des Lichtgitters erhalten. Die Summe der
Synchronisationspausen muss immer eine charakteristische Zeit sein
und darf nicht einem Vielfachen der restlichen Pausenzeit entsprechen.
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Durch
die Verwendung von nur einem Sendeimpuls pro Lichtstrahl können die
Lichtstrahlen sehr schnell von der Empfängerauswerfeeinheit ausgewertet
werden. Durch Verkürzen
der Sendeimpulszeit und der Synchronisationspausen auf kleinste auswertbare
Zeiteinheiten für
die Empfängerauswerteeinheit,
kann eine Auswertung wesentlich verkürzt werden. Dadurch kann die
Empfängerauswerteeinheit
sehr einfach realisiert werden. Sendeimpulse gleicher Form und Dauer
können
aber auch als Mehrfachsendepulse ausgebildet sein. Dadurch wird
das System unempfindlicher gegen Fremdlichteinflüsse.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
ist es vorgesehen, die Sendersteuerung zum Ausgeben weiterer Synchronisationspausen
anderer Dauer auszubilden. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die Synchronisation
zwischen Sendereinheit und Empfängereinheit
aufrechtzuerhalten beim Unterbrechen weiterer Lichtstrahlen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Synchronisationspause
kürzer
als die zweite. Dadurch sind die erste und zweite Synchronisationspause
deutlich voneinander unterscheidbar. Dabei darf die Summe der beiden
Synchronisationspausenzeiten nicht gleich der Summe zweier sonstiger
Pausenzeiten sein. Die Synchronisationspausen bzw. die Summe der
Synchronisationspausen muss immer eine charakteristische Zeit sein
und darf nicht einem Vielfachen der restlichen Pausenzeit entsprechen.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform ordnet
die Senderansteuerung die erste Synchronisationspause und die zweite
Synchronisationspause im Zyklus benachbarten Sendeelementen zu.
Dies vereinfacht die Auswertung der empfangenen Sendeimpulse und
Synchronisationspausen, da diese direkt aufeinanderfolgen. Die zwei
im Zyklus zwar benachbarten Sendeelemente können örtlich an beliebiger Stelle
im Lichtgitter angeordnet sein. Die zyklische Reihenfolge der Aktivierung
muss also nicht der örtlichen
Reihenfolge der Sendeelemente entsprechen. Vorteilhaft aber können die
zwei Sendelemente z. B. an einem Ende des Lichtgitters an geordnet
sein, dadurch werden diese bei entsprechender Montage des Lichtgitters
in den meisten Anwendungsfällen
nicht durch in einen durch die Lichtstrahlen gebildeten Überwachungsbereich
eingebrachte Objekte unterbrochen.
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Der
auf ein Verfahren zum Synchronisieren von Sender- und Empfängereinheit
eines Lichtgitters gerichtete Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch
5 dadurch gelöst,
dass Sendeelemente der Sendereinheit zyklisch nacheinander aktiviert
werden zum Aussenden von Sendeimpulsen und zugeordnete Empfangselemente
der Empfängereinheit
synchron dazu aktiviert werden zum Empfangen der Sendeimpulse. Zur
Synchronisation ist nach einem im Zyklus ersten Sendeimpuls eine
erste Synchronisationspause vorgesehen, auf die die Empfängereinheit
synchronisiert wird. Im selben Zyklus ist eine zweite Synchronisationspause
nach einem zweiten Sendeimpuls vorgesehen und die zweite Synchronisationspause
hat eine von der ersten Synchronisationspause verschiedene Dauer,
wobei alle Sendeimpulse mit gleicher Dauer und gleicher Impulsform
ausgesandt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lichtgitters;
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2 eine
schematische Darstellung von Sendeimpulsen und Synchronisationspausen;
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3 bis 3b eine
schematische Darstellung einer Anwendung zur Vermessung von Fahrzeugen
mit dem erfindungsgemäßen Lichtgitter.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Lichtgitter
bestehend aus einer Sendereinheit 10 mit Sendeimpulsen
emittierenden, einzelnen Sendelementen 6.1 bis 6.9 und einer
Empfängereinheit 12 mit einzelnen
Empfangselementen 8.1 bis 8.9. Sendereinheit 10 und
Empfängereinheit 12 sind
dabei gegenüberliegend
und beabstandet angeordnet und bilden zwischen sich einen Überwachungsbereich.
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Jedes
Sendeelement 6.1 bis 6.9 ist dabei paarweise einem
Empfangselement 8.1 bis 8.9 zugeordnet. Die Sendeelemente 6.1 bis 6.9 werden
von einer Senderansteuerung 14 zum zyklischen Senden von
einzelnen Sendeimpulsen angesteuert. Die Sendeimpulse bilden dabei
Lichtstrahlen 4.1 bis 4.9, die von den gegenüberliegenden
Empfangselementen 8.1 bis 8.9 zyklisch empfangen
werden.
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Zum
Auswerten der empfangenen Sendeimpulse ist eine Empfängerauswerteeinheit 16 angeordnet.
Die Lichtstrahlen 4.1 bis 4.9 können teilweise durch
Objekte unterbrochen werden, so dass an den entsprechenden Empfangselementen 8.1 bis 8.9 der Empfängereinheit 12 kein
entsprechendes Signal empfangen werden kann. In diesem Fall soll
eine Synchronisation der Empfängereinheit 12 auf
die Sendereinheit 10 nicht verloren gehen. Ein Zyklus wird
dabei für
dieses Ausführungsbeispiel
ausgehend vom ersten Lichtstrahl 4.1 festgelegt. Diese Festlegung
kann beispielsweise auch für
andere Lichtstrahlen 4.2 bis 4.9 festgelegt werden.
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In 2 sind
schematisch die Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 dargestellt.
Ein Sendeimpuls 2.1 bis 2.9 wird dabei von je
einem Sendeelement 6.1 bis 6.9 aus 1 gesendet.
Die Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 entsprechen dabei
den Strahlen 4.1 bis 4.9 aus 1.
Die Bezugszeichen in 1, 2 und den 3 bis 3a bezeichnen
jeweils identische Teile. Die Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 sind
gleich lang und weisen die gleiche Form auf. Damit können die Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 einfach
ausgewertet werden.
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Nach
dem ersten und zweiten Sendeimpuls 2.1 und 2.2 sind
eine zugehörige
erste und zweite Synchronisationspause T1 und T2 vorgesehen. Die Synchronisationspausen
T1 und T2 sind unterschiedlich lang zueinander ausgebildet und auch
unterschiedlich lang zu den restlichen Pausen T3 bis T9. Die Pausen
T3 bis T9 sind in ihrer Dauer gleich lang. Die Empfängereinheit 12 empfängt die Sendeimpulse
und kann mit Hilfe dieser Synchronisationspausen T1 und T2 sich
auf die Sendereinheit 10 synchronisieren, so dass jeweils
ein Empfangselement einem Sendeelement zugeordnet ist und synchron
dazu aktiviert werden kann.
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Die
Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 können sehr einfach mit der Sendersteuerung 14 aus 1 erzeugt
werden. Die Sendersteuerung 14 besteht hierzu beispielsweise
aus einem einfachen 8-Bit Microcontroller, einem Microcontroller
der 8051-Familie, einem Peripheral Interface Controller (PIC), einer Generic
Array Logik (GAL) oder einem einfachen Schieberegister. Durch die
Sendersteuerung 14 werden nacheinander die Sendeelemente 6.1 bis 6.9 zur Erzeugung
von Sendeimpulsen 2.1 bis 2.9 mit den zugehörigen Synchronisationspause
T1 und T2 und den restlichen Pausen T3 bis T9 angesteuert. Die darauf
synchronisierte Empfängerauswerteeinheit 16,
die auch wie die Sendersteuerung einfach aufgebaut sein kann, werden
die empfangenen Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 und die
Synchronisations- bzw. restlichen Pausen T1 bis T9 ausgewertet und
je nach Anwendungsfall ein entsprechendes Signal ausgegeben, um
beispielsweise nachgeschaltete Stellglieder zu aktivieren. Dabei
können
abhängig
von der Anzahl und der Position der erfassten Lichtstrahlen 4.1 bis 4.9 verschiedene
Stellglieder angesteuert werden.
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Durch
die Verwendung von nur einem Sendeimpuls 2.1 bis 2.9 pro
Sendeelement 6.1 bis 6.9 und pro Zyklus (2),
der Verwendung von gleichlangen Pausen T3 bis T9 und der Synchronisationspause
T1 und T2 kann die durch Rechenzeiten bedingte Gesamtzeit des Zyklus
auf ein Minimum reduziert werden. Eine Auswertung der empfangenen Lichtstrahlen
kann dadurch in der kürzest
möglichen Zeit
erfolgen und entsprechende Stellglieder schnellstmöglich angesteuert
werden.
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Die
Summe der beiden Synchronisationspausenzeiten T1 und T2 darf nicht
gleich sein wie die Summe zweier sonstiger Pausenzeiten T3 bis T9. Die
Synchronisationspausen T1 und T2 bzw. die Summe der Synchronisationspausen
T1 und T2 muss immer eine charakteristische Zeit sein und darf nicht
einem Vielfachen der restlichen Pausenzeit T3 bis T9 entsprechen.
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Durch
Abdecken einzelner oder mehrerer Lichtstrahlen 4.1 bis 4.9 wird
die Empfängereinheit 12 immer
noch aufgrund der beiden Synchronisationspausen T1 und T2 auf die
Sendereinheit 10 synchronisiert, denn wenn auf eine der
Synchronisationspausen nicht synchronisiert werden kann, kann eine
Synchronisation mittels der anderen Synchronisationspause erfolgen.
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Wird
beispielsweise der Lichtstrahl 4.1 durch ein Objekt unterbrochen,
so kann das Empfangselement 8.1 den zugehörigen Sendeimpuls 2.1 nicht mehr
empfangen. Für
die Synchronisation kann dann die erste Synchronisationspause T1
nicht ausgewertet werden. Jedoch empfängt das Empfangselement 8.2 den
Sendeimpuls 2.2, so dass die zweite Synchronisationspause
T2 für
eine Synchronisation ausgewertet werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung könnte
zusätzlich
die Empfangsauswerteeinheit 16 auch die Summe der Pause
T9 und der Synchronisationspause T1 auswerten, so dass auf ein Zeitintervall,
das sich aus T9 plus T1 plus der Dauer des Sendeimpulses 2.1 zusammensetzt,
synchronisiert werden könnte.
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In
analoger Weise kann die Empfangsauswerteeinheit 16 die
Summe der Synchronisationspausen T1 und T2 auswerten, wenn der Sendeimpuls 2.2 durch
ein Objekt abgedeckt wäre.
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Weitere
Kombinationen bei anderen Strahlabdeckungen sind denkbar.
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Die
Synchronisation geht lediglich verloren, wenn zusätzlich zu
den Sendeimpulsen 2.1 und 2.2 noch ein benachbarter
Sendeimpuls 2.3 oder 2.9 abgedeckt wird. Nun ist
keine eindeutige Zuordnung der charakteristischen Synchronisationspausen
T1 und T2 mehr möglich.
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Zusätzlich können auch
wenigstens eine der restlichen Pausen T3 bis T9 aus 2 eine
charakteristische Dauer aufweisen, so dass eine solche Pause dann
eine weitere Synchronisationspause bildet. Dadurch können mehr
Lichtstrahlen als in dem obengenannten Beispiel abgedeckt werden,
ohne dass die Synchronisation von der Empfängereinheit 12 auf
die Sendereinheit 10 verloren geht.
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Weisen
alle Pausen T1 bis T9 charakteristische unterschiedliche Zeiten
auf, so können
alle Sendeimpulse 2.1 bis 2.9 bis auf minimal
zwei beliebige verbleibende abgedeckt werden. Eine Synchronisation
der Empfängereinheit 12 auf
die Sendereinheit 10 ist immer gewährleistet.
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In 3 bis 3b ist
die Anwendung eines solchen Lichtgitters beispielhaft dargestellt.
Das erfindungsgemäße Lichtgitter
dient zur Erkennung von Fahrzeugen 18. Die Sendereinheit 10 und
die Empfängereinheit 12 ist
dabei an einer Durchfahrt für Fahrzeuge 18 angebracht.
Alle Lichtstrahlen 4.1 bis 4.9 der Sendereinheit
werden von der Empfängereinheit 12 empfangen
und ausgewertet. Dabei werden die Sendeelemente beispielsweise entsprechend
der Sendeimpulsfolge aus 2 angesteuert. Je nach gewünschter
Auflösung
können
auch Sendereinheit 10 und Empfängereinheit 12 mit
einer größeren Anzahl
von Sendeelementen und Empfangselementen ausgebildet werden, deren
Abstände
untereinander geringer sind, so dass eine höhere Auflösung erzielt wird. Nachfolgende
nicht dargestellte Stellglieder oder Steuerungen sind mit der Empfängereinheit 12 verbunden.
Zwischen der Sendereinheit 10 und der Empfängereinheit 12 bedarf
es keiner elektrischen Verbindung.
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Ein
zu erkennendes Fahrzeug 18 fährt dabei in den Bereich zwischen
Sendereinheit 10 und Empfängereinheit 12 ein.
Bei der Einfahrt des Fahrzeugs 18 werden wie in 3a dargestellt
die Lichtstrahlen 4.6 bis 4.9 unterbrochen. Aufgrund
der charakteristischen Synchronisationspausen zwischen den Sendeimpulsen
für die
Lichtstrahlen 4.1 und 4.2 ist eine Synchronisation
zwischen Sendereinheit 10 und Empfängereinheit 12 weiterhin
möglich.
Nach einer weiteren Einfahrt sind alle Lichtstrahlen bis auf die verbleibenden
Lichtstrahlen 4.1, 4.2 und 4.9 abgedeckt.
Zur Synchronisation kann die Synchronisationspause zwischen dem
Lichtstrahl 4.1 und 4.2 ausgewertet werden.
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Bei
einer Ausfahrt des Fahrzeugs 18 aus dem Bereich zwischen
Sendereinheit 10 und Empfängereinheit 12 wird
zunächst
noch der Lichtstrahl 4.9 durch die hinteren Räder des
Fahrzeugs 18 unterbrochen, wobei Lichtstrahl 4.1 und 4.2 weiterhin von dem
Empfängereinheit 12 empfangen
werden und eine Synchronisation zwischen Sendereinheit 10 und
Empfängereinheit 12 erhalten
bleibt.
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- 2.1–2.9
- Sendeimpulse
- 4.1–4.9
- Lichtstrahlen
- T1–T2
- Synchronisationspausen
- T3–T9
- Pausen
- 10
- Sendereinheit
- 12
- Empfängereinheit
- 18
- Fahrzeug,
Objekt
- 8.1–8.9
- Empfangselemente
- 6.1–6.9
- Sendeelemente
- 14
- Sendersteuerung
- 16
- Empfängerauswerteeinheit