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Die
Erfindung betrifft eine Distanzsensorvorrichtung, bei welcher eine
Distanzbestimmung auf einer Laufzeitmessung von Signalen beruht,
umfassend eine Sendeeinrichtung, eine Empfangseinrichtung, welche
Empfangssignale bereitstellt, eine Verstärkereinrichtung für Empfangssignale
und eine Regelungseinrichtung, welche signalwirksam mit der Verstärkereinrichtung
verbunden ist und diese mittels Stellsignalen ansteuert, um die
Amplitude von verstärkten
Empfangssignalen zu regeln.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Distanzmessung mittels
Laufzeitmessung von Signalen, bei dem Signale gesendet werden und
Empfangssignale detektiert werden, die Empfangssignale verstärkt werden,
wobei eine Amplitude der verstärkten
Empfangssignale mittels Stellsignalen geregelt wird, und eine Laufzeitauswertung
mittels geregelten verstärkten
Empfangssignalen durchgeführt
wird.
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Mittels
einer Distanzsensorvorrichtung lässt sich
die Position eines Objekts (Messgegenstand) an einer Messstrecke
bzw. der Abstand eines Objekts zu einem oder mehreren Referenzpunkten
bestimmen.
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Bei
einer Laufzeitmessung zur Distanzbestimmung wird durch die Sendeeinrichtung
ein Signal emittiert. Aus dem zeitlichen Abstand, mit dem ein Empfangssignal
an der Empfangseinrichtung detektiert wird, lässt sich die Distanz über die
Signallaufzeit ermitteln.
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Die
BALLUFF GmbH vertreibt einen Laser-Distanzsensor unter der Bezeichnung
BOD 63M, bei dem eine Lichtlaufzeitmessung durchgeführt wird.
In Richtung eines Objekts, dessen Position zu bestimmen ist, wird
Licht emittiert und reflektiertes Licht wird von der Empfangseinrichtung
empfangen und es wird ein elektronisches Empfangssignal erzeugt.
Aus Ansteuerungssignalen der Sendeeinrichtung und aus dem Empfangssignal
wird die Lichtlaufzeit ermittelt. Dabei wird das Empfangssignal über eine
Verstärkereinrichtung
verstärkt
und auf einen festen Amplitudenwert geregelt. Die Laufzeitauswertung
erfolgt dann an einem geregelten verstärkten Empfangssignal mit fester
Amplitude. Dadurch lässt sich
die Genauigkeit der Laufzeitmessung erhöhen, da ohne Amplitudenregelung
eine Amplitude variieren kann, was in der Messung zu Laufzeitunterschieden
führt.
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Auch
magnetostriktive Wegmesssysteme, wie sie beispielsweise in ”Lineare
Wege- und Abstandssensoren”,
Die Bibliothek der Technik Band 271, Verlag Moderne Industrie, 2004
beschrieben sind, beruhen auf dem Prinzip der Laufzeitmessung. Es
wird dabei die Laufzeit einer magnetostriktiv erzeugten mechanischen
Welle gemessen. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung
umfassend dabei jeweils Induktionsspulen. Das Messobjekt (Geber)
ist ein Magnet.
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Aus
der
DE 2 216 765 ist
eine Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsradarprinzip bekannt.
Der Ausgang eines Empfängers
ist mit einer Messeinrichtung für
die Amplitude des Eingangssignals verbunden, der eine Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen der gemessenen Amplitude mit einer Sollamplitude
und dieser eine Regeleinrichtung nachgeschaltet sind.
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Aus
der
DE 101 53 270
A1 ist eine optoelektronische Entfernungsmesseinrichtung
mit einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung zumindest der Entfernung
von ausgesandte Strahlung reflektierenden Objekten insbesondere
nach einem Pulslaufzeitverfahren bekannt. Der Empfangseinheit ist
eine Reihenschaltung aus Arbeitswiderständen nachgeschaltet und jedem
Arbeitswiderstand ist ein separater Verstärker zur Verstärkung des
am jeweiligen Arbeitswiderstand aus einem einlaufenden, sukzessive abgeschwächten Empfangspuls
entstandenen Tochterpulses zugeordnet.
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Aus
der
DE 43 24 590 A1 ist
eine Vorrichtung, insbesondere Lichtschranke bekannt, welche aus
einem Sender und einem Empfänger
und einer an den Sender und Empfänger
angeschlossenen Auswerteelektronik besteht. In der Auswerteelektronik
wird die Ansprechempfindlichkeit gegenstandsabhängig auf einen Sollwert geregelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Distanzsensorvorrichtung
und ein Verfahren zur Distanzmessung der eingangs genannten Art
bereitzustellen, welche bzw. welches hohe Messgenauigkeit bei der
Positionsbestimmung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Distanzsensorvorrichtung
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass eine Stellsignal-Auswertungseinrichtung vorgesehen ist, welche
signalwirksam an die Regelungseinrichtung gekoppelt ist und welcher Stellsignale
zur Auswertung bereitgestellt sind und dass der Regelkreis einen
Anschluss aufweist, über welchen
Stellsignale auskoppelbar und der Stellsignal-Auswertungseinrichtung
bereitstellbar sind.
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Über die
Stellsignale wird die Verstärkereinrichtung
angesteuert und der Verstärkungsfaktor
bestimmt. Die Größenwerte
von Stellsignalen (welche elektronische Signale sind) enthalten
also Informationen darüber,
welche Verstärkung
erfolgt, und damit, an welchem Arbeitspunkt der Verstärker arbeitet. Ferner
enthalten sie Informationen darüber,
welche Amplitude das ursprüngliche
Empfangssignal hatte. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden diese Informationen über die
Stellgrößen-Auswertungseinrichtung
gewonnen zur Weiterverwendung.
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Beispielsweise
wird über
den durch die Auswertung von Stellsignalen bekannten Arbeitspunkt eine
Verstärkerverzerrung
kompensiert. Es ist beispielsweise auch möglich, Objekteigenschaften
wie beispielsweise Reflexionseigenschaften zu ermitteln. Weiterhin
kann aus den Stellsignalen auch eine Funktionsreserve der Distanzsensorvorrichtung
ermittelt werden.
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Der
Regelkreis weist einen Anschluss auf, über welchen Stellsignale auskoppelbar
und der Stellsignal-Auswertungseinrichtung bereitstellbar sind.
Dadurch können
Stellsignalauswertungen durchgeführt
werden; die Auskopplung von Stellsignalen erfolgt derart, dass der
Regelkreis nicht gestört wird.
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Insbesondere
ist die Regelungseinrichtung so ausgebildet, dass die Amplitude
von verstärkten Empfangssignalen
auf einen konstanten Wert regelbar ist. Dadurch lässt es sich
erreichen, dass eine Laufzeitauswertung immer mit Empfangssignalen gleicher
Amplitude durchgeführt
wird. Dadurch lässt sich
eine Messungenauigkeit bzw. ein Messfehler aufgrund unterschiedlicher
Empfangssignalamplituden vermeiden.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Regelkreis vorgesehen ist,
welcher die Verstärkereinrichtung
und die Regelungseinrichtung umfasst. Die Regelungseinrichtung sorgt
dafür,
dass geregelte verstärkte
Empfangssignale bereitgestellt werden, welche für die Laufzeitauswertung verwendbar
sind.
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Günstigerweise
ist eine Laufzeitauswertungseinrichtung vorgesehen, welche signalwirksam mit
der Sendeeinrichtung verbunden ist und welcher verstärkte Empfangssignale
bereitgestellt sind. Durch die signalwirksame Verbindung mit der
Sendeeinrichtung kann die Laufzeitauswertungseinrichtung aus dem
zeitlichen Abstand von Sendesignalen und (verstärkten geregelten) Empfangssignalen
die Laufzeit bestimmen. Der Laufzeitunterschied wird in der Regel zwischen
einem von der Sendeeinrichtung ausgesandten Signal und einem von
der Empfangseinrichtung empfangenen Signal ermittelt. Die Sendeeinrichtung
wird mit einem primären
Sendesignal angesteuert. Die Empfangseinrichtung stellt die Empfangssignale
bereit. Die Laufzeitauswertung kann dann auch an den Sendesignalen
und Empfangssignalen durchgeführt
werden.
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Günstig ist
es, wenn die Stellsignal-Auswertungseinrichtung mindestens einen
Anschluss aufweist, an welchem Signale abgreifbar sind, welche durch
Auswertung von Stellsignalen generiert sind. Die Anschlüsse können dabei
externe Ausgänge sein
oder interne, an der Schaltungselektronik der Distanzsensorvorrichtung
angeordnete Stellen, an denen entsprechende Signale abgreifbar sind.
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Insbesondere
ist die Stellsignal-Auswertungseinrichtung so ausgebildet, dass
Laufzeitmesssignale und Stellsignale verknüpfbar sind. Dadurch lassen
sich Laufzeitmesssignale bezüglich
Verstärkerverzerrungen
kompensieren. Es lässt
sich dadurch ein Fehler in der Laufzeitmessung über die Kombination aus Amplitudenregelung
und Verzerrungskompensation minimieren.
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Vorteilhafterweise
ist dann die Stellsignal-Auswertungseinrichtung so ausgebildet,
dass Laufzeitmesssignale unter Berücksichtigung eines tatsächlichen
Arbeitspunkts der Verstärkereinrichtung
modifizierbar sind. Der tatsächliche
Arbeitspunkt der Verstärkereinrichtung
wird aus der Größe der Stellsignale
ermittelt. Man erhält
dadurch einen großen
Schaltabstand für
die Distanzsensorvorrichtung. Weiterhin lässt sich der Gesamtfehler minimieren.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Stellsignal-Auswertungseinrichtung
so ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit
von den Stellsignalen Funktionsreservensignale erzeugbar sind. Die
Größe der Stellsignale
liegt üblicherweise
zwischen einem unteren Schwellenwert und einem oberen Schwellenwert, wobei
die Größe eines
aktuellen Stellsignals die Funktionsreserve anzeigt. Dadurch lässt sich
beispielsweise auf einfache Weise ein Warnsignal generieren, wenn
ein Funktionsbereich überschritten
wird.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn die Stellsignal-Auswertungseinrichtung
so ausgebildet ist, dass Objekteigenschaftssignale erzeugbar sind.
Die absolute Größe von Empfangssignalen
vor der Verstärkung
ist grundsätzlich
ein Maß für die Signalbeeinflussung
der ausgesandten Signale durch ein Messobjekt. Die Stellsignale
wiederum enthalten Informationen darüber, welche Verstärkung notwendig
ist, um auf einen bestimmten Amplitudenwert nach der Verstärkung zu
kommen. Die Stellsignale enthalten dadurch Informationen über die
Signalbeeinflussung durch das Messobjekt. Diese Informationen sind grundsätzlich auswertbar.
Beispielsweise lassen sich Reflexionseigenschaften eines Objekts,
wenn die Distanzsensorvorrichtung eine optische Distanzsensorvorrichtung
ist, bestimmen.
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Grundsätzlich ist
die erfindungsgemäße Lösung für alle Distanzsensorvorrichtungen
auf der Basis von Laufzeitmessungen verwendbar. Beispielsweise ist
die erfindungsgemäße Distanzsensorvorrichtung
eine magnetostriktive Wegsensorvorrichtung, bei der die Empfangssignale
beispielsweise Induktionsspannungssignale einer Detektorspule der Empfangseinrichtung
sind.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Distanzsensorvorrichtung als optische Distanzsensorvorrichtung
ausgebildet. Die Sendeeinrichtung umfasst einen Lichtsensor wie
eine Leuchtdiode oder einen Laser und die Empfangseinrichtung umfasst
einen Lichtempfänger.
Die Position eines Objekts wird über
die Laufzeit von emittierten Lichtsignalen bis zum Empfang bestimmt.
Das Objekt reflektiert Lichtsignale zu dem Empfänger.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Stellsignale ausgekoppelt und ausgewertet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Distanzsensorvorrichtung
erläuterten
Vorteile auf.
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Insbesondere
lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
auf der erfindungsgemäßen Distanzsensorvorrichtung
durchführen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits
im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Distanzsensorvorrichtung
erläutert.
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Günstig ist
es, wenn die Amplitude der verstärkten
Empfangssignale auf einen konstanten Wert geregelt wird. Dadurch
lässt sich
eine amplitudenabhängige
Laufzeitauswertung durchführen.
Laufzeitunterschiede, die auf unterschiedliche Amplitudengrößen zurückzuführen sind,
werden im Wesentlichen verhindert.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn Laufzeitmesssignale und Stellsignale
miteinander verknüpft
werden. Es lassen sich dadurch korrigierte Laufzeitmesssignale erzeugen,
wobei die entsprechende Signalmodifikation unter Berücksichtigung der
Größe der Stellsignale
erfolgt. Dadurch lässt
sich beispielsweise eine Verstärkerverzerrungskompensation
durchführen.
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Es
ist dann insbesondere vorgesehen, dass aus Stellsignalen ein tatsächlicher
Arbeitspunkt für die
Verstärkung
ermittelt wird und mit dieser Information Laufzeitmesssignale zur
Berücksichtigung
von Verstärkerverzerrungen
modifiziert werden. Dadurch lässt
sich der Gesamtfehler gering halten. Im Zusammenhang mit optischen
Distanzsensorvorrichtungen lässt
sich die Grauwertverschiebung reduzieren und der erreichbare Schaltabstand
wird unabhängiger von
dem Objekt.
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Es
ist beispielsweise vorgesehen, aus den Stellsignalen Objekteigenschaften
eines Objekts, dessen Position zu bestimmen ist, zu ermitteln. Die Stellsignale
enthalten Informationen darüber,
wie weit das Empfangssignal hochverstärkt werden muss. Sie enthalten
dadurch auch Informationen, wie das Empfangssignal erzeugt wurde.
Im Beispielsfalle einer optischen Distanzsensorvorrichtung lassen sich
beispielsweise dadurch Informationen darüber gewinnen, welche Intensität empfangenes
Licht hat, aus dem dann wiederum das elektronische Empfangssignal
erzeugt wird. Dadurch wiederum lässt sich
beispielsweise die Reflektivität
eines Objekts ermitteln.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird die Laufzeitmessung mit optischen Signalen durchgeführt und
das Objekt ist lichtreflektierend. Die optischen Signale sind dabei
Signale, welche das Objekt beaufschlagen. Die optischen Signale
selber werden über
elektronische Induzierungssignale an einem Lichtsender erzeugt.
Das Licht wird von einem Lichtempfänger detektiert; der Lichtempfänger erzeugt elektronische
Empfangssignale. Die Laufzeitmessung lässt sich dann an den elektronischen
Signalen durchführen.
Bei einem optischen Distanzsensor mit Laufzeitauswertung lässt sich
eine Hintergrundausblendung für
den (optischen) Hintergrund eines Messobjekts erreichen. Allerdings
lassen sich dadurch auch (optische) Messobjekteigenschaften verschiedener
Messobjekte nicht mehr unterscheiden. Durch die erfindungsgemäße Lösung mit
der Auswertung von Stellsignalen lassen sich auch bei Hintergrundausblendung
(optische) Messobjekteigenschaften erkennen und unterscheiden.
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Es
ist dabei beispielsweise auch möglich, dass
die Laufzeitmessung mit elektronischen Signalen durchgeführt wird.
Ein Anwendungsbeispiel dafür ist
ein magnetostriktives Wegmesssystem, bei dem die elektronischen
Signale Spannungssignale sind, deren zeitlicher Abstand durch die
Ausbreitung einer Torsionswelle bestimmt ist.
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Es
ist dann günstig,
wenn aus den Stellsignalen Informationen über die Reflektivität des Objekts
ermittelt werden. Diese Information ist in der absoluten Größe der Stellsignale
enthalten.
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Es
ist weiterhin auch möglich,
aus den Stellsignalen eine Funktionsreserve zu ermitteln. Die absolute
Größe eines
aktuellen Stellsignals im Vergleich zu einer oberen Schwelle und
einer unteren Schwelle zeigt an, ob die Distanzsensorvorrichtung noch
in einem zulässigen
Arbeitsbereich arbeitet oder nicht.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit den Zeichnungen der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
Blockschaltbilddarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Distanzsensorvorrichtung;
und
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2 schematisch
den Verlauf von Energiekurven in Abhängigkeit eines Abstands d bei
unterschiedlicher Reflektivität
eines lichtbeaufschlagten Objekts.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Distanzsensorvorrichtung,
welche in 1 schematisch in einer Blockschaltbilddarstellung
gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Sendeeinrichtung 12 und
eine Empfangseinrichtung 14. Die Sendeeinrichtung 12 sendet
Impulse (”Beaufschlagungsimpulse”) aus,
die von der Empfangseinrichtung 14 empfangen werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Distanzsensorvorrichtung 10 eine optische Distanzsensorvorrichtung,
bei der Sendesignale Lichtimpulse sind. Die Sendeeinrichtung 12 umfasst
dann einen Lichtsender 16 wie beispielsweise eine Leuchtdiode oder
eine Laserquelle. Dieser Lichtsender 16 ist durch eine
Steuerungseinrichtung 18 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 18 sendet
Steuerimpulse aus, welche eine Lichtemission des Lichtsenders 16 bewirken.
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Die
Lichtimpulse sind auf ein Objekt 20 ausgerichtet. Die Distanz
des Objekts 20 auf einer Messstrecke bzw. zu einem oder
mehreren Referenzpunkten soll bestimmt werden. Beispielsweise soll
die Distanz des Objekts 20 zu dem Lichtsender 16 oder
der Empfangseinrichtung 14 bestimmt werden.
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Im
Falle einer optischen Distanzsensorvorrichtung weist das Objekt 20 eine
reflektierende Seite 22 auf. Lichtimpulse werden von der
reflektierenden Seite 22 reflektiert. Ein Lichtempfänger 24 der
Empfangseinrichtung 14 detektiert reflektiertes Licht und es
wird ein elektronisches Empfangssignal erzeugt.
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Dieses
Empfangssignal wird einem Regelkreis 26 zugeführt. Der
Regelkreis 26 umfasst eine Verstärkereinrichtung 28 mit
einer oder mehreren Verstärkerstufen.
An der Verstärkereinrichtung 28 wird
das Empfangssignal verstärkt.
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Der
Regelkreis 26 umfasst ferner eine Regelungseinrichtung 30.
Die Regelungseinrichtung 30 umfasst eine Regelungsstufe 32.
Sie kann auch eine Signalbearbeitungsstufe 34 umfassen.
Die Signalbearbeitungsstufe 34 kann auch getrennt von der
Regelungseinrichtung 30 sein.
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Die
Regelungseinrichtung 30 empfängt verstärkte Empfangssignale. An der
Regelungseinrichtung 30 werden die verstärkten Empfangssignale
so modifiziert, dass sie eine konstante Amplitude aufweisen. Dazu
ist die Regelungseinrichtung 30 signalwirksam mit der Verstärkereinrichtung 28 verbunden. Diese
signalwirksame Verbindung ist in 1 durch das
Bezugszeichen 36 angedeutet. Die Regelungseinrichtung 30 steuert
die Verstärkereinrichtung 28 mittels
(elektrischen) Stellsignalen (Spannungssignale oder Stromsignale)
an, um die Verstärkung
der Empfangssignale an der Verstärkereinrichtung 28 einzustellen
und dadurch geregelte verstärkte
Empfangssignale zu erhalten, welche eine feste Amplitude aufweisen.
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Die
Distanzmessung des Objekts auf der entsprechenden Strecke bzw. relativ
zu einem oder mehreren Referenzpunkten beruht auf der Laufzeitmessung
von Signalen. Es wird ermittelt, welche Laufzeit zwischen einem
ausgesandten Sendesignal und einem empfangenen Empfangssignal liegt.
Zur Laufzeitauswertung ist eine Laufzeitauswertungseinrichtung 38 vorgesehen.
Diese ist signalwirksam an die Regelungseinrichtung 30 gekoppelt.
Geregelte verstärkte
Empfangssignale werden von der Regelungseinrichtung 30 der
Laufzeitauswertungseinrichtung 38 bereitgestellt (in 1 durch
das Bezugszeichen 40 angedeutet). Ferner werden der Laufzeitauswertungseinrichtung 38 Steuersignale
der Steuerungseinrichtung 18 bereitgestellt (in 1 durch das Bezugszeichen 42 angedeutet);
die Laufzeitauswertungseinrichtung 38 ist signalwirksam
an die Steuerungseinrichtung 18 gekoppelt.
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Die
Steuerungseinrichtung 18 stellt ein primäres Steuersignal
bereit, welches das Aussenden von Lichtimpulsen durch den Lichtsender 16 bewirkt. An
dem Objekt 20 reflektierte Lichtimpulse werden durch den
Lichtempfänger 24 empfangen
und es wird das Empfangssignal erzeugt. Aus dem primären Steuersignal
und dem geregelten verstärkten
Empfangssignal kann die Laufzeitauswertungseinrichtung 38 die
Signallaufzeit bestimmen. Dadurch kann die Laufzeit des von dem
Lichtsender 16 ausgesandten Lichtsignals bis zu dem Empfang
eines Lichtsignals an dem Lichtempfänger 24 ermittelt
werden und dadurch kann die Distanz des Objekts 20 auf
der Distanzstrecke bzw. zu einem oder mehreren Referenzpunkten bestimmt
werden. Diese Auswertung erfolgt durch die Laufzeitauswertungseinrichtung 38.
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Die
Regelungseinrichtung 30 sorgt dafür, dass der Laufzeitauswertungseinrichtung 38 Empfangssignale
bereitgestellt werden, welche verstärkt und geregelt sind. Die
der Laufzeitauswertungseinrichtung 38 bereitgestellten
verstärkten
Empfangssignale weisen im Wesentlichen die gleiche Amplitude auf
und vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Signalgestalt. Dadurch
wird in erster Näherung
die Laufzeitermittlung nicht durch den distanzabhängigen und
objektabhängigen
Intensitätsverlust
des an dem Lichtempfänger 24 empfangenen
Lichtsignals im Vergleich zu dem durch den Lichtsender 16 emittierten
Lichtsignals beeinflusst; die Amplitude des verstärkten geregelten
Empfangssignals ist unabhängig
von der Positionierung und auch Ausbildung des Objekts 20.
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Mit
der Regelungseinrichtung 30 ist signalwirksam eine Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 verbunden.
Diese Verbindung ist in 1 mit dem Bezugszeichen 46 angedeutet.
Die Regelungseinrichtung 30 stellt der Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 Stellsignale
bereit, mit welcher die Verstärkereinrichtung 28 angesteuert
wird. Aus der Größe der Stellsignale
(Stromwert oder Spannungswert) kann die Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 Informationen
generieren, die erweiterte Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Der Regelkreis 26 weist
einen Anschluss 47 auf, über welchen die Verbindung 46 mit
der Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 erfolgt.
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Über die
Stellsignale wird die Verstärkereinrichtung 28 angesteuert.
Die Stellsignale enthalten dadurch Informationen über den
Arbeitspunkt der Verstärkereinrichtung 28 zur
Erzeugung der geregelten Amplitude der verstärkten Empfangssignale. Es ist
dabei grundsätzlich
möglich,
dass die Verstärkung des
Empfangssignals über
einen großen
Dynamikbereich erfolgen kann, wobei grundsätzlich Verstärkerverzerrungen
auftreten können.
Solche Verstärkerverzerrungen
wiederum können
Laufzeitfehler bewirken.
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Die
Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 ist mit der Laufzeitauswertungseinrichtung 38 signalwirksam
verbunden. Hier werden Laufzeitmesssignale bereitgestellt. Sie kann
dann unter Verknüpfung von
Stellsignalen und Laufzeitmesssignalen Letztere modifizieren. Es
lassen sich modifizierte Laufzeitmesssignale beispielsweise an einem
Anschluss 48 bereitstellen, in welchen verzerrungsbedingte
Laufzeitfehler korrigiert sind. Über
die Auswertung der Stellsignale an der Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 können also
auf reproduzierbare Weise verzerrungsbedingte Laufzeitfehler korrigiert
werden. Ein Gesamtfehler bei der Laufzeitmessung ist durch die Kombination
der Amplitudenregelung und der Verzerrungskombination durch die
Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 minimierbar.
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2 zeigt
schematisch die Energie von Licht, welches an dem Lichtempfänger 24 empfangen
wird, in Abhängigkeit
des Abstands d des Objekts 20 zum Referenzpunkt (wobei
der Referenzpunkt beispielsweise der Ort des Lichtsenders 16 ist) für unterschiedliche
Reflektivitäten
R1 und R2 des Objekts 20.
R1 liegt beispielsweise bei 90% und R2 bei 18%.
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Durch
die Laufzeitbestimmung lässt
sich ein Ort d' für das Objekt 20 bestimmen.
Der Ort ist dabei grundsätzlich
abhängig
von der Reflektivität
R des Objekts 20, da die Reflektivität bestimmt, wie weit das Empfangssignal
durch die Verstärkereinrichtung 28 verstärkt wird,
um über
das Empfangssignal den konstanten Amplitudenwert zu erreichen. Durch
die erfindungsgemäße Lösung lässt sich
eine Grauwertverschiebung (Verringerung der Intensität) reduzieren,
da sich diese gezielt über
die Auswertung der Stellsignale elektronisch kompensieren lässt. Die konkrete
Lage eines Arbeitspunkts der Verstärkereinrichtung 28 lässt sich
mit berücksichtigen.
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Ein
Abschnitt der Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44, in
dem eine Verknüpfung
von Laufzeitmesssignalen und Stellsignalen erfolgt, ist in 1 durch
das Bezugszeichen 50 angedeutet (Verknüpfungsabschnitt für die Verknüpfung von
Laufzeitmesssignalen und Stellsignalen zur Erzeugung von modifizierten
Laufzeitmesssignalen).
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Stellgröße an der
Stellsignal-Auswertungseinrichtung 40 ausgewertet werden.
Dazu ist beispielsweise ein Abschnitt 52 vorhanden, in
welchem der absolute Wert der Stellgröße ausgewertet wird. Aus diesem
absoluten Wert lässt
sich ermitteln, wie hoch die Verstärkung eingestellt werden muss.
Dadurch wiederum erhält
man Informationen über
die Intensität
(Energie) von Lichtsignalen, die bei der Empfangseinrichtung 14 eintreffen.
In dieser Intensität
wiederum sind Informationen über
die Reflektivität
des Objekts 20 enthalten. In dem Abschnitt 52 können Objektinformationen wie
beispielsweise die Reflektivität
ausgewertet werden und über
einen Ausgang 54 bereitgestellt werden. Über das
entsprechende an dem Ausgang 54 bereitgestellte Signal
lassen sich Objekte unterscheiden.
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Es
kann ferner vorgesehen sein, dass die Stellsignal-Auswertungseinrichtung 54 einen
Abschnitt 56 aufweist, welcher das Stellsignal dahingehend
auswertet, welche Funktionsreserven die Distanzsensorvorrichtung 10 hat.
Beispielsweise kann für
das Stellsignal ein Bereich zwischen einer unteren Schwelle und
einer oberen Schwelle vorgegeben werden. Durch die Auswertung des
Stellsignals in dem Abschnitt 56 der Stellsignal-Auswertungseinrichtung 44 kann
ermittelt werden, in welchem Bereich man bei einem Messvorgang zwischen
der unteren Schwelle und der oben Schwelle liegt. Ein entsprechendes
Funktionsreservensignal kann an einem Anschluss 58 zur
Weiterverwendung abgegriffen werden.
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Die
Signalanschlüsse 48, 54 und 58 können dabei
grundsätzlich
externe Ausgänge
der Distanzsensorvorrichtung 10 zur Weiterverwendung der
entsprechenden Signale sein. Insbesondere ist der Anschluss 48 ein
externer Ausgang. Es ist grundsätzlich aber
auch möglich,
dass die Anschlüsse
interne Anschlüsse
innerhalb der Distanzsensorvorrichtung 10 sind, um innerhalb
der Distanzsensorvorrichtung 10 eine weitere Auswertung
vorzunehmen.
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Komponenten
der Distanzvorrichtung 10 lassen sich beispielsweise in
einem oder mehreren Mikrokontrollern realisieren. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass
die Elemente 28, 30, 38, 44 und 18 in demselben
Mikrokontroller realisiert sind.
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Im
Zusammenhang mit der 1 wurde die Distanzvorrichtung 10 als
optische Distanzsensorvorrichtung beschrieben. Die erfindungsgemäße Lösung, bei
der eine zusätzliche
Auswertung bzw. Weiterverarbeitung von Stellsignalen für eine Amplitudenregelung
von Empfangssignalen erfolgt, lässt sich
grundsätzlich
bei jeder Art von Laufzeitmessungen verwenden. Es kann grundsätzlich eine
Laufzeitmessung für
elektromagnetische Wellen auch außerhalb des optischen Spektrums
(beispielsweise auch im SHF-Bereich) oder an anderen Wellenarten
wie mechanischen Wellen (beispielsweise Schallwellen) durchgeführt werden.
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Beispielsweise
ist die Distanzsensorvorrichtung als magnetostriktives Wegmesssystem
(siehe beispielsweise ”Lineare
Weg- und Abstandssensoren”,
Die Bibliothek der Technik Band 271, Verlag Moderne Industrie, 2004)
realisiert, bei dem das Objekt 20 ein Magnet ist. Eine
Wegmessstrecke ist über
ein Rohr aus magnetostriktivem Material realisiert, in das ein elektrischer
Leiter eingefädelt
ist. Die Sendeeinrichtung ist eine Einrichtung, welche einen elektronischen
Impuls erzeugt, der durch den Leiter geschickt wird. Dieser elektronische
Impuls erzeugt eine Körperschallwelle,
welche magnetostriktiv ausgelöst wird.
Die Körperschallwelle
durchläuft
das Rohr, wird reflektiert und an einem Detektor an oder in der
Nähe eines
Endes des Rohrs lässt
sich die einlaufende Welle detektieren. Dieser Detektor, welcher
die Empfangseinrichtung bildet, erzeugt einen elektronischen Impuls. Über eine
Laufzeitmessung zwischen dem Startimpuls und dem Empfangsimpuls
lässt sich
die Position des Gebers an der Distanzstrecke bestimmen. Der von
dem Detektor erzeugte Puls bildet ein Empfangssignal, welches entsprechend
der erfindungsgemäßen Lösung weiterverarbeitet
werden kann, das heißt
verstärkt
werden kann, wobei die Verstärkung
geregelt wird.
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Bei
einer Stellsignalauswertung lassen sich beispielsweise Verstärkerverzerrungen
kompensieren.
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Es
kann die Funktionsreserve detektiert werden; es lässt sich
prüfen,
ob der Geber innerhalb eines zulässigen
Wegbereichs liegt.