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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit
und -richtung mit einer photoelektrischen Struktur und deren Verfahren.
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Stand der Technik
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Die
Detektoren für
Geschwindigkeit und Richtung finden eine breite Anwendung in verschiedenen
Bereichen, wie Verteidigung, Luftfahrt, Industrie, Information und
Automobil.
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Die
herkömmlichen
Detektoren für
Geschwindigkeit und Richtung verwendet die elektrische Kapazität, die üblicherweise
durch die mechanischer Dämpfung
und die Kapazitätsstruktur
erzeugt wird. Da die Aufladung und Entladung der Kapazität eine längere Zeit
dauert, haben die herkömmlichen
Detektoren eine niedrige Flexibilität und eine exponentielle Detektion
mit größerem Fehler.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Detektion
der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung und deren Verfahren
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion
der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung gelöst, die
aus einer Lichtquelle, einem lichtführenden Flaschenzug, einer
Vielzahl von Barrieren, einer Vielzahl von Lichtdetektoren, einem
Prozessor und einem Display besteht. Die Lichtquelle kann ein einfallendes
Licht erzeugen. Der lichtführende
Flaschenzug ist an einer Seite der Lichtquelle angeordnet und weist
einen Träger
und einen Reflektor auf dem Träger
auf. Die Lichtdetektoren können
das von dem Reflektor reflektiere Licht erfassen. Die Barrieren
sind an den beiden Seiten der Lichtquelle und zwischen den Lichtdetektoren angeordnet,
um das einfallende Licht zu isolieren. Der Prozessor ist mit den
Lichtdetektoren verbunden und kann entsprechend den Lichtsignalen
aus den Lichtdetektoren die Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung
ermitteln. Das Display kann die Ergebnisse aus dem Prozessor anzeigen.
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Die
Lichtquelle ist vorzugsweise eine Leuchtdiode. Der Prozessor weist
eine Vielzahl von Registern und eine Verarbeitungseinheit auf. Zwischen
den Registern und jedem Lichtdetektor ist ein Operationsverstärker vorgesehen.
Auf der Unterseite des Trägers
des lichtführenden
Flaschenzugs sind eine Vielzahl von Rollen vorgesehen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit
und -richtung, das folgende Schritte enthält:
- (a)
ein einfallendes Licht in gerader Richtung wird erzeugt,
- (b) das einfallende Licht wird von dem Reflektor auf dem lichtführenden
Flaschenzug reflektiert und tritt somit auf einen Lichtdetektor
zwischen den Barrieren auf, die miteinander ein Intervall haben,
wobei der lichtführende
Flaschenzug entlang einer Flaschenzug-Laufschiene bewegt werden
kann,
- (c) der Lichtdetektor wandelt das erfaßte Lichtsignal in ein eletrisches
Signal um und sendet das elektrische Signal an den Prozessor, der
dann entsprechend dem elektrischen Signal die Lichtreflexionsgeschwindigkeit
und -richtung ermittelt,
- (d) das Ergebnis wird auf dem Display angezeigt.
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Der
Prozessor weist eine Vielzahl von Registern und eine Verarbeitungseinheit
auf und zwischen den Registern und den Lichtdetektoren ist jeweils
ein Operationsverstärker
vorgesehen, wobei wenn ein Lichtdetektor ein Lichtsignal erfaßt, der
entsprechende Operationsverstärker
ein Hochpegelsignal erzeugt, und wenn der Lichtdetektor kein Lichtsignal
erfaßt,
der entsprechende Operationsverstärker ein Niederpegelsignal
erzeugt.
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Das
Register enthält
ein erstes Register und ein zweites Register, wobei das erste Register
zum Speichern der Ergebnisse aus jedem Operationsverstärker dient,
bevor der lichtführende
Flaschenzug bewegt wird, und das zweite Register zum Speichern der
Ergebnisse aus jedem Operationsverstärker dient, nachdem der lichtführende Flaschenzug
bewegt wird.
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Der
Schritt zur Detektion der Lichtreflexionsrichtung enthält folgende
Subschritte:
- (a) die Vorrichtung wird initialisiert
und das in dem ersten Register gespeicherte Ergebnis entspricht
dem in dem zweiten Register gespeicherten Ergebnis, bevor der lichtführenden
Flaschenzug bewegt wird,
- (b) der Prozessor speichert das in dem zweiten Register gespeicherte
Ergebnis in dem ersten Register,
- (c) der lichtführende
Flaschenzug wird von der ursprünglichen
Position in eine neue Position bewegt, wobei der Lichtdetektor das
reflektierte Licht erfaßt,
wodurch die Ergebnisse aus den Operationsverstärkern, die jeweilig mit einem
Lichtdetektor verbunden sind, in dem zweiten Register gespeichert
werden und mit dem Inhalt des zweiten Regiersters und des ersten
Registers eine Subtraktionsoperation durchgeführt wird,
- (d) das Operationsergebnis wird geprüft, wobei wenn das Operationsergebnis
positiv ist, es bedeutet, dass der lichtführende Flaschenzug zu der Lichtquelle
bewegt wird, wenn das Operationsergebnis negativ ist, es bedeutet,
dass der lichtführende
Flaschenzug weg von der Lichtquelle bewegt wird, wenn das Operationsergebnis
null beträgt,
es bedeutet, dass der lichtführende
Flaschenzug nicht bewegt wird, wonach das Operationsergebnis nullgestellt
wird, und
- (e) die dadurch erhaltene Bewegungsrichtung des lichtführenden
Flaschenzugs wird anzeigt, wonach die Schritte (a), (b), (c) und
(d) wiederholt werden.
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Der
Schritt zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit enthält folgende
Subschritte:
- (1) das reflektierte Licht tritt
auf einen Lichtdetektor auf, wobei das in dem zweiten Register gespeicherte Ergebnis
in dem ersten Register gespeichert wird und der Akkumulator im Prozessor
zurückgesetzt
wird und zum Aufzeichnen der Nummern der Lichtdetektoren dient,
- (2) das reflektierte Licht tritt auf den nächstliegenden Lichtdetektor
auf, wobei der Inhalt des zweiten Registers auf den neuesten Stand
gebracht wird und eine exklusives Oder-Operation mit dem Inhalt
des ersten Registers durchgeführt
wird, wobei wenn das Operationsergebnis Null beträgt, der
Schritt (1) wiederholt wird, und wenn das Operationsergebnis nicht
Null beträgt,
der Inhalt des zweiten Registers in dem ersten Register gespeichert
und der Akkumulator zum Zählen
aktiviert wird, und
- (3) das Zählergebnis
des Akkumulators wird geprüft,
ob es 2 beträgt,
wobei wenn das Zählergebnis
2 beträgt,
die Lichtreflexionsgeschwindigkeit berechnet wird und die errechnete
Lichtreflexionsgeschwindigkeit angezeigt wird, und wenn das Zählergebnis
nicht 2 beträgt,
der Schritt (1) wiederholt wird.
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Im
Vergleich mit der herkömmlichen
Lösung
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung und
deren Verfahren die Flexibilität
der Detektion erhöhen,
wobei die Zeit zur Aufladung und Entladung der Kapazität nicht
erforderlich ist. Zudem ist die Detektionskurve der Erfindung fast
linear.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 eine
schematische Darstellung der Erfindung,
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2 eine
Blockdarstellung des Prozessors,
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3 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 ein
Ablaufdiagramm der Detektion der Lichtreflexionsrichtung,
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5 ein
Ablaufdiagramm der Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit,
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6 eine
schematische Darstellung der Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung 10 besteht
aus einer Lichtquelle 101, einem lichtführenden Flaschenzug 102,
einer Vielzahl von ersten Barrieren 103, einer Vielzahl
von zweiten Barrieren 104, einer Vielzahl von Lichtdetektoren 105,
einem Prozessor 106, einer Vielzahl von Operationsverstärkern 107, einem
Display 108 und einer Flanschenzug-Laufschiene 109.
Die Lichtdetektoren 105 enthalten Lichtdetektoren (0) bis
(7) in 1. Die Operationsverstärker 107 werden in 1 als
OP-AMP bezeichnet und jeweilig zwischen einem Lichtdetektor 105 und
dem Prozessor 106 geschaltet.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion
der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung, das die folgenden
Schritte enthält:
Im Schritt 300 wird ein einfallendes Licht in gerader Richtung
erzeugt. Im Schritt 310 wird das einfallende Licht von
dem Reflektor auf dem lichtführenden Flaschenzug 102 reflektiert
und tritt somit auf einen Lichtdetektor zwischen den Barrieren auf,
die miteinander ein Intervall haben. Der lichtführende Flaschenzug kann entlang
der Flaschenzug-Laufschiene bewegt werden. Im Schritt 320 wandelt
der Lichtdetektor das erfaßte
Lichtsignal in ein eletrisches Signal um und sendet das elektrische
Signal an den Prozessor, der dann entsprechend dem elektrischen
Signal die Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung ermittelt.
Im Schritt 330 wird das Ergebnis auf dem Display angezeigt.
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Die
Lichtquelle 101 ist vorzugsweise durch eine Leuchtdiode
gebildet, die einen Infrarotstrahl mit normaler Wellenlänge erzeugen
kann. Die ersten Barrieren 103 sind an den beiden Seiten
der Lichtquelle angeordnet, um eine Dispersion des Infrarotstrahls
zu verhindern und den Infrarotstrahl in gerader Richtung zu führen.
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Der
lichtführende
Flaschenzug 102 ist an einer Seite der Lichtquelle 101 angeordnet
und weist einen Träger 1021 und
einen Reflektor 1022 auf dem Träger 1021 auf. Auf
der Unterseite des Trägers 1021 sind
Rollen 1023 vorgesehen, wodurch der lichtführende Flaschenzug 102 entlang
der Flaschenzug-Laufschiene 109 zu oder weg von der Lichtquelle 101 bewegt
werden kann.
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Die
Lichtdetektoren 105 sind zwischen den zweiten Barrieren 104 angeordnet.
Wenn der lichtführende Flaschenzug 102 in
der ursprünglichen
Position liegt, erfaßt
ein Lichtdetektor 105 den von dem Reflektor 1022 reflektierten
Infrarotstrahl und wandelt das Lichtsignal in ein elekrisches Signal
um, das an den Operationsverstärker 107,
der elektrisch mit diesem Lichtdetektor 105 verbunden ist,
gesendet wird, der dann ein Hochpegelsignal an den Prozessor 106 sendet.
Die anderen Operationsverstärker,
die mit den anderen Lichtdetektoren 105 verbunden sind,
erfassen keinen Infrarotstrahl und senden somit ein Niederpegelsignalan
den Prozessor 106.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, weist der Prozessor 106 ein
Register 1061 und eine Verarbeitungseinheit 1062 auf.
Das Register 1061 enthält
ein erstes Register 10611 und ein zweites Register 10612.
Das erste Register 10611 dient zum Speichern der Ergebnisse
aus jedem Operationsverstärker 107,
wenn der lichtführende Flaschenzug 102 in
der ursprünglichen
Position liegt.
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Wenn
der lichtführende
Flaschenzug 102 entlang der Flaschenzug-Laufschiene 109 in
eine neue Position bewegt wird, erfaßt ein anderer Lichtdetektor 105 den
von dem Reflektor 1022 reflektierten Infrarotstrahl und
wandelt das Lichtsignal in ein elekrisches Signal um, das an den
Operationsverstärker 107,
der elektrisch mit diesem Lichtdetektor 105 verbunden ist,
gesendet wird, der dann ein Hochpegelsignal an den Prozessor 106 sendet.
Die anderen Operationsverstärker,
die mit den anderen Lichtdetektoren 105 verbunden sind,
erfassen keinen Infrarotstrahl und senden somit ein Niederpegelsignal
an den Prozessor 106. Die Ergebnisse aus jedem Operationsverstärker 107 werden
in dem zweiten Register 10612 des Prozessors 106 gespeichert.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Richtungsdetektion der Erfindung. Wenn die
Richtung des Infrarotstrahls verändert
wird, ergreift der Prozessor folgende Schritte:
Im Schritt 100 wird
die Vorrichtung initialisiert. Der lichtführende Flaschenzug liegt in
der ursprünglichen
Position. Das in dem ersten Register gespeicherte Ergebnis entspricht
dem in dem zweiten Register gespeicherten Ergebnis.
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Im
Schritt 110 speichert der Prozessor das in dem zweiten
Register gespeicherte Ergebnis in dem ersten Register.
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Im
Schritt 120 wird der lichtführende Flaschenzug von der
ursprünglichen
Position in eine neue Position bewegt. Der Lichtdetektor erfaßt das reflektierte
Licht, wodurch die Ergebnisse aus den Operationsverstärkern, die
jeweilig mit einem Lichtdetektor verbunden sind, in dem zweiten
Register gespeichert werden. Mit dem Inhalt des zweiten Regiersters
und des ersten Registers wird eine Subtraktionsoperation durchgeführt.
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Im
Schritt 130 wird das Operationsergebnis geprüft. Wenn
das Operationsergebnis positiv ist, bedeutet es, dass der lichtführende Flaschenzug
zu der Lichtquelle bewegt wird. Wenn das Operationsergebnis negativ ist,
bedeutet es, dass der lichtführende
Flaschenzug weg von der Lichtquelle bewegt wird. Wenn das Operationsergebnis
null beträgt,
bedeutet es, dass der lichtführende
Flaschenzug nicht bewegt wird. Dann wird das Operationsergebnis
nullgestellt.
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Im
Schritt 140 wird die dadurch erhaltene Bewegungsrichtung
des lichtführenden
Flaschenzugs anzeigt. Danach werden die Schritte 100, 110, 120 und 130 wiederholt.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt die in dem ersten Register
10611 gespeicherten
Ergebnisse für
jeden Lichtdetektor, bevor der lichtführende Flaschenzug bewegt wird,
d. h. der lichtführende
Flaschenzug liegt in der ursprünglichen
Position.
| P7 | P6 | P5 | P4 | P3 | P2 | P1 | P0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
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Die
folgende Tabelle 2 zeigt die in dem zweiten Register
10612 gespeicherten
Ergebnisse für
jeden Lichtdetektor, wenn der lichtführende Flaschenzug in einer
neuen Position liegt.
| P7 | P6 | P5 | P4 | P3 | P2 | P1 | P0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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Wie
obegenannt:
Der Speicherwert des zweiten Registers wird von
dem Speicherwert des ersten Registers subtrahiert, wodurch ein positiver
Wert erhalten wird, was bedeutet, dass der lichtführende Flaschenzug
nach links bewegt wird. 00010000 – 00000010
= 00001110
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Dann
wird die Bewegung ermittelt. Das Subtraktionsergebnis wird nach
rechts verschoben, bis das minimale Byte 1 wird, wodurch 00000111
erhalten wird. Durch Addition der drei Eins wird 3 erhalten, was
bedeutet, dass der lichtführende
Flaschenzug um drei Intervale der Lichtdetektoren nach links bewegt
wrid. Wenn das Interval zwischen zwei Lichtdetektor als 1 cm festgelegt
wird, beträgt
die Bewegungsstrecke S des lichtführenden Flaschenzugs 3 cm.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Geschwindigkeitsdetektion der Erfindung,
wobei der Prozessor folgende Schritte ergreift:
Im Schritt 200 tritt
das reflektierte Licht auf einen Lichtdetektor auf, wobei das in
dem zweiten Register gespeicherte Ergebnis in dem ersten Register
gespeichert wird und der Akkumulator im Prozessor zurückgesetzt wird.
Der Akkumulator dient zum Aufzeichnen der Nummern der Lichtdetektoren.
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Im
Schritt 210 tritt das reflektierte Licht auf den nächstliegenden
Lichtdetektor auf, wobei der Inhalt des zweiten Registers auf den
neuesten Stand gebracht wird und eine exklusives Oder-Operation
mit dem Inhalt des ersten Registers durchgeführt wird. Wenn das Operationsergebnis
Null beträgt,
wird der Schritt 200 wiederholt. Wenn das Operationsergebnis
nicht Null beträgt,
wird der Inhalt des zweiten Registers in dem ersten Register gespeichert
und der Akkumulator zum Zählen
aktiviert.
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Im
Schritt 220 wird das Zählergebnis
des Akkumulators geprüft,
ob es 2 beträgt.
Wenn das Zählergebnis
2 beträgt,
wird die Lichtreflexionsgeschwindigkeit berechnet. Im Schritt 230 wird
die errechnete Lichtreflexionsgeschwindigkeit angezeigt. Wenn das
Zählergebnis
nicht 2 beträgt,
wird der Schritt 200 wiederholt.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung der Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit
der Erfindung. N steht für
die Nummer des Pulses von dem Lichtdetektor (n – 1) zu dem Lichtdetektor (n)
und kann durch einen Zeitgeber im Prozessor erhalten werden. Nach
der Frequenzgleichung: T = 1/f kann die Zeit T des Pulses ermittelt
werden.
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Die
Zeit, die das reflektierte Licht braucht, sich von dem Lichtdetektor
(n – 1)
zu dem Lichtdetektor (n) zu bewegen, wird als T1 definiert. T1 =
N × T.
Da S, N und T ermittelt werden können
und somit bekannt sind, kann die Geschwindigkeit V durch die Geschwindigkeitsgleichung:
V = S/T1 ermittelt werden, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung 10 zur
Detektion der Geschwindigkeit und -Richtung des Infrarotstahls verwendet
werden kann.
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Das
Display 108 ist mit dem Prozessor 106 verbunden
und dient zum Anzeigen des Ergebnisses der Geschwindigkeit und der
Richtung des Infrarotstahls der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion
der Lichtreflexionsgeschwindigkeit und -richtung 10.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und
des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und
Modifikationen gehören
zum Schutzbereich dieser Erfindung.