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Einrichtung zur fotoelektrischen Abstandsmessung Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur fotoelektrischen Messung des Abstandes eines bewegten Gegenstandes,
z. B. eines verstellbaren Hubschrauberflügels, von einer festen Bezugslinie, wobei
sich der zu messende Gegenstand innerhalb eines Beobachtungsbereiches bewegt und
hierbei mittels der Einzelspiegel eines umlaufenden Mehrfachspiegels periodisch
auf ein lichtempfindliches Element abgebildet wird, von dem dann jeweils ein entsprechender
lichtelektrischer Impuls ausgeht.
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Es sind bereits fotoelektrische Meßverfahren bekannt, mit denen der
Abstand zwischen den Kanten eines bewegten Gegenstandes gemessen werden kann, wobei
die Kanten eines Körpers mit sichtbaren Eigenstrahlen durch Fotozellen abgetastet
werden, die über den Kanten des abzutastenden Körpers angebracht sind und deren
Abstand durch einen Stellmotor bei Wechsel an den Kanten von dunkel zu hell oder
umgekehrt entsprechend dem Abstand der Kanten verstellt wird. Die Bewegung des Stellmotors
verstellt gleichzeitig ein Anzeigegerät. Die bekannte Anordnung eignet sich infolge
der Trägheit des Stellmotors sowie der erforderlichen elektrischen und mechanischen
Wellen nicht für Meßeinrichtungen, an die hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Ansprechzeit
große Anforderungen gestellt werden.
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Bei einem anderen bekannten Meßverfahren werden die Breite oder die
Breitenschwankungen eines Gegenstandes dadurch gemessen, daß neben der einen Kante
des Gegenstandes optisch ein Bild der anderen Kante derart erzeugt wird, daß zwischen
der einen Kante und der optisch erzeugten Abbildung der anderen Kante ein Spalt
gebildet wird, dessen Breite ein Maß für die Breite des Gegenstandes ist.
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Diese Einrichtung dient vor allem dazu, Verfälschungen des Meßergebnisses
durch seitliche Bewegungen des Gegenstandes auszuschalten.
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Ferner wurden bereits die Kanten eines Gegenstandes zur Abstandsmessung
mittels je einer Fernsehkamera abgetastet und das Ergebnis in Form elektrischer
Impulsfolgen einer Vergleichseinrichtung zugeführt werden, in der durch Phasenvergleich
der Impulsfolgen auf die Breite des Meßgutes geschlossen wird.
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Es ist auch ein Verfahren zur berührungslosen Breitenmessung bekannt
geworden, wonach beide Maßkanten des Objektes über je eine zugehörige Optik auf
je einen mit einer Schlitzblende oder Lochblende versehenen Fotomultiplier zur Abbildung
gebracht werden und bei dem im optischen Strahlengang rotierende oder schwingende
Spiegel vorgesehen sind, deren Antrieb so ausgebildet ist, daß sich die Abbildungen
der beiden Meßkanten mit völlig gleicher Geschwindigkeit über die Blenden bewegen.
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Die Breitenmessung ist damit auf eine Phasenvergleichsmessung der
von den Fotomultipliern gelieferten Impulse zurückgeführt. Dieses bekannte Meßverfahren
kann jedoch nicht zur Messung des Abstandes eines frei und schnell in einem Beobachtungsbereich
bewegten Körpers von einer Bezugslinie benutzt werden, selbst wenn man den Startimpuls
des einen Fotomultipliers durch ein konstantes Signal ersetzt und die zweite Kante
durch den bewegten Körper ersetzt.
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Es ist weiterhin ein Verfahren zur fotoelektrischen Messung der Lage
eines Signals einer Gradeinteilung bekanntgeworden, nach dem eine lineare Lichtquelle,
deren oszillierender Lichtstrahl von dem Maßstab reflektiert wird, auf eine Fotozelle
abgebildet wird. Der Lichtstrahl erfährt jeweils durch eine Gradmarkierung eine
Intensitätsabschwächung, deren zeitlicher Abstand von Anfang und Ende einer Lichtstrahl-Schwingungsperiode
ein Maß für die Lage der Lichtquelle über der Gradeinteilung bzw. dem abgetasteten
Strich darstellt.
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Schließlich ist ein Verfahren zum Messen oder zum Kontrollieren des
Abstandes eines beweglichen Körpers von einer Bezugslinie bekanntgeworden, wobei
der bewegliche Körper reine Fotozelle enthält, auf die eine Lichtquelle abgebildet
wird und hierbei das Licht durch zwei Unterbrecher periodisch unterbrochen wird.
Die Zeitunterschiede der von den beiden Unterbrechern bewirkten Signaländerungen
der Fotozelle sind ein Maß dafür, wieweit der bewegliche Körper, in dessen Innenraum
sich die Fotozelle befindet, sich von der zu dem Lichtstrahl parallelen Bezugslinie
entfernt hat. Die Messung eines insbesondere schnell bewegten Körpers, der sich
nur zeitweise in dem Beobachtungsbereich befindet, ist nach
diesem
bekannten Verfahren jedoch nicht möglich.
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Auch kann die Form des Meßobjektes nicht beliebig sein, da es ja eine
Fotozelle samt Unterbrechereinrichtung enthalten muß. Ein weiterer Nachteil, der
die Anwendungsmöglichkeit des bekannten Meßverfahrens stark einengt, ist in der
Unmöglichkeit zu sehen, die Meßeinrichtung vom Meßobjekt räumlich und funktionell
zu trennen.
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Es ist weiter ein Verfahren zur fotoelektrischen Abtastung der Lage
glühenden Materials bekannt geworden, welches sich innerhalb eines periodisch auf
ein lichtempfindliches Element, einer Infrarotzelle abgebildeten Beobachtungsbereiches
bewegt, bei dem zu dieser periodischen Abbildung eine Sammelspiegelanordnung vorgesehen
ist, bei welchen der Zeitintervall zwischen dem Beginn einer Beobachtungsperiode
und dem Beginn der Abbildung ein Maß für die Lage, d. h. für den Abstand des Gutes
von einer Bezugslinie ist. Dieses bekannte Maßverfahren ist jedoch nicht zur Messung
des Abstandes zwischen einem Gegenstand, der sich nur zeitweise innerhalb eines
Beobachtungsbereiches bewegt, und einer Bezugslinie, die nicht durch eine Kante
od. dgl. markiert ist, geeignet. Es ist ferner auch bereits bekannt, in der Technik
die Kurzzeitmessung mit elektronischen Zählern auszuführen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, welche es mit einfachen Mitteln erlaubt, den
Abstand zwischen einem Gegenstand, der sich sehr schnell und nur zeitweise innerhalb
eines Beobachtungsbereiches bewegt, und einer beliebigen Bezugslinie zu messen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den
als Sammelspiegel ausgebildeten Einzelspiegeln des umlaufenden Mehrfachspiegels
je eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche beim Umlauf periodisch ein Impuls
zur Festlegung des Beginns oder des Endes einer Beobachtungsperiode ausgelöst wird
und daß diese Impulse zusammen mit den Impulsen des lichtelektrischen Elementes
das Öffnen bzw. Schließen eines Stromtores steuern und die während der Öffnungszeit
des Stromtores von einem Impulsgeber durch das Stromtor zu einem Impulszähler gelangende
Impulszahl ein Maß für den Abstand des Gegenstandes von der Bezugslinie darstellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Beginn oder das
Ende einer Beobachtungsperiode durch ein zwischen den als Sammelspiegel ausgebildeten
Einzelspiegeln des umlaufenden Mehrfachspiegels vorgesehenes Joch bestimmt, das
beim Vorbeilaufen an einer Magnetspule einen Magnetimpuls erzeugt.
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Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Drehspiegels mit als
Sammelspiegel ausgebildeten Einzelspiegeln, da ein derartiger Drehspiegel hohe Drehzahlen
erreicht und damit den Beobachtungsbereich sehr oft innerhalb eines Zeitintervalls
auf das lichtempfindliche Element abbilden kann.
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Eine konstruktiv weniger aufwendige Sammelspiegelanordnung kann durch
die Verwendung eines Schwingspiegels erreicht werden. Die Einzelspiegel des Drehspiegels
bzw. der Schwingspiegel können dabei als Parabolspiegel ausgebildet sein.
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Als lichtempfindliches Element kann beispielsweise eine Fotozelle
vorgesehen werden. Wird eine Fotodiode als lichtempfindliches Element vorgesehen,
so
kann diese in Abhängigkeit von dem auffallenden Licht sowohl als Spannungserzeuger
als auch als steuerbarer Widerstand verwendet werden. Bei Verwendung von Fototransistoren
kann deren Verstärkerwirkung ausgenutzt werden, was insbesondere für empfindliche
Schaltungen von Vorteil ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß
die Anzahl der Abbildungen je Zeiteinheit so groß gemacht werden kann, daß ein Gegenstand
auch bei sehr schneller Bewegung durch den Beobachtungsbereich mehrfach abgebildet
wird und man damit einen Meßwert erhält, der dem mittleren Abstand von einer festen
Bezugslinie unabhängig von etwaigen Schwingungen des Meßobjektes entspricht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels,
das die Messung der Propellerflügelauslenkung eines Hubschrauber darstellt, veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Meßanordnung, F i g. 2 eine
Seitenansicht der Meßanordnung.
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Hierbei ist mit P der Propeller eines Hubschraubers bezeichnet, wobei
die Blätter des Propellers während des Prüflaufes nach oben verstellt (in Fig. 2
strichliert gezeichnet) und diese Verstellung gegenüber der Bezugslinie N gemessen
werden soll. Zur Abbildung des Beobachtungsbereiches auf das lichtempfindliche Element
L dient der Drehspiegel D, der sich um die Achse A dreht und dessen Einzelspiegel
H als Sammelspiegel, z. B. Parabolspiegel, ausgebildet sind. Das lichtempfindliche
Element L ist in der Brennlinie der Sammelspiegel H angeordnet. Der Drehspiegel
D ist geeignet, bei seiner Drehung einen ganzen Beobachtungsbereich von der Breite
d auf das lichtempfindliche Element L abzubilden. Zwischen den Einzelspiegeln H
sind Joche E angeordnet, die bei Drehung des Spiegels an einer Magnetspule M vorbeilaufen.
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Die dadurch erzeugten Magnetimpulse legen Beginn und Ende einer Beobachtungsperiode
fest. Diese Magnetimpulse steuern zusammen mit den Impulsen des lichtelektrischen
Elementes das Öffnen bzw.
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Schließen eines elektronischen Tores T, über das ein elektronischer
Zähler 7 mit Impulsen beaufschlagt wird, die von einem Impulsgeber I ausgehen.
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Die Meßanordnung arbeitet wie folgt: Kommt ein Blatt des von der
Lichtquelle Q beleuchteten Propellers P in den Beobachtungsbereich d des Drehspiegels
D, so wird es auf das lichtempfindliche Element L abgebildet, das das elektronische
Tor öffnet.
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Am Ende der Beobachtungsperiode wird das elektronische Tor durch einen
von der Magnetspule M abgegebenen Impuls wieder geschlossen. Die Anzahl der von
der Zähleinrichtung 7 gezählten Impulse, die bei konstanter Drehzahl des Spiegels
der Zeit zwischen Beginn der Abbildung und Ende der Beobachtungsperiode entspricht,
ist ein Maß für den Abstand des betreffenden Propellerblattes von der festen Bezugslinie
N. Bei entsprechend großer Drehzahl des Drehspiegels kann der Abstand des Propellerblattes
von der LinieN auf die beschriebene Weise mehrmals hintereinander gemessen werden,
solange das Blatt sich in dem Beobachtungsbereich des Drehspiegels befindet. Der
gemessene Abstand entspricht dabei der Entfernung-der Ebene 0 von der Ebene N. Der
so gewonnene Mittelwert ist unabhängig von etwaigen von Schwingungen hervorgerufenen
Abstandsänderungen.
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Die beschriebene Anordnung, bei der das Tor erst dann geöffnet wird,
wenn ein Propellerblatt auf das lichtempfindliche Element abgebildet wird, hat den
Vorteil, daß der Zähler Z nur beaufschlagt wird, wenn eine Messung tatsächlich erfolgt.
Es ist aber auch möglich, zu Beginn jeder Beobachtungsperiode das Tor zu öffnen
und es durch den bei Beginn der Abbildung erzeugten fotoelektrischen Impuls schließen
zu lassen. In diesem Fall muß dafür gesorgt werden, daß eine Anzeige des Zählergebnisses
unterbleibt, wenn das Tor nicht durch einen fotoelektrischen Impuls geschlossen
wird.
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Eine weitere Möglichkeit der Torsteuerung besteht darin, daß das
Tor am Ende der Abbildung des Propellerblattes auf dem lichtempfindlichen Element
und am Ende der Beobachtungsperiode geschlossen wird oder daß das Tor bei Beginn
der Beobachtungsperiode geöffnet und am Ende der Abbildung des Propellerblattes
auf dem lichtempfindlichen Element geschlossen wird.