DE2160766A1

DE2160766A1 - Verfahren und Durchfuhrungsanordnung zur Messung der Entfernung eines bestimm ten Objektes

Info

Publication number: DE2160766A1
Application number: DE19712160766
Authority: DE
Inventors: Erik Dipl Ing Ling Bernt Dipl Ing Persson Anders Vasteraas Idestrom (Schweden) P GOIc 19 40
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-22
Also published as: US3728026A; SE348295B

Description

Verfahren und Durchführungsanordnimg zur Messung der Entfernung eines bestimmten

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Durchführungsanordnung zur Messung der Entfernung eines bestimmten Objektes unter Verwendung einer Sender- und einer Empfängereinheit. Bei solchen Entfernungsmessungen mittels signalerzeugender und echoregistrierender Instrumente kann die Messung der Entfernung des zu erfassenden Objektes aufgrund von Echos, die von Gegenständen oder Partikeln ausgehen, die sich zwischen dem signalaussendenden Gerät und den zu erfassenden Objekt befinden, unmöglich gemacht werden*

Verfahren,, bei denen das obengenannte Problem auftritt, sind bekannt, Bei einem dieser Verfahren wird von der Sendereinheit nur ein einziger Impuls in Richtung auf das zu erfassende Objekt ausgesendet* Die Empfängereinheit erfaßt, bei diesem Verfahren sämtliche von dem ausgesandten Impuls hervorgerufenen Echos,, wobei das Echo, das die längste Strecke zurückgelegt

2Q9826/Q&83

_ ρ —

hat, ein Maß für die richtige Entfernung ist. Um dabei alle von dem ausgesandten Impuls hervorgerufenen Echos registrieren zu können, benötigt man eine Reihe komplizierter Registrierorgane .

Bei diesem bekannten Verfahren bleibt auch unsicher, ob der erhaltene Entfernungswert wirklich die Entfernung zu dem zu erfassenden Objekt ist. Mit Sicherheit kann nur ausgesagt werden, daß er der größte aller erhaltenen Echomeßwerte ist, die von dem einzigen ausgesandten Sendeimpuls hervorgerufen worden sind. Es besteht eine nicht geringe Wahrscheinlichkeit, daß der einzige ausgesandte Impuls nicht bis zu dem zu erfassenden Objekt vordringen konnte. Somit besteht die Gefahr, daß der erhaltene Meßwert eine kleinere als die tatsächlich vorhandene Entfernung zu dem zu erfassenden Objekt anzeigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Durchführungsanordnung zu entwickeln, bei der die obengenannten Nachteile vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sendereinheit in Richtung auf das Objekt eine Reihe Impulse mit hoher Frequenz aussendet, daß die Empfängereinheit nur das zeitlich zuerst erzeugte Echo jedes gesendeten Impulses registriert und daß dasjenige aller registrierten Echos, das den längsten Weg

209826/0683

zurückgelegt hat, als Maß für die zu messende Entfernung ausgeworfen wird.

Das Verfahren nach der Erfindung ist unter solchen Bedingungen mit großem Erfolg anwendbar, bei denen zwischen dem Meßinstrument und dem Meßobjekt fehlerhafte Echos verursachende Störungen verschiedenster Art sein können und bei denen hinter dem zu erfassenden Meßobjekt keine weiteren Echos verursachenden Gegenstände vorhanden sind.

Zur Durchführung des Verfahrens wird nach der Erfindung eine Anordnung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Empfängereinheit einj6eitmessendes Glied enthält, das die Zeit mißt, die zwischen dem Aussenden eines Impulses von der Sendereinheit bis zum Empfang des ersten, von diesem Impuls erzeugten Echos vergeht, und das ein Ausgangssignal in Form eines Zeitimpulses abgibt, der ein Maß für die gemessene Zeit ist. Die Sendereinheit kann zweckmäßigerweise einen Halbleiterlaser " enthalten, der bei jedem Meßvorgang mit hoher Frequenz eine Reihe von Impulsen (z.B. 1000 St.) in Richtung auf das Objekt zu dem die Entfernung gemessen werden soll, sendet. Die zu der Sendereinheit gehörende Empfängereinheit ist so angeordnet, daß sie, da jeder gesendete Impuls mehrere Echos erzeugt, nur ein Echo von jedem Impuls registriert, und zwar das erste. Beim Aussenden von 1000 Impulsen werden also 1000 Echos registriert, die dem ersten Echo jedes Impulses entsprechen. Da viele Impulse

209826/0683

2160768

mit hoher Frequenz ausgesendet v/erden, ist es sehr wahrscheinlich, daß zumindest einige Impulse durch die vor dem Ziel befindliche "Wolke" von "Verunreinigungen" zu dem vorgesehenen Objekt durchdringen.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert-werden:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Auswertungsgliedes 18.

Fig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen

Verfahrens zur Ausmessung eines Grubenschachtes.

Fig. 1 zeigt eine Sendereinheit 10, die Impulse 11 aussendet, wobei t der Zeitabstand zwischen zwei Impulsen 11 ist. Die gesendeten Impulse 11 werden vom Ziel reflektiert, wobei Echoimpulse 12 erzeugt werden, die einem Empfänger 13 zugeführt werden. Wenn ein Impuls 11 vom Sender 10 ausgesendet wird, gibt dieser ein Startsignal 14 an einen Zeitrechner 16, der damit beginnt, die Zeit zu messen bis zum Eintreffen eines ersten Echos 12 am Empfinger 13, der dann einen Stoppimpuls 15 an den Zeitrechner 16 gibt. Der zu diesem Zeitpunkt vorhandene

/09326/0683

Inhalt des Zeitrechners 16 wird in Form eines Zeitimpulses 17 einem Auswertungsglied 18 zugeführt, das jeden eingegangenen Zeitimpuls mit dem vorhergegangenen Zeitimpuls vergleicht und den längsten dieser Zeitimpulse speichert. Wenn alle eingegangenen Impulse verglichen worden sind, erhält man ein Signal 19 am Ausgang des Auswertungsgliedes 18. Dieses Signal 19 entspricht dann dem längsten der dem Glied 18 zugeführten Zeitimpulse. Das Glied 18 wird später anhand der Fig. 2 näher beschrieben.

Der Zeitabstand t zwischen den Impulsen 11 ist größer als der Meßbereich des Empfängers 13, so daß keine Verwechslungen zwischen den Echos 12 verschiedener Impulse 11 vorkommen können. Ein üblicher Wert für t sind ca. 20 msec, wenn der Sender ein Lasersender ist.

Da der Empfänger 13 bei Empfang des ersten Echos 12 ein Stoppsignal 15 an den Rechner 16 gibt, wird nur das zeitlich erste Echo 12 eines Impulses 11 gemessen, das dann einen Zeitimpuls 17 veranlaßt. Man kann somit keinen Zeitimpuls für die übrigen Echos eines Impulses 11 erhalten, da der Rechner nach dem Stoppimpuls einen neuen Startimpuls erst erhält, wenn der nächste Impuls 11 vom Sender 10 abgegeben wird.

Ein Ausführungsbeispiel für den Auswertungskreis 18 zeigt Fig. 2, Ein Zeitimpuls 17 erreicht den Eingang 180 des Kreises. Dieser Impuls 17 wird einem Schalter zugeführt, hier einem

- 6 8 2 6/0883

Transistor 181, dessen Kollektor an eine konstante Spannungsquelle U angeschlossen ist. Der Impuls 17 an der Basis des Transistors 181 bewirkt, daß der Kondensator 183 auf eine Spannung tL aufgeladen wird, die der Dauer T des Zeitimpulses· 17 entspricht. Diese Spannung IL wird zusammen mit der Spannung U₂ eines weiteren Kondensators 184 einem Vergleichsglied 185 zugeleitet. Die Spannung U₂ entspricht dem längsten der zuvor erhaltenen Zeitimpulse. Wenn IL <£ U₂, bleibt die Spannung U₂ an dem Kondensator 184 unverändert. Wenn U^ /^U₂, also der U₁ entsprechende Zeitimpuls länger als der U₂ entsprechende ist, wird von dem Vergleichsglied 185 ein Synchronisiersignal 188 an die Basis eines Transistorschalters 182 gegeben, dessen Kollektor an dieselbe konstante Spannungsquelle U angeschlossen ist wie der Kollektor des Transistors 181. Dadurch wird der Kondensator 184 auf die neue Spannung U₁ ^> U₂ aufgeladen. Sine gewisse Zeit L nach dem Eintreffen eines Zeitimpulses 17 am Eingang 180 wird der Kondensator 183 über einen Transistorschalter 187 entladen, der an seiner Basis ein Startsignal vom Eingang 180 über ein Verzögerungsglied 186 mit der Verzögerungszeit ferhält, wobei t_o<^^/6<^T. Die Spannung U₂max, die schließlich, nachdem sämtliche Zeitimpulse 17 vom Auswertungsglied 18 empfangen worden sind, am Kondensator 184 liegt, ist somit ein Maß für den längsten Zeitimpuls, der während der Messung empfangen worden ist. Dieser wiederum ist ein Maß

für die Entfernung a zu dem Ziel. Es ist z.B. a = C . ^ , v/ot C die Lichtgeschwindigkeit ist, mit der die Laserimpulse 11

-I-209826/0 6 83

gesendet werden, und T die Dauer des aktuellen Zeitimpulses.

Die in die Anordnung eingehenden Einheiten können aus Sender, Empfänger und Zeitrechner bestehen, wie sie von P. Früngel in "High Speed Pulse Technology", Vol. II, Kapt. L6, Academic Press, beschrieben werden, v/obei der Sender ein Einz el impuls laser ist, der im vorliegenden Falle durch einari Schnellimpulse abgebenden Laser, z.B. einem Halbleiterlaser, ersetzt werden kann. Das Vergleichsglied und das Zeitverzögerungsglied sind zweckmäßigerweise Differentialverstärker, z.B. uA 710 Fairchild, bzw. raonostabile Kippschaltungen, z.B. 96OI Fairchild.

besonders Sine Anordnung gemäß der Erfindung ist beispielsweise/für Messungen in Grubenschächten geeignet, was aus Fig. 3 ersichtlich ist.

In Fig. 3 ist in seinem Förderturm 30" über einem Grubenschacht 31 ein Signalglied 20 angeordnet. Das Signalglied 20 besteht aus einer Sendereinheit 21 und einer Empfängereinheit 22. Die von der Sendereinheit 21 gesendeten Impulse sind durch die Linie 23 markiert und die auf die Empfängereinheit reflektierten Echos durch die Linien 24. Die Ziffer 33 bezeichnet einen nicht erwünschten Reflexionspunkt im Schacht 31. Der gewünschte Reflexionspunkt liegt hier am Boden 32 des Schachtes. In einem solchen Grubenschacht können Unregelmäßigkeiten an den Wänden und am Boden, lose Gegenstände auf dem Boden, Staub im Schacht usvf. nicht erwünschte Echos erzeugen.

- 8

209 8 2 S/ 0 6.8

^BAD ORIGtNAL

216Ü766

Durch die Erfindung hat man ein Verfahren zur Auswertung von Meßwerten bekommen, das sehr einfach ist und zu einer Durchführung keine komplizierte Komplettierungsausrüstung ~erfordert und das mit großer Sicherheit bei Entfernungsmessungen verwendet werden kann, bei denen sich zwischen dem Meßinstrument und
dem Meßobjekt störende Objekte befinden.

20 9326/0683

Claims

- 9 ,Patentansprüche i

1. Verjähren zur Messung der Entfernung eines bestimmten Objektes unter Verwendung einer Sendereinheit und einer Empfängereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit in Richtung auf das Objekt eine Reihe Impulse mit hoher Frequenz aussendet, daß die Empfängereinheit nur das zeitlich zuerst erzeugte Echo jedes gesendeten Impulses registriert und daß dasjenige aller registrierten Echos, das den längsten Weg zurückgelegt hat, als Maß für die zu messende Entfernung ausgeworfen wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (10) aus einem impulsgebenden Halbleiterlaser besteht.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit ein zeitmessendes Glied (16) enthält, das die Zeit mißt, die zwischen dem Aussenden eines Impulses (11) von der Sendereinheit (10) bis zum Empfang des ersten, von diesem Impuls erzeugten Echos (12) vergeht, und das ein Ausgangssignal in Form eines Zeitimpulses (17) abgibt, der ein Maß für die gemessene Zeit ist·

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit ein Auswertungsglied (18) enthält, dem

.alle Zeitimpulse (17) zugeleitet werden und dessen Ausgangssignal

- 10 2098 26/068 3

ein Maß für den längsten der ihm zugeführten Zeitimpulse (17) ist.

209826/0683

Lee rseite