DE2219342A1

DE2219342A1 - Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Körpers

Info

Publication number: DE2219342A1
Application number: DE19722219342
Authority: DE
Inventors: R Kuhne; H Meyr
Original assignee: Hasler AG
Current assignee: Hasler AG
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1972-11-16
Also published as: CH531178A; GB1365739A; IT958784B; FR2135271A1; US3804517A; FR2135271B1; SE375157B

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. Andrejews ki
Dr. -Ing. Honke
Dipl.-Ing. Gesthuysen Esspn' dpn IQ

Xeldon223994 .

HASIER AG-. BERN (Schweiz),

Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Körpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Körpers, der sich parallel zu einer Fläche bewegt,· die'eine örtlich ungleichmässige Eigenschaft (z.B. optisches Reflexionsvermögen) hat. Bei diesem-Verfahren werden zwei elektrische Grossen erzeugt, deren jede sich 'entsprechend den Aenderungen der Eigenschaft an einer von zwei Stellen der Fläche ändert, die sich gemeinsam mit dem Körper bewegen und einen in der Bewegungsrichtung liegenden Abstand voneinander haben. Die von der in Bewegungsrichtung vorangehenden Stelle erhaltene elektrische Grosse wird verzögert und danach mit der von der anderen Stelle erhaltenen elektrischen Grosse multipliziert. Vom Multiplikationsergebnis (Produkt) wird ein zeitlicher Mittelwert gebildet und die Verzögerung wird derart geregelt, dass der zeitliclB Mittelwert einen vorbestimmten Wert annimmt, bei dem die verzögerte und andere Grosse zeitlich zusammenfallen, und die Geschwindigkeit als Quotient aus dem Abstand der beiden Stellen und der geregelten Verzögerung ermittelt wird.

Eine Messeinrichtung, welche nach diesem Verfahren arbeitet, ist aus der britischen Patentschrift 964-581 bekannt. Sie enthält zur Umwandlung der Ungleichmässigkeiten der Fläche in entsprechende elektrische Werte zwei lichtelektrische Wandler, die eine dem örtlichen Reflexionsvermögen der beleuchtenden Fläche entsprechende

■209847/0712

Spannung abgeben. Zur Verzögerung dient ein dauernd umlaufendes Magnetband oder eine Magnettrommel mit einem Schreibkopf und einem Lesekopf auf der gleichen Spur.

Zur Veränderung der Verzögerung wird entweder der Abstand der beiden Köpfe oder die Geschwindigkeit des magnetischen Informationsträgers verändert. Wenn die Laufzeit des magnetischen Informationsträgers zwischen den genannten Köpfen gleich der Laufzeit eines Punktes der Fläche zwischen den beiden Aufnehmern ist, ergibt sich am Ausgang des Tiefpasses ein Signalmaximum. Eine Regeleinrichtung stellt mit Hilfe einer Steuerschaltung den Arbeitspunkt der Vorrichtung auf dieses Maximum ein.

Es ist jedoch vorzuziehen, nicht auf ein Maximum einzuregeln, sondern auf einen Nulldurchgang des Ausgangssignals am Tiefpass. Zu diesem Zweck wurde in der genannten Patentschrift vorgeschlagen, das Signal des vorderen Aufnehmers um zwei verschiedene Zeiten, die wenig voneinander abweichen, zu verzögern, jedes der beiden verzögerten Signale mit dem Signal des hinteren Aufnehmers zu multiplizieren und die Differenz der Signale zu bilden, welche am Ausgang von den MultiplikafcLonsschaltungen nachgeschalteten Tiefpässen auftreten und die Verzögerung so einzustellen, dass diese Differenz zu Null wird.

In beiden Fällen ist die Verzögerungseinrichtung eine grosse, komplizierte und störanfällige Maschine.

2 0 98 A7/07.1 2

_ ¹Z _

Die Erfindung gibt ein Verfahren an, das mit einer Verzögerungseinrichtung ohne bewegte Teile durchführbar ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrische Impulsfolgen gleicher, veränderbarer Frequenz erzeugt werden, deren Amplituden sich entsprechend den Aenderungen der Eigenschaft an je einer der Stellen der Fläche ändern, dass die von der vorangehenden Stelle erhaltene Impulsfolge umgekehrt proportional zur !Frequenz verzögert, danach die . verzögerten Impulse und die Impulse der anderen Impulsfolge paarweise miteinander multipliziert und die Frequenz der Impulsfolgen ■■ derart geändert wird, dass der zeitliche Mittelwert des Produktes, den vorbestimmten Wert annimmt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung mit einem Impulsgenerator steuerbarer Frequenz, eine vom Impulsgenerator gesteuerte Vorrichtung zur Erzeugung der beiden elektrischen Impulsfolgen, ein vom Impulsgenerator gesteuertes, mehrstufiges Register, welches die von der in Bewegungsrichtung vorangehenden Stelle der Fläche abgeleiteten Impulse verzögert, eine vom Impulsgenerator gesteuerte Multiplikationsschaltung, die an einem Eingang die vom Register verzögerten und an dem- anderen Eingang die von der in Bewegungsrichtung nachgehenden Stelle abgeleiteten Impulse erhält, einen Tiefpass zur Bildung eines zeitlichen Mittelv/orto;; de;; Produkt;; und einen in Geschwindigkeit» einheit en geeichter

2 C 3 8 Λ 7 / Ü 7 1 2

Frequenzmesser, wobei der Impulsgenerator in einem Regelkreis wirkt, dessen Fühler die Multiplikationsschaltung mit dem Tiefpass, dessen Stellglied das Register, dessen Regelgrösse der Mittelwert, dessen Stellgrösse die Frequenz ist, und der sich im eingeregelten Zustand befindet, wenn der Mittelwert den vorbestimmten Wert hat.

Dadurch ist die störungsanfällige efektromechanische Verzögerungsvorrichtung der bekannten Messvorrichtung durch eine rein elektronische Verzögerungsvorrichtung ersetzt. Dies ist von besonderem Vorteil dann, wenn der zu messende Geschwindigkeitsbereich sehr gross ist, wie es z.B. bei der Messung von Geschwindigkeiten im Eisenbahnwesen der Fall ist, wo- die Messeinrichtung auf einer Lokomotive befestigt ist, die relativ zu ihr bewegte Fläche durch die Schienenoberfläche dargestellt wird und wo die zu messenden Geschwindigkeiten

209847/0712

zwischen 5 und 200 km pro Stunde variieren können.

Ira folgenden werden anhand der Figuren einige Beispiele für verschiedene Ausführungsformen der exfindungsgemässen Messvorrichtung erläutert.. Es zeigen:

Fig· 1 eine erfindungsgemässe Messvorrichtung¹, in welcher die

Messdaten als analoge Grossen verarbeitet werden',

Fig. 2 u. 3 Charakteristiken der Ausgangsspannung U im Mittel (zu Fig.' 1 bzw. Fig. 5) ,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des in Fig. 1 enthaltenen Tiefpasses _r

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine andere Ausführung der Messvorrichtung,

Fig. 6 u. 7 zwei Steuerungseinrichtungen zu Fig. 1 bzw. Fig. 5.

Pig. 8 einen Teil einer Variante zu Fig. 1

Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung, wie sie z.B. zur Messung der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges vorgesehen ist. Mit list die Oberfläche der Schiene bezeichnet, während die ganze übrige Apparatur sich auf dem Fahrzeug befindet und mit diesem von rechts nach links bewegt. 2 und 3 sind Lichtquellen, welche die Schienenoberfläche 1 beleuchten. Zwei beleuchtete Stellen 6 und 7 werden durch die optischen Systeme 4 bzw. 5 auf die photoelektrischen Wandler 8 bzw. 9, z.B. Photodioden abgebildet. An den Ausgängen der photoelektrischen Wandler entstehen Spannungen von Rauschcharakter, die von den optischen Eigenschaften der abgetasteten Flächenbahn abhängen. Dabei ist der Spannungsverlauf an den Ausgängen der beiden photoelektrischen Wandler annähernd gleich, jedoch eilt die Spannung am Ausgang des hinteren Wandlers 9 um die Zeit T nach, die das Fahrzeug braucht, um einen Weg 1 gleich dem Abstand der

209847/0712

Stellen 6 und 7 zurückzulegen. 10 und 11 sind zwei später näher zu beschreibende Schaltungen. 12 ist eine Verzögerungsschaltung, die das vom Ausgang der Schaltung 10 herkommende Signal um die Zeit verzögert. Diese Zeit kann durch ein über die Leitung 1 3 übermitteltes Signal verändert werden. Die Werte am Ausgang der Schaltung 11 und der Schaltung 12 werden im Multiplikator 14 miteinander multipliziert. Am Ausgange dieser Schaltung entsteht ein Wert,' der proportional zu dem Produkt der Werte an ihren beiden Eingängen ist; er geht über einen Tiefpass 1 5 zu einem Steuerkreis 16, an dessen Ausgang die schon erwähnte Leitung 13 angeschlossen ist. Wenn die Schaltungen 10 und 11 lineare Verstärker mit frequenzunabhängiger Verstärkung sind wie in der bekannten Einrichtung, so werden die genannten Werte durch Spannungen dargestellt und die Spannung am Ausgang des Tiefpasses 1 5 folgt der Kreuzkorrelationsfunktion der Spannung des photoelektrischen Wandlers 9 und der durch den Verzögerungskreis 12 verzögerten Spannung des photoelektrischen Wandlers 8. Diese Funktion ist in Figur 2 für eine bestimmte Geschwindigkeit der Einrichtung gegen die Fläche gezeigt. .Als Abszisse ist die Verzögerungszeit X , als Ordinate die mittlere Spannung am Ausgang des Tiefpasses 15 aufgetragen. Diese Funktion hat dann ein Maximum, wenn die durch die Schaltung 12 hervorgerufene Verzögerungszeit % gleich der Laufzeit T des Messgerätes für den Abstand 1 der Stellen 6 und 7 ist. Der Steuerkreis ist derart ausgebildet, dass er die Verzögerung auf diesen Wert einstellt. Dann ist die Verzögerungszeit Γ auch ein Mass für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges: X, = T -— .

In der erfindungsgemässen Einrichtung liegen am Eingang des Multiplikators nicht kontinuierliche Funktionen sondern diskrete Werte vor, die durch Abtasten der am Ausgange der photoelektrischen Wandler im Rhythmus einer Frequenz f erhalten werden. Dieses Abtasten geschieht durch die

209847/0712

22193Λ2

Schaltungen 10 und 11 , die zwei elektronische Schalter enthalten. Abtastschalter dieser Art bilden in der Zeiimultiplextechhik wohlbekannte Schaltelemente.

Die Steuereinrichtung 16 enthält einen Impulsgenerator, der eine Impulsfolge variabler Frequenz abgibt. Der Impulszug steuert die Abtastschalter 10 und 11 , die Verzögerungseinrichtung -12, den Multiplikator 14 und kann auch den Tiefpass 15 steuern^ seine Frequenz wird durch die Anordnung so eingeregelt, dass sie proportional der Geschwindigkeit des Gerätes wird. Deswegen kann die Geschwindigkeit durch den Frequenzmesser 17 angezeigt werden, welcher eine Angabe direkt in km/h liefert. Durch Zählung der Impulse von einem bestimmten Zeitpunkt an erhält man den ab diesem Zeitpunkt durchlaufenen Weg, welcher durch den Impulszähler 18 direkt in Kilometern und Metern angezeigt wird. '

Da die Frequenz im eingeregelten Zustande proportional der Geschwindigkeit ist, ist der Abstand der Stellen auf der Fläche, die aufeinander folgenden Abtastzeilpunkten entsprechen, konstant und unabhängig von der Geschwindigkeit. Im allgemeinen besteht die Bedingung, dass vor dem Abtasten von kontinuierlich verlaufenen Spannungen eine Frequenzbegrenzung auf höchstens die halbe Abtastfrequenz erfolgen muss, um das Auftreten von Spiegelfreqüenzen zu vermeidet. Da die Abtastfrequenz bei der angegebenen Anordnung variabel ist, ist eine Frequenzbegrenzung; auf elektrischem Wege auf einfache Weise nicht möglich. Sie könnte auf optischem Wege durch entsprechende Wahl der Spaltbreite realisiert werden, doch ist für die Auswertung der Korrelation keine Frequenzbandbegrenzung nötig.

Die genannten elektrischen Werte können dargestellt werden entweder durch amplitudenmodulierte Impulse oder durch binäre Code-Kombinationen, welche

209847/0712

in bekannter Weise durch Analog/Digital-Umwandlung aus dem amplitudenmodulierten Impuls gewonnen werden.

Wenn die Werte durch PAM-Impulse dargestellt werden, sind 10 und 11 einfache Abtastschalter, 12 ein Schieberegister für Analogwerte, welche, durch die Impulse auf Leitung 13 gesteuert, in Kondensatoren gespeichert und nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen zum Multiplikator 14 weitergegeben werden. An den anderen Eingang des Multiplikators 14 ist direkt der Ausgang des Abtastschalters 11 angeschlossen. Der Multiplikator 14 ist ein Vier-Quadrant-Multiplikator bekannter Bauart.

Da die Impulsabstände über einen sehr weiten Bereich variieren können, ist es vorteilhaft, für.das Filter 15 einen durch die auf der Leitung 13 auftretenden Impulse gesteuerten Tiefpass für diskrete Werte zu verwenden. Ein solcher Tiefpass ist in Figur 4 im Blockschaltbild dargestellt. Er hat einen Eingang 20, an dem die diskreten Werte Z auftreten, wobei Z die Amplitude des Spannungsimpulses und k seine Ordnungsnummer bezeichnet. Er durchläuft eine Subtraktionsschaltung 21 , einen Abschwächer 22, der den Wert mit einem Betrag ρ < 1 multipliziert, eine Additionsschaltung 23, an deren Ausgang der Wert S auftritt und der Ausgang des Tiefpasses angeschlossen ist,worin S die Amplitude des Impulses und k seine Ordnungsnummer bezeichnet. An den Ausgang ist eine Verzögerungsschaltung 24 angeschlossen, welche von den Impulsen auf Leitung 13 gesteuert, den Wert S um die Zeit T_averzögert. Dieser verzögerte Wert wird dem zweiten Eingang der Schaltung 23 und dem Subtraktionseingang der Schaltung 21 zugeführt. Demnach genügt das Ausgangssignal S des Tiefpasses folgender Gleichung:

T ist fjleich dem Abstand zweier Impulse auf Leitung 13, also T = 1/f. a ^a

209847/0712

Wenn ρ klein ist, etwa z.B. 0,1 , so besteht das Ausgangssignal zu 9/i0 aus dem vorhergehenden Ausgangssignal S . und zu 1/1O aus dem neuen Eingangssignal Z . Demnach folgt das Ausgangssignal Veränderungen des Eingangssignals nur langsam, worauf die Wirkung als Tiefpass beruht.

Je kleiner ρ ist, desto genauer ist die Mittelwertbildung, aber desto langsamer erfolgt die Anpassung an sich ändernde Geschwindigkeiten, ρ ist demnach je

dv

nach der auftretenden maximalen Beschleunigung — zu wählen.

ö-t

Wie schon erklärt, wird der Wert am Ausgange des Tiefpasses 15 ein Maximum, wenn die Frequenz so eingestellt wird, dass die Verzögerung -f, eines Wertes im Filter 12 gleich der Laufzeit T =_1_ ist. Die Steuereinrichtung 1 6,

ν welche den Frequenzgenerator enthält, muss also die Frequenz so einstellen, dass diese Bedingung erfüllt ist, ist demnach eine sogenannte maximumsuchende Regeleinrichtung. Eine solche ist in Figur 5 schematisch dargestellt. Ihr Eingang ist an den Ausgang 25 des Tiefpasses angeschlossen und mit dem Eingang eines Verstärkers 42 verbunden, welcher einen invertierten und einen nicht invertierten Ausgang hat. Die Ausgänge sind über 2 Widerstände 43 und 44 und zwei Schalter 45 und 46 mit.dem Eingang 47 eines Spannungs-Frequenz-Wandlers 48 verbunden. Dieser hat einen sehr hochohmigen Eingang, der über den Kondensator 49 mit Masse verbunden ist. Er liefert auf die Leitung 13 eine fortlaufende Folge von kurzen Impulsen, deren Frequenz zur Spannung am Eingang 47 zumindest annähernd proportional ist. Eine genaue Proportionalität wird nicht gefordert. Der Eingang 47 ist ausserdem über den Schalter 50 und den Widerstand 51 mit einer positiven Spannungsquelle und über den Schalter 52 und den Widerstand 53 mit einer negativen Spannungsquelle verbunden. Zur Suche des Maximums wird die Ausgangsfrequenz in langsamer Frequenz einmal zu einer etwas höheren, dann wieder zu einer etwas tieferen Frequenz verschoben und gemäss den dadurch am Ausgang

209847/0712

des Tiefpasses auftretenden Werten in entgegengesetzter Richtung verstellt. Befindet man sich auf. einem abfallenden Ast der Glockenkurve, so sind die Grossen der Verstellung in beiden Richtungen verschieden, derart, dass eine Gesamtverstellung zum Maximum hin resultiert.

Die Durchführung der Suche des Maximums geschieht dadurch, dass zunächst der Schalter 50 für eine kurze, genau festgelegte Zeitdauer geschlossen wird, wodurch die Spannung am Punkt 47 um einen bestimmten Betrag erhöht wird. Darauf wird der Schalter 45 geschlossen, wodurch der Ausgang des Verstärkers abgetastet wird und eine Verschiebung nach der entgegengesetzten Seite stattfindet, da die Ausgangsspannung am Verstärker höchstens gleich der am Widerstand 54 anliegenden Spannung V- sein kann. Danach wird der Schälter 52 für eine kurze Zeitdauer geschlossen und danach der Schalter 46, der über den Widerstand 44 den negativen Ausgang des Verstärkers 42 abtastet. Der eine Schalterkontakt ist über den Widerstand 55 mit einer positiven Spannungsquelle V+ verbunden.

Wenn die genannten Werte durch Kombinationen binärer Zeichen dargestellt werden, so enthalten die Abtastschalter 10 und 11 je einen Analog/Digital-Wandler, deren Bauart aus PCM-Einrichtungen bekannt sind. Die einzelnen Bits der Kombinationen können gleichzeitig (parallel) oder nacheinander (seriell) auftreten. 12 ist ein Schieberegister, in welches der am Ausgang der Schaltung 10 enthaltene Wert eingespeichert wird. Dazu hat jede Stufe des Schieberegisters soviele Zellen, wie der binär dargestellte Wert Stellen enthält. Die Werte werden von den auf Leitung 13 auftretenden Impulsen gesteuert durch das Schieberegister hindurchgeschoben, bis sie am Ausgang des Schieberegisters auftreten und zu dem digitalen Multiplikator 14 weitergeleitet werden. Dieser führt eine digitale Multiplikation durch und gibt das Ergebnis an den Tiefpass 1 5 weiter.

2098A7/Ö712

Die Schaltungen der Figur 4 sind dann auch durchwegs digitale Schaltungen. Die Schaltung 21 ist dann ein digitaler Subtraktionskreis, die Schaltung 23 ein Additionskreis, die Schaltung 22 ein Multiplikationskreis, der im einfachsten Falle eine Stellenverschiebung bewirkt, der Verzögerungskreis 24 ein Flip-Flop-Register, welches eine Verzögerung um eine Taktzeit T aus-

führt. Die Schaltung der Figur 5 bleibt unverändert, mit der einzigen Ausnahme, dass zwischen den Eingang-25 und den Verstärker 42 ein Digital/ Analog-Wandler 41 geschaltet ist, der den digitalen Ausgang des Filters in ein Analogsignal überführt. Die Schaltung der Figur 6 vermeidet die komplizierte maximumsuchende Regelschaltung, indem sie dem Verzögerungskreis 12 zwei Ausgänge mit verschiedenen Verzögerungen gibt, welche an die beiden Multiplikatoren 14 und 34 angeschlossen werden, deren andere Eingänge mit dem Ausgang der Schaltung 11 verbunden sind. Am Ausgang der Multiplikatoren liegen die Tiefpässe 15 und 35, deren Ausgänge mit den Eingängen einer Subtraktionsschaltung 31 verbunden sind. Deren Ausgangssignal steuert die Steuerschaltung 36,. Ist der Mittelwert der Verzögerungszeiten bis zur letzten und vorletzten Stufe des mehrstufigen Registers gleich 1, so geht der Wert am Ausgang der Subtraktionsschaltung 31 durch Null (Fig. 3), womit der Regelkreis sich auf die Spannung 0 an diesem Eingang einstellen muss. In Figur 3 ist der mittlere Ausgangswert U in Abhängigkeit von der Verzögerung für eine bestimmte Geschwindigkeit ν aufgetragen. Wie in Figur 1 können auch hier die einzelnen Blöcke entweder mit amplitudenmodulierten Impulsen oder mit binärcodierten Werten arbeiten. Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerschaltung 36. In dieser ist der Ausgang der Subtraktionsschaltung 31 über einen Widerstand 61 und einen Schalter 62 mit dem Eingang des Spannungs-Frequenzwandlers 48 verbunden, an dessen hochohmigen Eingang der Kondensator 49 angeschlossen ist. *

209847/0712

Beim Auftreten eines jeden Wertes am Ausgang der Subtraktionsschaltung wird der Schalter 62 kurzzeitig geschlossen und verstellt damit die Spannung am Kondensator 49 und damit die Frequenz des Spannungs-Frequenzwandlers in positiver oder negativer Richtung, derart, dass der mittlere Wert am Eingang des Steuerkreises nach Null geht. Sind die Werte durch binäre Code-Kombinationen dargestellt, so liegt wieder zwischen dem Ausgang der Subtraktionsschaltung 31 und dem Eingang der Steuerschaltung 16 ein Digital/ Analog-Wandler 60.

Da die Spannungen am Ausgang der Energiewandler 8 und 9 nur zu den Abtastzeitpunkten gebraucht werden, ist es nicht notwendig, die Fläche 1 dauernd zu beleuchten. Es genügt, diese zu den Abtastzeitpunkten durch Lichtblitze zu beleuchten, was bei der Verwendung von Halbleiter-Lichtquellen vorteilhaft ist.

209847/0712

- 42 -

Der Messbereich der -besehrielbenen Einrichtung ist in Richtung kleiner Geschwindigkeiten begrenzt, und zwar aus folgenden Gründen:

Es sei T. = - die Zeit, um den Anstand der "beiden Abtast-

stellen "bei der Geschwindigkeit ν zu durchlaufen. Berechnet man die'Schnelligkeit einer Aenderung dieser Zeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und Beschleunigung, so erhält man:

dT 1 . a

dt 2
ν

worin a die Beschleunigung ist. Daraus ergibt sich, dass "bei kleinen Geschwindigkeiten die Aenderungsgeschwindigkeit der Laufzeit zwischen beiden Stellen grosse Werte annehmen kann. Der Regelkreis muss diesen Aenderungen folgen können. Nun ist das durch eine variable Impulsfrequenz gesteuerte Schieberegister ein Stellglied, das eine Einstellzeit hat, welche gleich der Laufzeit des Schieberegisters ist. Hat das Schieberegister Endstufen und schaltet man die Durchlaufszeit eines Wertes durch das Schieberegister vonT aufT + AXum, so beträgt die Laufzeit für den ersten Wert, der nach der Umschaltung am Ausgang des Schieberegisters abgenommen wird,~[ + ΛΤ / n, für den zeitenT+ 2 A"l/n und für den Endwert, das ist der Wert der bei der Umschaltung in den Eingang des Schieberegisters eintrat, hat die Laufzeit den Betrag

209847/0712

T+ (ώ- Δ.Χ /η) =Τ+ΔΧ. Diese Einsteilzeit ist also gleich der Zeit T, die bei kleinen Geschwindigkeiten sehr gross wird. Damit ist die Gefahr vorhanden, dass bei kleinen Geschwindigkeiten der Regelkreis den Aenderungen nicht folgen kann. Stellt man jedoch das ÄT auf einen grösseren Wert ein als nötig, so wird dieser nötige Wert zwar schneller erreicht, aber infolge der Einstellzeit schiesst die Aenderung über den nötigen Wert hinaus und es ergeben sich unerwünschte Regelschwingungen.

-Bei einer auch für kleinere Geschwindigkeiten geeigneten Äusführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung hat der Impulsgenerator eine untere Grenzfrequenz, welcher eine bestimmte Grenzgeschwindigkeit entspricht. Dabei enthält das Schieberegister 12 (Fig. 8) an seinem hinteren Ende zusätzliche Stufen 12', und es ist eine zusätzliche Steuerschaltung 19 vorgesehen, welche bei Geschwindigkeiten unterhalb der Grenzgeschwindigkeit so viele zusätzliche Stufen des Schieberegisters hinzuschaltet, dass die Verzögerung des Schieberegisters einschliesslich der zusätzlichen Stufen gleich der jeweils zum Durchlaufen des Abstandes zwischen den beiden Stellen der Fläche benötigten Zeit wird.

Bei dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Einrichtung/derKörper (Messeinrichtung) feststehen und die Fläche,' beispielsweise die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere Walzgut, sich bewegen. Umgekehrt kann der Körper sich bewegen,

209847/0712

ZoB. ein Fahrzeug mit Geschwindigkeitsmesser sein, und die Fläche stillstehen, z.B. die Lauffläche einer Schienenbahn oder eine Fläche sein, längs welcher ein Fahrzeug mit Rädern oder ohne Räder, z.B. ein Luftkissenfahrzeug oder -"boot, sich "bewegt. -._._.

209847/0712

Claims

y? - Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Körpers, der 'sich parallel zu einer Fläche bewegt, die eine örtlich ungleichmassige Eigenschaft hat, "bei welchem Verfahren zwei elektrische Grossen erzeugt werden, deren jede sich entsprechend den Aenderungen der Eigenschaft an einer von zwei Stellen der Fläche ändert, die sich gemeinsam mit dem Körper bewegen und einen in der Bewegungsrichtung liegenden Abstand voneinander haben, die von der in Bewegungsrichtung vorangehenden Stelle erhaltene elektrische Grosse verzögert, danach mit der von der anderen Stelle erhaltenen elektrischen Grosse-multipliziert, vom Produkt ein zeitlicher Mittelwert gebildet und die Verzögerung derart geregelt wird, dass der zeitliche Mittelwert einen vorbestimmten Wert annimmt, bei dem die verzögerte und die von der anderen Stelle erhaltene Grosse zeitlich zusammenfallen, und die Geschwindigkeit als Quotient aus dem Abstand der beiden Stellen und der geregelten Verzögerung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrische Impulsfolgen gleicher, veränderbarer Frequenz erzeugt werden, deren Amplituden sich entsprechend den Aenderungen der Eigenschaft an je einer der Stellen der Fläche ändern, dass die von der vorangehenden Stelle erhaltene Impulsfolge umgekehrt proportional zur Frequenz verzögert, danach die verzögerten Impulse

209847/0712

die Impulse der anderen, Impulsfolge paarweise miteinander multipliziert und die Frequenz der. Impulsfolgen derart 'geändert wird, dass der zeitliche Mittelwert des Produktes den vorbest immt en Wert annimmt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (16) mit einem Impulsgenerator steuerbarer Frequenz, eine vom Impulsgenerator gesteuerte Vorrichtung (2,4,8,10,3,5,9,11) zur Erzeugung der "beiden elektrischen Impulsfolgen, ein vom Impulsgenerator weitergeschaltetes, mehrstufiges Register (12), welches die von der in Bewegungsrichtung vorangehenden Stelle (6) der Fläche (l) abgeleiteten Impulse verzögert, eine vom Impulsgenerator'gesteuerte Multiplikationsschaltung (14), die an einem Eingang die vom Register (12) verzögerten und an einem anderen Eingang die von der in Bewegungsrichtung nachgehenden Stelle (7) abgeleiteten Impulse erhält, einen Tiefpass (15) zur Bildung eines zeitlichen Mittelwertes des Produkts und einen in Geschwindigkeitseinheiten geeichter Frequenzmesser (17), wobei der Impulsgenerator (16) in einem Regelkreis wirkt, dessen Fühler die Multiplikationsschaltung (14) mit dem Tiefpass (15), dessen Stellglied das Register (12), dessen Regelgrösse der Mittelwert, dessen Stellgrösse die Frequenz ist, und der sich im eingeregelten Zustand befindet, wenn der Mittelwert den vorbestimmten Wert hat.

209847/0712

-IT-

3. Einrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator der Steuerschaltung (16) auch den Tiefpass (15) steuert.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vor "be stimmte Wert das Maximum der Ausgangsgrösse des Tiefpasses ist.

5. Einrichtung nach ^^^Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das k-te Ausgangssignal S, des Tiefpasses folgender Gleichung genügt:

S₁ = ρ (Z₁ - S₁ -. ) + S₁ .. k ^ ^v k k-1 k-1

worin S, _, das dem k-ten Ausgangssignal vorhergehende Ausgangssignal Z, das k-te Eingangssignal und ρ einen Paktor «C 1 bedeuten.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2,4,8,10,3,5,9,11) ^zur Erzeugung der Impulsfolgen Analog/Digital-Wandler enthält, und dass das Register Cl2), die MuItiplikationsschaltung (14) und. der Tiefpass (15) digitale Schaltungen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Register (12) mit einem Abgriff an seiner vorletzten Stufe versehen ist, dass dieser Abgriff mit dem ersten Eingang einer zweiten MuItiplikationsschaltung (34) verbunden ist, deren zweiter Eingang mit dem zweiten Eingang der ersten MuItiplikationsschaltung (14) verbunden ist und deren Ausgang

209847/0712

- Ϊ8 -

zu einem zweiten Tiefpass (35) führt, dass die Ausgänge der beiden Tiefpässe (15 und 35) zu einem Subtraktionskreis (31) führen, an dessen Ausgang die Steuereinrichtung (36) angeschlossen ist und dass diese derart ausgebildet ist, dass sie für ein Eingangssignal, welches von Hull abweicht, die Frequenz in einer Richtung verstellt, die vom Vorzeichen des Eingangssignals abhängt, derart, dass das Eingangssignal auf UuIl eingeregelt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung der beiden Impulsfolgen eine vom Impulsgenerator gesteuerte Lichtquelle und zwei photoelektrische Wandler enthält.

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ■ dass der Impulsgeber (16) eine untere Grenzfrequenz hat, der eine bestimmte Grenzgeschwindigkeit entspricht, dass das Schieberegister (12) an seinem hinteren Ende zusätzliche Stufen (12') enthält, und dass eine zusätzliche Steuerschaltung (19) vorgesehen ist, welche bei Geschwindigkeiten unterhalb der Grenzgeschwindigkeit so viele zusätzliche Stufen des Schieberegisters hinzuschaltet, dass die Verzögerung des Schieberegisters einschliesslich der zusätzlichen Stufen gleich der jeweils zum Durchlaufen des Abstandes zwischen den beiden Stellen auf der Fläche benötigten Zeit wird.

209847/0712