DE2229887A1 - Verfahren zum messen des abstands von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie - Google Patents

Verfahren zum messen des abstands von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie

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Description

19JÜN.1972
SIK-IRI-IS AKTIEIIGESELLSCHAFT München 2, den
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
VPA w,
Z229887
Verfahren zum Messen des Abstands von und der Geschv/indigkeitskojriponente eines Objektes senkrecht zu einer Bezugslinie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Kesasn des Abstands nines Objektes von einer Bezugsebene und der Geschwindigkeitskomponente des Objekte,--, senkrecht zu einer Bozugcebene.
Üatfernungsnaßgeräte, bei welchen ein Laserstrahl über den Raum abgelenkt V/ird, in dem das zu erwartende Zielobjekt erwartet v/ird, und nach Reflexion ar Z.iclobjekt die Zielentfernung durch einen Zeitvergleich zwischen Au or. ει j dung und Empfang des Laserstrahls bestimmt ν;:·Γ&5 sind bekannt.
In dor DAS 'i 798 215 wird ein von dem reflektiertem Laserstrahl abhängiger Bildstrahl in einer Bjldvorrichtu.ng mit der gleichen Vertikalablei'kfrequenz über einen Bildschirm geführt v/ie der ausgesandte Laserstrahl über den Rauia. Die Entfernung3anzeige det; Objektes v/ird durch eine PhacenvL-rzögerungsvorrichtung eingestellt. Diene Einstellung geschieht jedoch von Hand, v;ozu einige Sekunden nötig sind.
•o
Iii der DOS 2 112 325 ist ein optisches Gerät zur gleichzeitigen 1·ίοssung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines bewegten Objektes j η Bezug auf eine feste Markierung beschrieben. Die Entfernung des Objektes v/ird durch Laufzeitmessung einss in einer festen Richtung ausgesandten Laserstrahlinpulses bestimmt und die Geschwindigkeit des Objektes durch die Frequenzverschiebung des ausgesandten Strahles bei der Reflexion am bewegten.Objekt.
Der Nachteil dieses Gerätes besteht darin, daß es auf das
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zu meßende Objekt genau ausgerichtet werden muß. Ein schnelles Abtasten des Raumes nach dem Objekt ist hiermit nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Messung des Abstandes eines Objektes von einer Bezugslinie und. der Geschwindigkcitskomponente eines entfernten, bewegten Objektes senkrecht zu der Bezugslinie, wobei die obengenannten Nachteile nicht auftreten.
Diene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Lasersender Strahlen durch einen Strahlablenker periodisch über den Raum, in dem sich das Objekt befindet, abgelenkt, a::~; Objekt diffus reflektiert und von einem neben dem Sender angeordneten Detektor registriert v/erden, der nur Licht aus einer bestimmten Richtung aufnehmen kann, und daß die Entfernungen aus der Zeitdifferenz zwischen σ eis Beginn der Strahlablenkung und dem Detektorsignal bettiüimt v/erden. Als Strahlablenker werden vorteilhafterweise mit einem Schwingspiegel versehene piezoelektrische Strahlablenker verwendet.
Dieser Strahlablenker wird insbesondere mit einer Dreieckoder Sägezahnspannung angesteuert. Zum Zeitpunkt des Einsetzens der Dreieck- oder Sägezahnspannung wird ein Referenzimpuls erzeugt und der Abstann zwischen diesem Referenziinpuls und der Anstiegsflanke eines vom Detektor erzeugten Meßimpulses geraessen und als Kaß zur die Zsitdifferenz zwischen dem Beginn der Strahlablenkung und dem Detektorsignal verwendet.
Die Dreieck- oder Sägezahnspannung wird durch Impulsintegrierung eines Rechteckimpulses erzeugt und der Referenzin-puls durch Differenzierung des RechteckiDpulses und Unterdrückung des an der Rückflanke erzeugten negativen Impulses erzeugt.
Der Keßimpuls wird ebenfalls differenziert lind beide Impulse
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dann einem Impulsdiskriminator zugeführt. Dieser erzeugt mit einer der Zeitdifferenz zwischen Referenzimpuls und Heßimpuls proportionalen Länge einen Anzeigeimpuls.
Durch zweimaliges Messen der Entfernung des bewegten Objektes und durch Messung der Zeitdifferenz der beiden Messungen kann ferner die Geschwindigkeitskomponente des Objektes senkrecht zu der Bezugsebene bestimmt werden. Dazu wird der Impulsdiskriminator über einen Impulsgeber zu den zwei Meßzeitpunkten für die Dauer einer halben Ablenkperiode des Strahlablenkers eingeschaltet.
Die Entfernung und die Geschwindigkeitskomponente des Objektes senkrecht zu der Bezugsebene wird schließlich auf digitalen und/oder anajcgen Anzeigegeräten dargestellt.
Anhand der Figurenbeschreibung wird die Erfindung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Anordnung zur Messung von Entfernungen und der Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu einer Bezugsebene,
Figur 2 Diagramme zur Veranschaulichung der Funktion der Anordnung.
Anhand der Figur 1 wird zunächst ein Verfahren zur Entfernungs messung beschrieben. Ein Generator 7» speziell ein astabiler Multivibrator, erzeugt Rechteckspannungsimpulse, die als Ausgangsspannung für die Referenz- und Steuerimpulse dienen. Aus der Rechteckspannung wird in einem Umformer 8 eine Dreieck oder Sägezahnsteuerspannung gewonnen. Diese wird einem piezoelektrischen Lichtablenker 9 mit einem Spiegel 10 zugeleitet. Als Lichtquelle für diesen Lichtstrahl dient ein Dauerstrichlaser 12, dessen Strahlung am Spiegel 10 umgelenkt wird. Der Spiegel 10 schwingt mit einer Frequenz von mehreren kHz,
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v.'obej der umgelenkte Strahl mehrere 1000 χ in einer Sekunde einen Winkel von 20 zwischen den maximalen Auslenkanrplituden zwischen den Punkten 14 und 15 überstreicht. Bei Ansteuerung des Spiegels 10 mit einer Dreieckspannung verlauft die Bewegung des Lichtstrahl1 es zwischen den Punkten IA und 15 linear in beiden Richtungen. Wird der Spiegel 10 mit einer Sägezahnspannung angesteuert, se verläuft die Bewegung zwischen den Punkten 14 und 15 ebenfalls linear, aber in einer Richtung schneller als in der anderen . Per Lichtstrahl wird am Objekt 13 gestreut. Das Streulicht gelangt darauf in den Detektor Überstreicht der Lichtstrahl die Fläche in einem Bereich i\/"> , so wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Laserlichtstrahl das Objekt 13 treffen und das Streulicht in den Detektor 17 gelangen. Dieser Zeitpunkt wird der Entfernung 11 des Objekten 13 von einer Bezugslinie 6 in der Nähe des Schwingspiegels zugeordnet, da die Ablenkstellung des Schwingspiegels zu diesem Zeitpunkt zum Empfang des Streulichtes im Detektor 17 führt. Das vom Detektor 17 registrierte Lichtsignal wird in.einem Verstärker 19 mit automatischer Verstärkungsregelung verstärkt und gelangt über einen Impulsumformer 20, welcher aus dem Signal eine Rechteckspannung formt zu einem Differentiator 21, v/elcher nur die Anstiegsflanke des Meßimpulses einem Impulsdiskriminator 22 zuführt. Diesem Impulsdiskriminator 22 wird auch die Anstiegsflanke des in einem Differentiator 23 differenzierten Spannunrrssignals aus dem Spannungsgenerator zugeführt. Der Impulsdiskriminator erzeugt der Zeitdifferenz von Referenzimpuls und Meßimpuls entsprechend lange Impulse, die in einem Integrator 24 integriert und einer Digitalanzeigevorrichtung 25 und einer Analoganzeigevorrichtung 26 zugeführt, werden.
Diese Anzeigen geben den Meßwert wieder, der die Entfernung des Objektes 13 von der Bezugsli.nie 6 besitzt. Befindet sich das Objekt 13 in Höhe der Linien 27 oder 28, dann trifft der gestreute Lichtstrahl den Detektor 17 entsprechend später, so daß die im Impulsdiskriminator erzeugten Impulslängen geändert werden.
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Berührt das Objekt "beispielsweise ein dickes Band mit peiner von der Meßstation abgewandten ebenen Oberfläche eine Bezugslinie mit einer von der Mef3station bekannten Entfernung, dann läßt sich durch Messung üer Entfernung der der Meßstation zugewandten ebenen Oberfläche des Bandes dessen Dicke bestimmen.
Anhand der Figur 2 wird der zeitliche Verlauf der in den einzelnen elektronischen Geräten vorliegenden Spannungen dargestellt.
Der Generator 7 erzeugt eine Rechteckspannung Uq, von der die Anstiegsflanken U„ als ReferendaKpulse in den Impulsdiskriminator gelangen. Der piezoelektrische Lichtablenker 9 wird mit den Steuerspannungen U„ angesteuert, welche entweder sägezahn! örniig 29 oder dreieckförmig 30 verlaufen. Die zu drei verschiedenen J-'ntfernungen des Objektes von der Bczugslinie 6 gemäß der eingezeichneten Lage des Objektes 13 eine)? Ort in Höhe der Bezugslinien 27 und 28 gehörigen Änderungen des Einfallswinkels ^l /; sind durch drei Spamuingswerte U.,,, ^q-^,o 1^d U0-,-, gekennzeichnet. Diese Spannungswerte geben an, bei welcher Steuerspannung und zu welcher Zeit der Meßimpuls U,, entsteht. Für diese drei verschiedenen Entfernungen des Objektes erhält man aus dem Impulsdiskriminator unterschiedlich lange Rechteckimpulse Ud,,,,* , t-W}*? bzw; Diese Impulslängen wurden für eine Sä£:ezahnsteuerspannung 29 länger. Infolgedessen könnten geringe Entfernungsunterschiede des Objektes genauer festgehalten werden.
Zur Erläuterung des Verfahrens zur Messung der Geschwindigkeit des Objektes 13 wird noch einmal auf die Figur 1 verwiesen. Bewegt sich beispielsweise das Objekt 13 senkrecht auf die BezugslinicSzu, so wird es zu zwei kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t^ und tp auf seine Entfernung vermessen. Zu diesen beiden Zeiten wird der Impulsdiskriminator 22 für die Dauer einer
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halben Ablenkperiode des Schwingspiegels 10 über einen Impulsgeber 27 eingeschaltet. Ein automatischer Schalter im Integrator 24 schließt die Anzeigegeräte 25 und 26 nur zum Zeitpunkt t^ an den Impulsdiskriminator 22 an, so daß die Entfernung des Objektes 13 nur zur Zeit t^ angezeigt wird. Der Integrator 24 ist rrit einem' v/eiteren digitalen Anzeigegerät 28 und einem analogen Anzeigegerät 29 verbunden. In diesen beiden Anzfifegeräten v/erden bei einem fest vorgegebenen zeitlichen Keß ab st and. tp - t,. die- ειυ,ρ don Impulsdiskriminator 22 gewonnenen Rechteckimpulse, deren L:<r.ge von den Entfernungen des Objektes 13 von der Bezugslinie 6
zu den Zeitpunkten t^ und t~ abhängen, mit der Zeit.differenz
tp -t.. zu geschwindigkeitsabhängigen Sr,annun^e.n umgeformt, die digital und analog angezeigt werden .,
Dieses Verfahren zur J^ntfernungs- und Gcrchv/indigkeitp.inessung·
von Objekten kann iuan z.B. für Fahrzeugkontrollen im Strcßciiiverkehr' einsetzen. Dan ersten Entfernungsceßirnpuls zur Zeit t„ für die Entfernungsmessung kann man für eine automatische
Auslösung einer Fotokaraera benutzen, um das kontrollierte
Fahrzeug gleichzeitig fotografieren zu können.
12 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Verfahren zum schnellen Messen des Abstandes eines Objektes von einer Bezugsebene und der Geschvindigkeitskouponente des Objekte;.; senkrecht zu der Bezugsebene, dadurch gekennzeichnet , daß von einem Sender Laserstrahlen durch einen Strahlablenker periodisch über den Raun, in den sich das Objekt befindet, abgelenkt, am Objekt diffus reflektiert und von einem neben dem Sender angeordneten Detektor registriert v/erden, der nur Licht aus einer bestimmten Richtung aufnehmen kann, und daß die Entfernungen aus der Zeitdifferenz -zwischen dom Beginn der Strahlablenkung und dem Detektorsignal bestimmt v/erden.
?.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Strahlablenker ein mit einem Schwingspiegel versehener piezoelektrischer Strahlablenker verwendet wird.
3. Verfahren nach 'den Ansprüchen 1 und 2, dadurch "gekennzeichnet , daß der piezoelektrische Strahlablenker mit einer Dreieck- oder einer Sägezahnspannung angesteuert wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zürn Zeitpunkt des Einsetzens der Dreieck- oder Sägezahnspannung ein Referenzimpuls erzeugt wird und der Abstand zwischen diesem Referenzimpuls und der Anstiegsflanke eines vom Detektor erzeugten Meßimpulses gemessen und als Maß für die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Strahlablenkung und dem Detektorsignal verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch geken η zeichnet , daß die Dreieck- oder Säge-
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zahnspannung durch Inipulsintegrierung eines Rechteckimpulses erzeugt wird, und daß der Referenzimpuls durch Differenzierung des Rechteckimpulses und Unterdrückung des an der Rückflanke erzeugten negativen Impulses erzeugt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Meßimpuls differenziert wird und der an der Anstiegsflanke des Meßimpulses auftretende Impuls zusammen mit dem Referenzimpuls einem Impulsdiskriminator zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ., daß im Impulsdiskriminator ein Anzeigeimpuls mit einer der Zeitdifferenz zwischen Referenzimpuls und Meßimpuls proportionalen Länge erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Anzeigeimpulses direkt mit einem digitalen Impulslängeanzeigegerät bestimmt wird.
9· Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß der Anzeigeimpuls integriert wird und das Integral analog und/oder digital angezeigt wird.
-o
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß durch zweimaliges Messen der Entfernung des Objektes hieraus und aus der Zeitdifferenz der beiden Messungen die Geschwinuigkeitskomponente des Objektes senkrecht zu der Bezugsebene bestimmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsdiskriminator über
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einen Impulsgeber zu den zwei Meßzeitpunkten für die Dauer einer halben Ablenkperiode des Strahlablenkers eingeschaltet v/ird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der zeitliche Abstand der zu den beiden Zeitpunkten gemessenen Anzeigeimpulse mit einem digitalen und/oder analogen Geschwindigkeitsanzeigegerät bestimmt v/ird.
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