DE2255179A1 - Ultraschalldetektor - Google Patents

Description

2255179 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Lbdl 3 Mür-nhRn 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 2984

A 5839

AB FARAD , Hagersten / Schweden Ultraschalldetektor

Die Erfin dung betrifft eine Vorrichtung für die Feststellung bzw .für den Nachweis dee Vorhandenseins von ultraschallreflektierenden Gegenständen Innerhalb eines bestimmten Raumes. Die Vorrichtung wird bevorzugt für das Auffinden von Fischen, oder anderen Lebewesen in Wasser benutzt.

Die bekannten Methoden für biologische Studien bezüglich des Verhaltens von Fischen oder anderen Lebewesen im Wasser sind stark begrenzt. Visuelle Beobachtungen sind für längere Zeiträume nur schwierig durch-

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zufuhren und können bei Dunkelheit nicht vorgenommen werden. Das Studium des Sauer stoff Verbrauches kann bestenfalls einen Durchschnittswert für die Tätigkeit während einer längeren Zeitdauer geben, wobei jedoch mechanische Detektoren die Bewegungsfreiheit der Tiere beeinträchtigen. Beider Verwendung von Vorrichtungen, welche Lichtstrahlen aussenden, welche die Tiere bei ihrer Bewegung kreuzen, wobei die Lichtstrahlen, welche auf verschiedene Fotozellen auftreffen, unterbrochen werden, ergibt es sich jedoch, daß die Fische nicht bei ihrem normalen Lebensrhytmus beobachtet werden, sondern bei Bedingungen, welche durch das Licht beeinflußt sind.

Die im Vorstehenden angeführten Nachteile können jedoch vermieden werden, wenn man Ultraschall mit einer genügend hohen Frequenz verwendet, so daß die Tiere nicht gestört werden. Es ist eine Anzahl von Geräten zur Messung der Lebensgewohnheiten bzw. der Tätigkeiten der Tiere unter Verwendung von Ultraschall bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, den Dopplereffekt auszunützen, indem man fortlaufend Schallwellen aussendet und die Frequenz der ausgesendeten Wellen und die Frequenz der von den Tieren reflektierten Wellen mißt. Der Frequenzunterschied bildet hierbei eine Meßgröße für die Geschwindigkeit der Tiere in Richtung der Wellen. Der Nachteil hierbei ist jedoch, daß ein geschlossener Raum verwendet wird und eine große Anzahl von Wellen, welche von den Wänden des Raumes reflektiert werden, treffen zu verschiedenen Zeiten auf die Tiere unter verschiedenen Winkeln. Hieraus ergibt sich eine große Anzahl von Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen, so daß das Ergebnis nur schwierig ausgewertet werden kann. Außerdem ist es möglich, die Bewegung der Tiere durch Messung der Amplitude und/oder der Phase der reflektierten Schallwellen zu bestimmen. Jedoch ergeben sich auch hierbei eine große Anzahl von verschiedenen Wellen, welche auf verschiedenen Wegen sich fortbewegt

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haben. Das dadurch am Empfänger erhaltene Signal ist ebenfalls schwierig auszuwerten. In manchen Fällen ist es auch möglich, daß die Bewegung eines Gegenstandes, welcher eine Amplituden- und Phasenveränderung der Welle hervorruft, wobei die Welle dann den Empfänger nach einer bestimmten Anzahl von Reflektionen erreicht, außerdem eine Kompensationswirkung ausübt, welche von Wellen herrühren, die den Empfänger nach einer anderen Anzahl von Reflektionen erreicht haben. Die Bewegung kann dann nicht erfaßt und aufgezeigt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Detektor zu zeigen, mit dem Gegenstände innerhalb eines zu erfassenden Raumes mit hoher Genauigkeit beobachtet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung zur Beobachtung von ültrasc hallreflektierenden Gegenständen innerhalb eines bestimmten, durch ultraschallreflektierende Wände begrenzten Raumes, in welchem Sender und Empfänger von Ultraschallwellen angeordnet sind, wobei die vom Sender ausgehenden Wellen den Empfänger nach einer bestimmten Anzahl von Reflektionen erreichen und einen solchen Verlauf nehmen, daß, wenn ein Gegenstand in den Raum gebracht ist, der Wellenweg ge- , schnitten wird. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator vorgesehen ist, von welchem der Sender mit Ultraschallimpulsen versorgt wird, daß eine Verzögerungsschaltung mit einer Verzögerung vorgesehen ist, welche der Durchlaufzeit einer der Wellen von Sender zu Empfänger entspricht, daß der Empfänger mit einem Eingang einer Und-Sc haltung und der andere Eingang der Und-Sehaltung mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung verbunden sind und daß die Impulsreihe des Ausgangssignales der Und-Schaltung unterbrochen wird, sobald ein Gegenstand in den Detektor gebracht wird.

Durch Verwendung eines oder verschiedener derartiger Detektoren,

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welche in geeigneter Weise in einem Behälter angeordnet sind, kann man leicht die Tätigkeit bzw. die Gewohnheiten von Tieren in dem Behälter messen und untersuchen. Außerdem kann die Zeit genau festgestellt werden, während welcher ein Tier innerhalb eines Raumes, der von einem bestimmten Detektor beobachtet wird, sich aufgehalten hat.

In den beiliegenden Figuren soll anhand eines Ausführungsbeispieles der Erfindung die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Detektors gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine elektrische Schaltung des Detektors in der Fig. 1..

In der Flg. 1 wird der mechanische Aufbau des Detektors gezeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet zwei rechteckige Rahmen, welche durch zwei vertikale Querwände 2 und zwei horizontale Querwände 3 miteinander verbunden sind. Die vertikalen Querwände 2 sind so ausgebildet, daß einfallende Ultraschallwellen reflektiert werden. Bei der Vorrichtung in der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, daß die Querwände mit Luft gefüllten Hohlräumen 4 versehen sind. Die horizontalen Wände sind aus ultraschallabsorbierendem Material hergestellt. Der Detektor enthält des weiteren einen Ultraschallsender S, der in einer Ecke des Rahmens untergebracht ist ,sowie einen Empfänger M in der entgegengesetzten Ecke. Der Sender und der Empfänger werden von Kristallen gebildet, welche elektrische Signale in akustische Signale und umgekehrt umwandeln.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung in der Fig. 1 soll im folgenden anhand des Schaltbildes in der Fig. 2 erläutert werden. Der Sender S in

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der unteren Ecke des Rahmens in°der Fig. 1 wird von einem Oszillator mit hochfrequenten Impulsen versorgt. Die Impulsfrequenz und die Energie innerhalb jedes Impulses hat eine Frequenz, welche genügend hoch ist, um die zu beobachtenden Tiere nicht zu beeinflussen. Jeder Impuls, der vom Sender ausgesendet wird, ruft eine Anzahl von Impulsen im Empfänger M hervor. Dies beruht darauf, daß die Wellen den Empfänger nach einer sich ändernden Anzahl von Reflektionen zwischen den vertikalen Querwänden erreichen. In der Fig. 1 erreichen Wellen den Empfänger direkt (AO) und es gibt Wellen, welche den Empfänger nach zwei Reflektionen (A2) erreichen, wie es angedeutet ist. Die Zeit, welche der Ultraschall benötigt, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen, ist daher abhängig von der Anzahl der Refiektionen. Um nun die Anwesenheit eines Gegenstandes einer bestimmten Größe,der in den Detektor gebracht 1st, aufzeigen zu können, ist es notwendig, eine Welle zu analysieren, welche so oft reflektiert worden ist, daß sie'zwangsläufig geschnitten wird, wenn ein Gegenstand im Detektor anwesend ist. Dies'wird dadurch erreicht, daß der Empfänger eine bestimmte Zeit, nachdem die Impulse vom Sender ausgesendet worden sind, versperrt wird. Impulse, welche den Empfänger tmreflektiert oder nach einer geringen Anzahl von Reflektionen erreichen, werden nicht registriert. Gemäß der Schaltung in der Fig. 2 wird das Ausgangssignäl des Oszillators sowohl an den Sender S als auch an den Pegeldetektor STl gelegt. Der Pegeldetektor kann hierbei als Schmidt-Trigger ausgebildet sein. Dieser gibt ein direktes Spannungssignal während des Impulses. Das Ausgangssignal des Pegeldetektors wird dann in einer Verzögerungsschaltung D verzögert. Die Verzögerung ist gleich der Zeit, welche eine Welle, die zwangsläufig den Gegenstand anzeigt, benötigt, um den Empfänger zu erreichen. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung wird an einen Eingang einer Und-Schaltung G gelegt. Der andere Eingang dieser Schaltung ist mit dem Empfänger M über einen Pegeldetektor ST2, der die gleiche Ausführungs-

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form wie der Detektor STl aufweist, verbunden. Wenn man annimmt, daß kein Gegenstand im Detektor vorhanden ist, werden beide Eingänge des Gatters G gleichzeitig mit Impulsen versorgt und es wird eine ent· sprechende Impulsreihe am Ausgang des Gatters erhalten* Sobald ein Gegenstand in dem Detektor bewegt wird, erreicht den Empfänger M kein Signal nach der Zeit, welche durch die Verzögerungsschaltung D bestimmt ist. Die Impulsreihe wird somit unterbrochen. Wenn man einen geeigneten Integrierschaltkreis I mit dem Ausgang des Gatters G verbindet, erhält man am Ausgang der Vorrichtung zwei verschiedene Gleichspannungen, welche davon abhängen, ob ein Gegenstand im Detektor vorhanden ist. Durch Analysierung des Ausgangssignales ist es daher möglich, die Zeit zu bestimmen, während welcher ein Tier sich im Detektor aufgehalten hat. Auch kann festgestellt werden, wie oft es in den Detektor gelangt ist und sich aus dem Detektor während einer bestimmten Zeit entfernt hat.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ebenfalls möglich zu bestimmen, ob ein Gegenstand an einer bestimmten Stelle innerhalb des Rahmens sich aufgehalten hat. Es ist nämlich möglich, die Wellen, welche sich gegeneinander in diesem Punkt schneiden, zu bestimmen und es kann somit festgestellt werden, wenn diese zwei Wellen gleichzeitig zum Verschwinden gebracht sind. Hierzu verwendet man jedoch eine Anzahl von parallelen Verzögerungsschaltungen mit Verzögerungen, welche den entsprechenden Wellen zugeordnet sind. '

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Vorrichtung zur Beobachtung von ultraschallreflektierenden Gegenständen innerhalb eines bestimmten, durch Ultraschall reflektierende Wände begrenzten Raumes, in welchem Sender und Empfänger von Ultraschallwellen angeordnet sind, wobei die vom Sender ausgehenden Wellen dem Empfänger nach einer bestimmten Anzahl von Reflektionen erreichen . und einen solchen Verlauf nehmen, daß, wenn ein Gegenstand in den Raum gebracht ist, der Wellenweg geschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator vorgesehen ist, von welchem der Sender mit Uitraschallimpulsen versorgt wird, daß eine Verzögerungsschaltung mit einer Verzögerung vorgesehen ist, welche der Durchlaufzeit einer der Wellen vom Sender zum Empfänger entspricht, daß der Empfänger mit einem Eingang, einer Und-Schaltung und der andere Eingang der Und-Schaltung mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung verbunden sind und daß die Impulsreihe des Ausgangssignals der Und-Schaltung unterbrochen wird sobald sich ein Gegenstand im Detektor befindet.

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