DE2255179C3 - Ultraschalldetektor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Uhraschalldetektor zur Beobachtung von Ultraschall refl ktierenden Gegenständen innerhalb eines bestimmten, durch vcrtikale, Ultraschall reflektierende Querwände begrenzten Raumes, in welchem Sender und Empfänger von Ultraschallwellen angeordnet sind, wobei die vom Sender ausgehenden Wellen den Empfänger nach einer bestimmten Anzahl von Reflexionen erreichen und einen solchen Verlauf nehmen, daß, wenn ein Gegenstand in den Raum gebracht ist, der Wellenweg geschnitten wird, wobei ein Oszillator vorgesehen ist, von welchem der Sender mit Ultraschallimpulsen versorgt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 2 783 459 bekannt. Die bekannte Vorrichtung dient als Warneinrichtung für einen Swimmingpool und ist so ausgelegt, daß nur dann, wenn die in der Nähe des Bodens des Schwimmbeckens reflektierten Wellen von einem Körper unterbrochen werden, das Alarmsystem ausgelöst wird. Die bekannte Vorrichtung ist somit nicht geeignet, Gegenstände aufzuzeigen, welche an einer beliebigen Stelle innerhalb des Wasserbeckens vorhanden sind.

Demgegenübcr wird die Vorrichtung, auf welche sich die Erfindung bezieht, bevorzugt für das Auffinden von Fischen oder anderen Lebewesen im Zusammenhang mit biologischen Studien verwendet.

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 durchzuführen und können bei Dunkelheit nicht vorgenommen werden. Das Studium des Sauer-Stoffverbrauches kann bestenfalls einen Durchschnittswert für die Tätigkeit während einer längeren Zeitdauer geben, wobei jedoch mechanische Detek toren die Bewegungsfreiheit der Tiere beeinträchtigen. Bei der Verwendung von Vorrichtungen, welche Lichtstrahlen aussenden, welche die Tiere bet ihrer Bewegung kreuzen, wobei die Lichtstrahlen, welche auf verschiedene Fotozellen wttrmen, unterbrochen werden, ergibt es sich jedoch, daß die t-iscne nicht bei ihrem normalen Lebensrhythmus beobachtet werden, sondern bei Bedingungen, welche durch das Licht beeinflußt sind.

Die im Vorstehenden angeführten Nachteile konnen 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 Lcbensgewohn-Iwiten bzw. der Tätigkeiten der Tiere unter Verwendung von Ultraschall bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, den Dopplereffekt auszunutzen, 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 ergebcn sich auch hierbei eine große Anzahl von vcrschiedenen Wellen, welche auf verschiedenen Wegen sich fortbewegt 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 Phascnveränderung der Welle hervorruft, wobei die Welle dann den Empfänger nach einer bestimmten Anzahl von Reflexionen erreicht, außerdem eine Kompensationswirkung ausübt, welche von Wellen herrühren, die den Empfänger nach einer anderen Anzahl von Reflexionen erreicht haben. Die Bewegung kann dann nicht erfaßt und aufgezeigt werden.

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

Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschalldetektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vcrzögerungsschaltung 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 unterbrachen wird, sobald sich ein Gegenstand im Detektor befindet.

Durch Verwendung eines oder verschiedener derartiger Detektoren, 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, wahrend welcher stand im Detektor anwesend ist. Dies wird dadurch

ein Tier innerhalb eines Raumes, der von einem be- erreicht, daß der Empfänger eine bestimmte ^ett,

stimmten Detektor beobachtet wird, sich aufgehalten nachdem die impulse vom Sender ausgesendet, wor-

hat. den sind, versperrt wird. Impulse, welche den Emp-

In den Figuren soll an Hand eines Ausführungs- 5 fänger unrefleküert oder oach einer geringen Anzahl

beispieles der Erfindung die Erfindung näher erläu- von Reflexionen erreichen, werden nicht registriert

tert werden. Es zeigt Gemäß der Schaltung in der F i g. 2 wird das Aus-

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Detek- gangssignal des Oszillators sowohl an den Sender5

tors gemäß der Erfindung und als auch an den Pegeldetektor ST1 gelegt Der Pe-

F i g. 2 eine elektrische Schaltung des Detektors in io eeldetektor kann hierbei als Schmidt-Trigger ausge-

dcrFig. I. bildet sein. Dieser gibt ein direktes Spannungssjgnal

In der Fig. 1 wird der mechanische Aufbau des während des Impulses. Das Ausgangssigual des Pe-Detektors gezeigt Das Bezugszeichen 1 bezeichnet geldetektors wird dann in einer Verzögerungsschalzwei rechteckige Rahmen, welche durch zwei verti- tung D verzögert Die Verzögerung ist gleich der kale Querwände 2 und zwei horizontale Querwände 3 15 Zeit, welche eine Welle, die zwangläufig den Gegenmiteinander verbunden sind. Die vertikalen Quer- stand anzeigt, benötigt, um den Empfänger zu erreiwände2 sind so ausgebildet, daß einfallende Ultra- chen. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschalschallwellen reflektiert werden. Bei der Vorrichtung tung wird an einen Eingang einer UND-Schaltung G in der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, daß die gelegt. Der andere Eingang dieser Schaltung ist mit Querwände mit Luft gefüllten Hohlräumen 4 verse- ao dem Empfänger M über einen Pegeldetektor 57 2, hen sind. Die horizontalen Wände sind aus ultra- der die gleiche Ausfuhrung^rm wie der Detektor schallabsorbierendem Material hergestellt. Der De- ST 1 aufweist, verbunden. Wenn man annimmt, daß tcktor enthält des weiteren einen Ultraschallsender S, kein Gegenstand im Detektor vorhanden ist, werden der in einer Ecke des Rahmens untergebracht ist, so- beide Eingänge des Gatters G gleichzeitig mit Impulwie einen Empfänger M in der entgegengesetzten 25 sen versorgt, und es wird eine entsprechende Impuls-Ecke. Der Sender und der Empfänger werden von rei:;e am Ausgang des Gatters erhalten. Sobald ein Kristallen gebildet, welche elektrische Signale in aku- Gegenstand in dem Detektor bewegt wird, erreicht stische Signale und umgekehrt umwandeln. den Empfänger M kein Signa! nach der Zeit, welche

Die Wirkungsweise der Vorrichtung in der Fig. 1 durch die VerzögerungsschaUungD bestimmt ist. Die soll im folgenden an Hand des Schaltbildes in der 30 Impulsreihe wird somit unterbrechen. Wenn man Fi g. 2 erläutert werden. Der Sender.V in der unteren einen geeigneten Integrierschaltkreis/ mit dem Aus-Ecke des Rahmens in der Fig. I wird von einem Os- gang des GattersG verbindet, erhält man am Auszillator mit hochfrequenten Impulsen versorgt. Die gang der Vorrichtung zwei verschiedene Gleichspan-Impulsfrequenz und die Energie innerhalb jedes Im- nungen, welche davon abhängen, ob ein Gegenstand pulses hat eine Frequenz, welche genügend hoch ist, 35 im Detektor vorhanden ist. Durch Analysierung des um die zu beobachtenden Tiere nicht zu beeinflus- Ausgangssignals ist es daher möglich, die Zeit zu sen. Jeder Impuls, der vom Sender ausgesendet wird, bestimmen, während welcher ein Tier sich im Detekruft eine Anzahl von Impulsen im Empfänger Λ/ her- tor aufgehalten hat. Auch kann festgestellt werden, vor. Die beruht darauf, daß die Wellen den Emp- wie oft es in den Detektor gelangt ist und sich aus fänger nach einer sich ändernden Anzahl von Refle- 41 dem Detektor während einer bestimmten Zeit entxionen zwischen den vertikalen Querwänden errei- fernt hat.

chen. In der Fig. 1 erreichen Wellen aen Empfänger Bei Verwendung der erfir.dungsgemäßen Vorrich-

tlirekt, A O. und es gibt Wellen, welche den Empfän- tung ist es ebenfalls möglich zu bestimmen, ob ein

ger nach zwei Reflexionen A 2 erreichen, wie es an- Gegenstand an einer bestimmten Stelle innerhalb des

gedeutet ist. Die Zeit, welche der Ultraschall henö- 45 Rahmens sich aufgehalten hat. Es ist nämlich mög-

tigt, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen, ist lieh, die Wellen, weiche sich gegeneinander in diesem

daher abhängig von der Anzahl der Reflexionen. Um Punkt schneiden, zu bestimmen, und es kann somit

run die Anwesenheit eines Gegenstandes einer be- festgestellt werden, wenn diese zwei Wellen gleich-

ttimmtcn Größe, dev in den Detektor gebracht ist, zeitig zum Verschwinden gebracht sind. Hierzu veraufzeigen zu können, ist es notwendig, eine Welle zu 50 wendet man jedoch eine Anzahl von parallelen Veranalysie.en, welche so oft reflektiert worden ist, daß zögerungsschaltungen mit Verzögerungen, welche

sie zwangläufig geschnitten wird, wenn ein Gegen- den entsprechenden Wellen zugeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ultraschalldetektor zur Beobachtung von Ultraschall reflektierenden Gegenstanden innerhalb eines bestimmten, durch vertikale Ultraschall reflektierende Querwände begrenzten Raumes, in welchem Sender und Empfänger von Ultraschallwellen angeordnet sind, wobei die vom Sender ausgehenden Wellen dem Empfänger nach einer w bestimmten Anzahl von Reflexionen erreichen und einen solchen Verlauf nehmen, daß, wenn ein Gegenstand in den Raum gebracht ist, der Wellenweg geschnitten wird, wobei ein Oszillator vorgesehen ist, von welchem der Sender mit Ultrascliallimpulsen versorgt wird, dadurch gek e η η ζ e i c h η e t, daß eine Verzögerungsschaltung (D) mit einer Verzögerung vorgesehen ist, welche der Durchlaufzeit einer der Wellen vom Sender (5) zum Empfänger (M) entspricht, daß r.o der Empfänger [M) mit einem Eingang einer UND-Schaltung (G) und der andere Eingang der U-Schaltung (G) mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung (D) verbunden sind und daß die Impulsreihe des Ausgangssignals der UND-Schaltung (G) unterbrochen wird, sobald sich ein Gegenstand im Detektor befindet.