DE2342696C3 - Vorrichtung zur optischen Geschwindigkeitsmessung - Google Patents

Description

Die Erfändung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Geschwindigkeitsmessung eines Gegenstandes mit einer aus einer Vielzahl von Einzelempfängern bestehenden Lichtsammelvorrichtung, die das von mehreren, gleichmäßig beabstandeten und gleich großen Abschnitten der Bewegungslinie des Gegenstandes gleichzeitig ausgehende Licht empfängt und auf wenigstens einen gemeinsamen Lichtfühler lenkt, und mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Modulationsfrequenz des Ausgangssignals des Lichtfühlers.

Eine solche Vorrichtung wurde bereits in der älteren DT-PS 22 53 434 vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfaßt eine Vielzahl von einzelnen reflektierenden Elementen, die jeweils so angeordnet sind, daß jedes einen anderen Abschnitt der Bewegungslinie eines Objekts erfaßt, womit gleiohsam ein optisches Gitter im Raum längs dieser Bewegungslinie geschaffen wird. Jedes dieser reflektierenden Elemente, im folgenden kurz als Elementarreflektoren bezeichnet, ist so angeordnet, daß es das von ihm empfangene Licht durch eine einer gemeinsamen photoempfindlichen Einrichtung zugeordnete öffnung auf diese photoempfindliche Einrichtung fokussiert.

Es hat sich gezeigt, daß dieses Gerät in der Praxis zufriedenstellend arbeitet und hinsichtlich der Lichtaus-

teilte einen guten Wirkungsgrad hat. Um möglichst viel Licht aufzufangen, hat jeder Eiementarreflektor die Gestalt eines streifenförmigen Spiegels, des. sen längere Abmessung senkrecht zur Bewegungslinie des Objekts verläuft, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden solL Um einen optimalen räumlichen Zusammenhang zu erreichen, muß während des Zusammenbaus daWr Sorge getragen werden, daß die einzelnen Elementarreflektorsn den-ischtigen Abstand voneinander haben, der zudem über ihre gesamte Länge gleich sein solL In der ι ο Praxis wird jeder einzelne Elemeniarreflektor im Gerät nach dem Zusammenbau von Hand einjustiert Dies ist jedoch ein ziemlich zeitraubendes Verfahren.

Hierauf aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gerät zur optischen Geschwindigkeitsmessung zu schaffen, bei dem eine gute Kollimation mit wesentlich geringeren! Justieraufwand erreicht werden kann. Die erfindungsgemäßen Merkmale zur Lösung dieser Aufgabe sind im Kennzeichnungsteü des Patentanspruches 1 angegeben.

Gemäß der Erfindung hängt also die Güte der mit dieser Anordnung erreichbaren räumlichen Kohärenz nicht mehr von der Genauigkeit ab, mit der die Einzelempfänger bzw. einzelnen Elementarreflektoren justiert sind, sondern nur noch davon, mit welcher Genauigkeit die Schlitze in die beiden Schirme eingebracht sind Das Problem der Erzeugung einer optimalen räumlichen Kohärenz wird daher auf das Problem der mechanisch präzisen Herstellung und Ausrichtung der beiden Schirme reduziert, das auf wesentlich einfachere Weise gelöst werden kann.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die einmal erfolgte Ausrichtung der beiden Schirme aufeinander mit wesentlich geringerem Aufwand aufrechtzuerhalten ist als die Justierung der einzelnen Elenientarreflektoren. Dadurch wird mit noch größerer Sicherheit und geringerem Aufwand vermieden, daß es durch beim Betrieb des Gerätes auftretende Erschütterungen zu DeJustierungen kommt

Zwar ist sowohl aus der DT-OS 21 30 290 als auch aus der DT-OS 22 32 289 das Einzelmerkmal bekannt, bei einer Vorrichtung zur optischen Geschwindigkeitsmessung zwei mit Schlitzen versehene Schirme bzw. ähnlich aufgebaute optische Gitter zu verwenden. Beiden Anordnungen ist jedoch gemeinsam, daß keine feste Zuordnung zwischen den Schlitzen bzw. lichtdurchlässigen Teilen des einen Schirms bzw. Gitters zu den Schlitzen bzw. lichtdurchlässigen Teilen des anderen Schirms bzw. Gitters gegeben ist. Es ist vielmehr in beiden Fällen ein den zur Lösung der jeweils zugrunde liegenden Aufgabe bestrittenen Weg kennzeichnendes Merkmal, daß jeder lichtdurchlässige Spalt des näher am Lichtfühler liegenden Schirms Licht »on mehreren lichtdurchlässigen Bereichen des anderen Schirms empfängt.

Weiterhin ist aus der DT-PS 10 49 612 grundsätzlich bekannt, ein Geschwindigkeitsmeßgerät mit einer aus einer Vielzahl von Einzelempfängern bestehenden Lichtsammeivorrichtung so aufzubauen, daß die den fo Einzelempfängern zugeordneten Lichtwege voneinander getrennt sind. Es sind dort aber keinerlei Angaben darüber gemacht, wie die einzelnen, in definierter Ausrichtung angeordneten Strahlungsempfänger auf einfache Weise in ihrer Ausrichtung einjustiert und gegen unbeabsichtigte Verstellungen gesichert werden könnten.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 das Schema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts zur optischen Geschwindigkeitsmessung,

F i g. 2 ein Diagramm, welches für die Dimensionierung aer Schlitze im *en und zweiten Schirm der F i g. 1 und für die Dimensionierur g des Abstandes zvischen den Schirmen herangezogen werden kann,

F i g. 3 das Schema einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur optischen Geschwindigkeitsmessung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform besteht ein Schirm 1 aus einem Metallblech mit einer Vielzahl von öffnungen 2. Die öffnungen 2 sind gleich schmale Schlitze, deren Längsseiten senkrecht zur Bewegungslinie eines Objekts verlaufen, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll. Die besagte Bewegungslinie verlaufe in der Zeichenebene.

Im Abstand vom Schirm t befindet sich ein anderer Schirm 3, der ebenfalls aus einem Metallblech mit einer Vielzahl von öffnungen 4 besteht, die in ihrer Anzahl den öffnungen 2 des Schirms 1 entsprechen, deren Abmessungen jedoch größer sind. Im vorliegenden Fall haben die Öffnu· gen 4 größere Breite.

Die Schirme 1 _ind 3 liegen parallel zueinander, wobei die jeweiligen schlitzförmigen öffnungen 2 und 4 miteinander fluchten. Das durch jeden Schlitz 4 tretende, von dem jeweils zugeordneten Schlitz 2 kommende Licht wird jeweils von einem Elementarreflektor 5 aufgefangen. Die einzelnen Elementarreflektoren 5 liegen in einer gemeinsamen Ebene und sind so geneigt, daß sie das von ihnen empfangene Licht über weitere Elementarreflektoren 6 auf den einen oder den anderen zweier photoempfindlicher Fühler 7 und 8 lenken Die weiteren Elementarreflektoren 6 befinden sich auf der dem Schirm 1 abgewandten Seite des Schirms 3. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeder zweite der Elementarreflektoren (d. h. die mit 5a bezeichneten Elementarreflektoren) Licht auf den einen der photoempfindlichen Fühler (z. B. den Fühler 7) werfen, während die übrigen Elementarreflektoren (d. h. die mit 5b bezeichneten Reflektoren) Licht auf den anderen photoempfindlichen Fühler (z. B. den Fühler 8) lenken. Man erkennt, daß jeder der weiteren Elementarreflektoren 6 dazu dient, das von zwei benachbarten Elementarreflektoren 5a und 5b kommende Licht in Richtung auf die jeweils zugeordneten Fühler 7 und 8 zu lenken.

Die Ausgänge der photoempfindlicher. Fühler 7 und 8 werden relativ zueinander invertiert und zusammengefaßt, um den linfluß von Störsignalen zu vermindern, wie es an sich bekannt und nicht eigens dargestellt ist.

In F i g. 2 ist ein Teil des Schirms 1 mit einem Schlitz 2 uⁿd ein Teil des Schirms 3 mit einem Schlitz 4 dargestellt. Ferner ist eine Ebene 9 angedeutet, in welcher die Bewegung des Objekts, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll, angenommen wird. Die Bewegung soll in der Zeichnung von oben nach unten erfolgen. In Fig. 2 ist Wd\e Breite des Schlitzes4, wdie Breite des Schlitzes 2, D der Abstand zwischen den beiden Schirmen 1 und 3, R der Abstand zwischen der Ebene 9 und dem Schirm 1 (mit Rücksicht auf einen vorbestimmten Bereich gewählt), S_n, der die maximale

Empfindlichkeit in der Ebene 9 umfassende Bereich zwischen /und g, S₀ der bis zur Empfindlichkeit Null in der Ebene 9 gehende Bereich zwischen e und h. Die Punkte c und d definieren die Grenzen des Schlitzes 2, und die Punkte a und b definieren die Grenzen des Schlitzes 4.

Aus den einander ähnlichen Dreiecken a, d, b und d, f. h kann folgendes abgeleitet werden:

Es ist dann:

SD

2 R

(_S~2SJD_
2(R + D)

ab = W

Höhe = D

Im.

Dann ist

ab =

Höhe adb
"Höhe dfh

fh Höhe adb
Höhe dfh

Höhe = R

Somit ist:

2R

Aus den Dreiecken a, c d und a, g; Λ, die einander ähnlich sind, kann abgeleitet werden:

cd = w

, S₀ -g/i = _T

Höhe = D

Höhe = R + D

Dann ist:

cd =

gh Höhe acd

Höhe

Somit ist:

W =

(S₀-SJD 2(R+D)

Aus vorstehendem folgt:

So ⁼

R =

Falls
gilt:

R (W + w)	+ wD
D R(W-w)	— wD
D

(W-W)

R =

(S₀ +w)D

(W+ w)

der EmpFindlichkeitsverlauf symmetrisch ist,

So — O um,

wobei Sdie räumliche Wellenlänge ist

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 sind die Schirme 1 und 3 mit ihren öffnungen 2 ' nd 4 genauso angeordnet wie im Falle der Fig. 1, und zur Dimensionierung der Schlitzöffnungen 2 und 4 und des Abstandes dazwischen können dieselben Betrachtungen angestellt werden, wie sie anhand der F i g. 2 beschrieben wurden.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 sind jedoch zwei Reihen von Elementarreflektoren 10 und 11 vorgesehen, um das von den Schlitzöffnungen 4 kommende Licht aufzufangen. Die beiden Reihen der Elementarreflektoren 10 und 11 liegen in verschiedenen Ebenen im Abstand vom Schirm 3 und auf seiner dem Schirm 1 abgewandten Seite. In diesem Fall liegen auch die beiden photoempfindlichen Fühler 7 und 8 in einer gemeinsamen Ebene, die sich vom Schirm 3 weiter weg befindet als die beiden Ebenen, in welcher die Reihen der Elementarreflektoren 10 und 11 liegen. Der photoempfindliche Fühler 7 arbeitet mit den Elementarreflektoren 10 zusammen, die zu seinen beiden Seiten angeordnet sind, während der Fühler 8 mit den beidseitig von ihm angeordneten Elementarreflektoren U zusammenarbeitet Die im Bild rechts liegenden Elementarreflektoren 10 und 11 und die diesen zugeordneten Schlitzöffnungen 2 und 4 sind nicht alle dargestellt es sei jedoch angenommen, daß auf der rechten Seite des Fühlers 7 die gleiche Anzahl von Elementarreflektoren 10 und zugeordneten Schlitzöffnungen 2 und 4 vorhanden ist wie auf der linken Seite. Ebenso befinden sich rechts vom Fühler 8 genau soviele Elementarreflektoren 11 und zugeordnete Schlitzöffnungen 2 und 4 wie auf der linken Seite.

Die Elementarreflektoren 10 sind so angeordnet, daß sie Licht auf eine gemeinsame Reflektoranordnung lenken, die aus zwei Einzelreflektoren 12 und 13 besteht Der Einzelreflektor 12 empfängt Licht von den Elementarreflektoren 10 links vom Fühler 7, währenc der Einzelreflektor 13 Licht von den Elementarreflekto· ren 10 rechts vom Fühler 7 empfängt

In ähnlicher Weise sind die Elementarreflektoren 11 so angeordnet daß sie licht auf eine gemeinsam« Reflektoranordnung lenken, die aus den beider Einzelreflektoren 14 und 15 besteht Der Einzelreflektoi 14 empfängt licht von den Elementarreflektoren 11 links von Fühler 8, und der Eiazelreflektor 15 empfang licht von den Elementarreflektoren It rechts von Fühler 8.

Die Einzelreflektoren 12 und 13 richten licht auf dei photoempfindlichen Fühler 7, während die Einzelreflek toren 14 und 15 Licht auf den photoempfindlichei Fühler 8 richten.

Man erkennt, daß bei dieser speziellen Ausführungs form in der Mitte der Reihe 10 ein Elementarreflekto 10 fortgelassen ist, weil der photoempfindliche Fühler s angeordnet ist, daß er ohne vorherige Umlenkung lieh durch die öffnungen 2A und 4Λ empfangen kann. Ii ähnlicher Weise fehlt in der Reihe 11 der mittler Elementarreflektor, weil der photoempfindliche Fühle 8 infolge seiner Lage Licht ohne vorherige Umlenkun durch die öffnungen 2Sund AB empfangen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Geschwindigkeitsmessung eines Gegenstandes mit einer aus einer Vielzahl von Einzelempfängern bestehenden lichtsammelvorrichtung, die das von mehreren, gleichmäßig beabstandeten und gleich großen Abschnitten der Bewegungslinie des Gegenstandes gleichzeitig ausgehende licht empfängt und auf wenigstens einen gemeinsamen Lichtfühler lenkt, und mit einer ι ο Einrichtung zur Bestimmung der Modulationsfrequenz des Ausgangssignals des Lichtfühlers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der aus Einzelempfängern (5a, 56; 10, 11) bestehenden Iichtüasunelvorrichtung und der Bewcgungslinie zwei gegenseitig beabstandete, mit im wesentlichen senkrecht zur Bewegungslinie verlaufenden Schlitten (2, 4) versehene Schirme (1,3) angeordnet sind und daß jedem Einzelempfänger (5a, 56; 10,11) ein Schlitz (4) in dem ihm benachbarten, ersten Schirm (3) und diesem Schlitz (4) wenigstens ein Schlitz (2) Un zweiten Schirm (1) zugeordnet ist und daß jeder Einzelempfänger (5a, 56; 10,11) und seine zugehörigeri Schlitze (2,4) so ausgerichtet sind, daß die den Einzelempfängern zugeordneten Lichtwege voneinander getrennt sind

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Streulichtblenden vorgesehen sind, die die von den Schlitzen (2) des zweiten Schirms (1) zu den jeweils zugeordneten Schlitzen (4) des ersten Schirms (3) führenden Lichtwege voneinander trennen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne·, daß der Lichtfühler zwei lichtfühlende Elemente (7, 8) umfaßt, deren Ausgänge zueinander invertiert zusammengefaßt sind und daß die Lichtsammeivorrichtung (5a, 56, 6; 10, 11, 12, 13, 14, 15) das von jedem zweiten Schlitz (4) des ersten Schirms (3) kommende Licht auf den einen Lichtfühler und das von den anderen Öffnungen (4) des ersten Schirms (3) kommende Licht au^f den anderen Lichtfühler lenkt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelempfänger der Lichtsammelvorrichtung von einer Reihe erster Elerrientarreflektoren (5a, 56,} gebildet werden, die in einer Ebene im Abstand vom ersten Schirm (3) und auf dessen dem zweiten Schirm (1) abgewandter Seite angeordnet und so geneigt sind, daß sie das von ihnen empfangene Licht über zweite Elementarreflektoren (6) auf den jeweils zugeordneten Lichtfühler (7, 8) lenken, wobei die zweiten Elementarreflektoren (6) auf der dem zweiten Schirm (J) abgewandten Oberfläche des ersten Schirms (3) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtfühler (7, 8) in der gleichen Ebene wie die ersten Elementarreflektoren (5a, 56,} angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch f>o gekennzeichnet, daß jeder der zweiten Elementarreflektoren (6) Licht von jeweils zwei benachbarten ersten Elementarreflektoren (5a. 5b) empfängt und dabei das Licht von dem einen (5a,} dieser beiden Elementarreflektoren auf den einen Lichtfühier (8) und das Licht von dem anderen (56,} dieser beiden Elementarreflektoren auf den anderen Lichtfühler (7) reflektiert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einzelempfänger der lichtsammelvorrichtung bildenden Elementarreflektoren (10,11) auf der vom zweiten Schirm (1) abgewandten Seite des ersten Schirms (3) in zwei einen unterschiedlichen Abstand zum Schirm (3) aufweisenden Ebenen angeordnet sind, daß die Elementarreflektoren (10) der einen Ebene licht von jedem zweiten Schlitz (4) des ersten Schirms (3) empfangen und dieses Licht auf eine erste gemeinsame Reflektoranordnung (12,13) lenken, die ihrerseits das empfangene licht auf den einen Lichtfühler (7) wirft, und daß die Elementarreflektoren (11) der anderen Ebene Licht von den übrigen Schlitzen (4) dus ersten Schirms (3) empfangen und dieses licht auf eine zweite, gemeinsame Reflektoranordnung (14, 15) lenken, die ihrerseits das empfangene Licht auf den anderen Lichtfähler (8) richtet

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtffühler (7, 8) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die vom ersten Schirm (3) einen größeren Abstand besitzt, als die beiden Ebenen, in denen die Elementarreflektoren (10, 11) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die jeden der beiden Lichtfühter (7,8) mit Licht versorgenden Elementarreflektoren (10, 11) jeweils auf seine beiden Seiten verteilen und daß die jeweils einem der Lichtfühler zugeordnete gemeinsame Reflektoranordnung jeweils zwei Einzelreflektoren (12, 13 bzw. 14, 15) enthält, deren einer '12 bzw. 14) Licht von auf der linken Seite des zugeordneten Fühlers (7 bzw. 8) gelegenen Elementarreflektoren (10 bzw. 11) emp-Tängt und deren anderer (13 bzw. 15) Licht von der auf der rechten Seite des zugeordneten Fühlers gelegenen Elementarreflektoren empfängt.