DE2503560A1 - Abstandsmesseinrichtung - Google Patents

Description

• Abstandsmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstandsmeßeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art (DT-OS 1 673 888).
• Bei einer bekannten Abstandsmeßeinrichtung (DT-OS 1 673 888, Fig. 1) wird der Umstand ausgenutzt, daß die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises von dem zu messenden Abstand abhängig ist. Der Meßschwingkreis steuert einen Meßoszillator, dessen Ausgangsfrequenzsignal mit einem Referenzfrequenzsignal verglichen wird, das von einem Referenzoszillator erzeugt wird. Durch den Vergleich mit einem Referenzfrequenzsignal wird eine bessere Auflösung sowie eine Kompensation der temperaturbedingten Frequenzdrift der Meßfrequenz erzielt. Das Differenzfrequenzsignal wird auf geeignete Weise ausgewertet, beispielsweise durch einen Frequenzmesser mit- optischer Anzeige. Die Anzeige kann dabei mit einem Lngenmaßstab zu unmittelbaren Anzeige des gemessenen Abstandes versehen werden.
• Die bei der bekannten Meßeinrichtung vorgesehenen zwei Oszillatoren stellen indessen nicht nur einen hohen baulichen Aufwand dar, sondern sind aufgrund der zwangsläufig unterschiedlichen Einbaulage unterschiedlichen Temperaturschwankungen und damit unterschiedlichen Temperaturgängen unterworfen, was zu einer Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit führt.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Abstandsmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art mit geringerem baulichen Aufwand sowie höherer Genauigkeit zu schaffen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Åbstandsmeßeinrichtung nach Patentanspruch 1 sind in den PatentansprUchen 2 bis 6 gekennzeichnet.
• Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines einzigen Oszillators, der abwechselnd mit einem Meßschwingkreis und einem Referenzschwingkreis verbunden wird, wird im Vergleich zu der eingangs erwähnten, bekannten Abstandsmeßeinrichtung mit zwei getrennten Oszillatoren der bauliche Aufwand verringert sowie ein unterschiedlicher Temperaturgang im wesentlichen vermieden. Der Meßschwingkreis und der Referenzschwingkreis können gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem gemeinsamen Schwlngkreiskondensator versehen werden, wodurch eine räumlich eng benachbarte Einbaulage der Spulen des MeD- und Referenzschwingkreiaes und damit gleiche Temperatureinflüsse auf beide Schwingkreise erzielbar sind.
• Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 und 2 Schaltbilder zweier verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abstandsmeßeinrichtung; Fig. 3A - 3C Zeitdiagramme verschiedener, in den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 auftretender Parameter und Fig. 3D ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Ausgangssignals der Abstandsmeßeinrichtungen nach Fig. 1 und 2 von dem zu messenden Abstand.
• Die Ausführungsform nach Fig. 1 weist zwei Spulen 1 und 2 mit den Induktivitäten L1 bzw. L2 auf, die mit ihren einen Anschlüssen an Maste gelegt sind und mit ihren anderen Anschlüssen über eine steuerbare Umschaltvorrichtung 3 an den Steuereingang 4 eines Oszillators 5 anschließbar sind. Der Steuereingang 4 ist ferner mit der einen Belegung eines Kondensators 6 verbunden, deseen andere Belegung an Masse gelegt ist. Die Umschaltvorrichtung 3 wird durch eine Signalquelle 7 gesteuert, deren Ausgangssignale die Frequenz F3 aufweisen. Die Signallängen der beispielsweise rechteckförmigen Ausgangesignale der Quelle 7 sind gleich gewählt, so daß im Falle von rechteckförmigen Ausgangssignalen gleiche Impulslängen und Impulspausen vorhanden sind. Hierdurch sind die Spulen 1 und 2 jeweils während gleicher Zeitintervalle mit dem Oszillator 5 verbunden.
• Die Spule 2 dient als Referenzspule für die Meßspule 1, die in die Nähe des zu messenden Gegenstandes, beispielsweise der Fahrbahn eines Schwebefahrzeugs gebracht wird.
• Jede Spule 1 und 2 bildet-bei ihrer Verbindung mit dem Oszillator 5 zusammen mit dem Kondensator 6 einen Meßschwingkreis 1/6 bzw. Referenzschwingkreis 2/6. Die Resonanzfrequenzen F1 und F2 der Schwingkreise 1;6 bwz.
• 2/6 ergeben sich bekanntlich zu: wobei C die Kapazität des Schwingkreiskondensators 6 ist.
• Am Ausgang des Oszillators 5 wird infolge seiner abwechselnden Verbindung mit den Schwingkreisen 1/6 und 2/6 eine alternierende Folge von Schwingunqszügen der Frequenzen F1 und F2 gebildet, Zur besseren Veranschaulichung dieser alternierenden Folge von Schwingungszügen ist in Fig. 3A das entsprechende Frequenz-Zeit-Diagram dargestellt, wobei die Periodendauer der dargestellten Frequenzsignale gleich dem Wert 1/F3 ist.
• Dem Oszillator 5 ist eine Vergleichseinrichtung 8 nachgeschaltet, die im Falle von Fig. 1 aus der Kettenschaltung einer Phase-Locked-Loop-Schaltung 9 (PLL-Schaltung), eines Gleichtaktunterdrückers 10 und eines Gleichrichters 11 besteht. Eine PLL-Schaltung (= Schaltungsanordnung mit phasenstarrer RUckkopplung) ist in der Zeitschrift "elektronispraxis", Nr.10, Oktober 1973, Seite 22 dargestellt und erläutert. Als Gleichtaktunterdrücker 10 kann beispielsweise ein Serienkondensator vorgesehen werden, während als Gleichrichter 11 beliebige Gleichrichterschaltungen, beispielsweise Zweiweggleichrichter oder Gleichrichterbrücken geeignet sind.
• Die PLL-Schaltung 9 setzt die in Fig. 3A dargestellten Frequenzsignale in Spannungssignale Ut bzw.
• (Fig. 3B) um, die nach Aussiebung des Gleichspannungsanteils mit Hilfe des Gleichtaktunterdrückers 10 den in Fig. 3C dargestellten Verlauf besitzen und dort mit bv, bezeichnet sind. Durch Gleichrichtung des Signals #U# mit Hilfe des Gleichrichters 11 entsteht das Signal U,, das entsprechend der in Fig. 3D dargestellten Charakteristik von dem zu messenden Abstand abhängig ist.
• Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 1 lediglich im Aufbau der Vergleichseinrichtung 8. Diese enthält einen Modulator 12, dessen erstem Eingang 121 die alternierende Folge von Schwingungszügen der Frequenzen F1 und F2 vom Ausgang des Oszillators 5 zugeführt werden. Diese Schwingungazüge werden ferner dem Signaleingang 13 eines UND-Gliedes 14 zugeführt, dessen Steuereingang 15 mit der Signalquelle 7 verbunden ist. Das UND-Glied 14 schaltet im Takt der Frequenz F3 nur dann durch, wenn die Umschalteinrichtung 3 die Spule 2 mit dem Oszillator 5 verbindet, eo daß am Ausgang des UND-Gliedes 14 eine Folge von Schwingungazügen der Frequenzen F2 und 0 (= Signalpause) ansteht. Diese Ausgangssignalfolge des UND-Gliedes 14 steuert eine PLL-Schaltung 16, die in bekannter Welse einen Phasenvergleicher 17, einen Tiefpaß 18 und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 19 aufweist und in ihrer Funktion auf Seite 22 der bereits erwihnten Literaturstelle "elektronicpraxis", Nr.10, Oktober 1973 beschrieben ist. Die PLL-Schaltung 16 ist so gewthlt, daß ihre Abklingzeit (während der am Steuereingang 20 kein Signal bzw. ein Wellenzug der Frequenz O ansteht) sehr grob ist, während ihre Einrastzeit (Ausregeldauer für eine von dem Phasenvergleicher 17 ermittelte Phasendifferenz) sehr klein ist. Hierdurch kann der Einfluß der Signalpausen am Steuereingang 20 auf den VCO 19 klein gehalten werden und es wird ein mdglichst rasche. Ansprechen der PLL-Schaltung 16 auf die Wellenzüge der Frequenz F2 am Steuereingang 20 gewährleistet. Am Ausgang 21 der PLL-Schaltung 16 steht daher ein im wesentlichen stetiges Frequenzsignal der Frequenz F2 an. Dieses Frequenzsignal wird einem zweiten Eingang 122 des Modulators 12 zugeführt, an dessen erstem Eingang 121, wie bereits erwähnt, die alternierunde Folge von WellenzUgen der Frequenzen F1 und F2 ansteht. Am Ausgang 123 des Modulators 12 werden in bekannter Weise die verschiedenen Modulationsprodukte zwischen F1 und F2 gebildet (F1 - F2, F1 + F2, 2F2 usw.), von denen lediglich das Modulationsprodukt F1 - F2 iit Hilfe des Bandpasses 22 selektiert wird. Das am Ausgang des Bandpasses 22 gebildete Frequenzsignal #F = F1 - F2 wird durch den nachgeschalteten Umsetzer 24 in ein entsprechendes Spannungssignal #U# umgewandelt und in dem Gleichrichter 25 zu dem Signal U, gleichgerichtet. Die an den Ausgängen der Schaltungsteile 23, 24 und 25 anstehenden Parameter #F, #U# bzw.
• #U= entsprechen den Darstellungen gemäß Fig. 3A bis 3D.
• Die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorgesehene Modulation des Ausgangssignals des Oszillator. 5 gestattet die Verbindung des Oszillators 5 mit der Vergleichseinrichtung 8 über größere Entfernungen, ohne daß die Ausgangsaignale des Oszillators 5 durch Übertragungseffekte (Verzerrungen, Signalrauschen) nachteilig beeinflußt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche

   L) Abstandsmeßeinrichtung, mit einem eine abstandsabhändige Resonanzfrequenz (Meßfrequenz) aufweisenden Meßschwingkreis, einem ersten, von dem Meßschwingkreis steuerbaren Frequenzgenerator, einem zweiten, auf einer Referenzfrequenz arbeitenden Frequenzgenerator sowie einer Vergleichseinrichtung für die Meß-und Referenzsignale, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als erster und zweiter Frequenzgenerator ein einziger Oszillator (5) vorgesehen ist, der abwechselnd an den Meßschwingkreis (lj6) und an einen Referenzschwingkreis (26) mit einer konstanten Resonanzfrequenz (F2) anschließbar ist.
2. 2. Abstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingkreise (1/6 bzw. 2/6) als LC-Schwingkreise aubgebildet sind und einen gemeinsamen, an einen Steuereingang (4) des Cszillators (5) angeschlossenen Schwingkreiskondensator (6) sowie jeweils eine über eine gemeinsame steuerbare Umschaltvorrichtung (3) mit dem Schwingkreiskondensator (6) verbindbare Schwingkreisspule (1 bzw. 2) aufweisen, wobei die dem Meßschwingkreis (1/6) zugeordnete Schwingkreisspule (1) als Meßsonde vorgesehen ist.
3. 3. Abstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Umschaltvorrichtung (3) mit jihrem Steuereingang an eine Signalquelle (7) angeschlossen ist, deren Ausgangssignale (F3) gleiche Signallängen aufweisen.
4. 4. Abstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (8) einen von dem Oszillator (7) gespeisten Frequenz-Spannungs-Umsetzer (9) sowie einen dem Umsetzer (9) nachgeordneten Gleichrichter (11) mit vorgeschaltetem Gleichtaktunterdrücker (10) umfaßt (Fig. 1).
5. 5. Abstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Umsetzer (9) eine für sich bekannte Phase-Locked-Loop-Schaltung vorgesehen ist.
6. 6. Abstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (8) folgende Bestandteile aufweist: a) einen Frequenzmodulator (12), der mit einem ersten Eingang (121) an den Ausgang des Oszillators (5) angekoppelt ist; b) ein UND-Glied (14), das mit seinem Signaleingang (13) an den Oszillator (5) und mit seinem Steuereingang (15) an die Signaiquelle (7) angeschlossen ist; c) eine von dem UND-Glied (14) gesteuerte, für sich bekannte Phase-Locked-Loop-Schaltung (16), die mit ihrem frequenzstabilisierten Ausgang (21) mit einem zweiten Eingang (122) des Frequenzmodulators (12) verbunden ist; d) ein dem Frequenzmodulator (12) nachgeschaltetes Bandpaßfilter (22) zur Selektion des Modulationsanteils mit der Differenzfrequenz zwischen der Meß- und Referenzfrequenz und e) einer dem Bandpaßfilter (22) nachgeschalteten Auswerteinrichtung (24, 25) (Fig. 2),