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Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung
in einem gasförmigen Medium, insbesondere in Luft, zu einem im Nahbereich, d. i.
im Abstandsbereich einiger Zentimetsr bis zu einigen zehn Metern, befindlichen Meßobjekt,
insbesondere derartige Vorrichtung in einem Gehäuse im Taschenformat, mit einem
zu der einen Vorrichtungsseite hin weisenden, ein edsignal zum Meßobjekt hin ausssndenden
Sender und einem das
vom Meßobjekt reflektierte Signal empfangenden
Empfänger, und mit die Laufzeit des Signals vom Sender über das Me3-objekt zum Empfänger
messenden Auswertgliedarn.
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Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere ein üblicher
Zollstock oder ein MaBband ersetzt werden.
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Entsprechend groß ist der Dleßbereich der erfindungsgemen Vorrichtung.
Er kann jedoch auch größer sein, als für Maßbänder oder dgl. Im allgemeinen reicht
der Meßbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung bis zu etwa hundert Meter, beispielsweise
50 oder 25 Metern.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch beispielsweise als Entfernungsmesser
für Kameras und Fotoapparate verwendet werden. Dann kann die Vorrichtung als Entfernungsmesser
in einem gesonderten Gehäuse untergebracht sein. Sie kann jedoch auch zur Ermöglichung
einer vollautomatischen Entfernungsmessung in eine Kamera oder einen Fotoapparat
eingebaut sein, wobei die Auswertglieder in Abhängigkeit vom Meßergebnis das Objektiv
selbsttätig einregeln. In solchen Anwendungsfällen reicht der Ma3bereich mit Rücksicht
auf den vorhandenen Tiefenschärfenbereich üblicher Objektive im allgemeinen bis
zu zehn Metern.
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Ein Abstandsmesser mit den eingangs erwähnten Merkmalen wurde bereits
vorgeschlagen (Patentanmeldung P 25 01 595.6).
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Der bereits vorgeschlagene Abstandsmesser arbeitet auf der Basis elektromagnetischer
Strahlen, wobei durch den Sender ein elektromagnetischer Richtstrahl auf das Meßobjekt
ausgesendet, von diesem reflektiert und von dem auf dieselbe e0stelle am Objekt
ausgerichteten Sender empfangen wird.
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Die halbe Laufzeit des elektromagnetischen Signals gibt dabei die
ES fernung des Meßobjekts von dem Abstandsmesser an. Bei dem bereits vorgeschlagenen
Abstandsmesser ist es auch möglich, ein elektromagnetisches Signal durch das Anordnen
entsprechender Sende- und Empfangseinrichtungen zu entgegengesetzten Seiten des
Abstandsmessers hin auszusenden, um den Abstand zwischen zwei einander gegenüberstehenden
Meßobjekten, etwa zweier gegenüberstehender Wände eines Zimmers, messen zu können.
Hierbei werden der Abstandsmesser zwischen die beiden Meßobjekt gehalten und die
beiden auf jeder Seite des Abstandsmessers erhaltenen Meßergebnisse selbsttätig
zu einem Gesamtwert addiert, welcher dem Abstand der beiden Meßobjekte voneinander
entspricht.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, anstelle eines elektromagnetischen
Signals ein elektroakustisches
Signal zu verwenden. Demgemäß ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den eingangs erwähnten Merkmalen dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender ein Schallsender und der Empfänger ein Schallempfänger ist. Dabei
arbeiten der Sender und der Empfänger insbesondere im Ultraschallbereich, möglicherweise
auch im Hyperschallbereich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet somit im Prinzip, wie das
bekannte Echolot. Während jedoch das bekannte Echolot für die Abstandsmessung in
flüssigen Medien, insbesondere Wasser, verwendet wird, ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung entsprechend dem oben erwähnten Anwendungszweck als Ersatz für Zollstöcke
und dgl. für Messungen insbesondere in Luft vorgesehen. In Anpassung an den erfindungsgemäßen
Anwendungszweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem als leichte tragfähige
Baueinheit vorgesehen, die als verhältnismäßig leichtes Meßgerät im Westentaschenformat
ausgebildet werden kann, wohingegen die bekannten Echolote mehrteilige Meßgeräte
sind und auf die Verwendung zur wassertiefen Messung angepaßt sind. Auch die Leistung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anpassung an den Verwendungszweck anders
als bei den bekannten Echoloten.
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Nach dem Echolotprinzip arbeitende Meßgeräte sind auch aus der Werkstoffprüfung
bekannt. Diese bekannten Prüfgeräte
sind jedoch vollständig auf
Messungen in festen Körpern meist im Bereich bis allenfalls zu einigen Millimetern
abgestellt und entsprechend dem Anwendungszweck ebenfalls nicht zu einer tragfähigen
Baueinheit zusammengefabt. Uon diesen bekannten Prüfgeräten unterscheidet sich aie
erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem durch den Neßbereich, den Anwendungszweck,
die Meßleistung und die Raumrorm.
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Wie der erwähnte, bereits vorgeschlagene Abstandsmesser, kann die
erfindungsgemäße Vorrichtung verhältnismäßi3 einfach aufgebaut werden und als verhältnismäßig
leichtes Meßgerät im Taschenformat ausgebildet werden. Die erfindungsgemäß Vorrichtung
bildet somit ebenfalls eine gebrauchsfertige Einheit, deren sämtliche Teile in einem
ihnen gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die automatisch arDeitenden Auswertglieder
steuern insbesondere das Meßergebnis angabende Anzeigeglieder. Dabei kann das Meßergebnis
auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen werden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung entsprechend dem bereits vorgeschlagenen Abstandsmesser mit einem üblichen
Taschenrechner kombiniert werden, welcher ebenfalls in dem Gehäuse untergebracht
ist und die Auswertung des Meßergebnisses übernehmen kann. Zusätzlich können mit
einem derartigen elektronischen Taschenrechner die üblichen Rechenoperationen durchgeführt
und zur Anzeige gebracht werden.
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Schließlich bietet die Kombination der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung
mit einem elektronischen Taschenrechner auch die Möglichkeit, das Meßergebnis in
gewünschten Rechenoperationen weiterzuverarbeiten. Hierzu ist vorzugsweise ein Speicher
vorgesehen, der im Rechner bereits vorhanden ist oder zusätzlich geschaffen wird
und in welchem das von der Abstandsmeßvorrichtung erhaltene Medergebnis gespeichert
wird, so daß es während einer gewünschten Rechenoperation aus dem Speicher abgerufen
und verarbeitet werden kann.
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Als Schallsender und Schallempfänger können in entsprechender Anpassung
an den erfindungsgemäßen Anwendungszweck bekannte Schallgeber und Schallempfänger
verwendet werden.
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Bevorzugt werden Schallsender und Schallempfänger, die verhältnismäßig
klein aufgebaut sind, beispielsweisa piezoelektrisch arbeitende Bauelemente. Es
kann jeweils ein gesonderter Schallsender und ein gesonderter Scnallempfänger vorgesehen
sein. Bevorzugt wird jedoch ein einziges Element, welches in bekannter Weise zuerst
als Schallsender arbeitet, und dann nach dem Aussenden des Signals auf Empfang umgestellt
wird und so als Schallempfänger arbeitet.
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Die Auswertglieder werden jeweils in Abhängigkeit vom Aussenden
bzw.
Empfangen des Signals gesteuert. Auch für die Auswertglieder können bekannte Bauelemente
verwendet werden, welche in geeignetsr Weise die erstrebte Laufzeitmessung durchführen
können. Bevorzugt werden elektronische Auswertglieder, die insbesondere als integrierte
Schaltung zusammengafaßt werden. Die Auswertglieder können je nach Anwendungszweck
der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ein Stellglied für die Einstellung
eines Objektives umfassen. Insbesondere sind an sich bekannte Anzeigeglieder zum
zahlenmäßigen Anzeigen des Meßergebnisses vorgesehen.
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Zur Bestimmung der Laufzeit des Signals umfassen die Auswertglieder
der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere eine Frequenzuhr, d. h. eine Anordnung,
die eine konstante, stets reproduzierbare Frequenz erzeugt und welche in ihrer Frequenz
an die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals angepaßt ist, so daß ein Zeitmeßwert
in Abhängigkeit von der Laufzeit des Signals erhalten wird. Zur Ausbildung einer
solchen Frequenzuhr können beispielsweise ein schwingender Quarz oder eine Stimmgabel
verwendet werden. Auch andere, eine reproduzierbare konstante Frequenz abgebende
Schwingungserzeuger oder Taktimpulserzeuger sind möglich.
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Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das ausgesendete Signal einen
Weg von der Vorrichtung zum Meßobjekt und zurück zurücklegt, welcher der doppelten
Meßstrecke entspricht, ist vorzugsweise die Frequenz der Frequenzuhr derart an die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals angepaßt, daß die Zeitdauer für eine volle
Schwingung derjenigen Zeitspanne entspricht, in welcher das Signal den doppelten
Weg der kleinsten auszuwertenden Maßainheit zurücklegt. Dije Schwingungsdauer der
Zeituhr kann auch einem bestimmten bruchteil oder einem bestimmten Vielfachen dieser
Zeitspanne entsprechen.
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I In der bevorzugten Lösung weisen die Auswertglieder einen auf die
Frequenz der Frequenzuhr oder einen bestimmten Bruchteil davon ansprechenden Zähler
auf. Durch einen solchen Zähler kann also beispielsweise jeder Schwingungsimpuls
der Frequenzuhr gezählt und durch einen entsprechenden Zahlenwert zur Anzeige gebracht
werden0 Es kann auch beispielsweise jeder zweite oder dritte Schwingungsimpuls durch
den Zähler gezählt werden. Dies richtet sich im allgemeinen nach der kleinsten auszuwertenden
Maßeinheit.
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Beispielsweise ist es möglich, die Frequenz der Frequenzuhr so an
die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals anzupassen, daß der Schwingungsdauer,
d. h. dem zeitlichen
Abstand zweier aufeinanderfolgender Schwingungsimpulse,
als kleinste aßeinheit ein Wert von 1 mm entspricht. Dann kann die Möglichkeit geschaffen
werden, daß der Zähler entweder jeden Schwingungsimpuls, oder nach entsprechender
Umschaltung nur jeden zehnten Schwingungsimpuls registriert, so daß die kleinste
Maßeinheit nach der Umschaltung einem Quert von 1 cm entspricht.
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Eine entsprechende Umschaltung des Meßbereiches der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann durch entsprechende nderung der Frequenz der Frequenzuhr erreicht
werden.
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Dia Möglichkeit einer Einstellung der Frequenzuhr hinsichtlich ihrer
Frequenz und/oder der Zählfrequenz des Zählers ist auch vorteilhaft, um das erfindungsgemäße
Gerät an eine Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals anpassen zu können.
Bekanntlich ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls mit der Dichte
des ausbreitungsmediums. Durch eine entsprechende Einstellmöglichkeit läßt sich
hier eine Anpassung an die Höhenlage über Meereshöhe, in welcher gemessen wird,
oder an die Lufttemperatur erreichen. Im allgemeinen kann jedoch bei blichen Meßgenauigkeiten
eine derartige Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals vernachlässigt
werden.
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Wie der erwähnte, bereits vorgeschlagene Abstandsmesser, wird auch
die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß mit ihr der Abstand
zwischen zwei Meßobjekten gemessen werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß der Schallsender und der Schallempfänger in entgetengesetzte Richtungen
weisend am Vorrichtungsgehäuse angeordnet sind. Hierbei wird das Signal durch den
Sender zu dem Meßobjekt auf der einen Vorrichtungsseite hin ausgesendet, dort zu
dem anderen Meßobjekt hin reflektiert und nach dort erfolgender erneuter Reflektion
vom Schallempfänger auf der anderen Gehäuseseite empfangen.
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In der bevorzugten Lösung sind jedoch zwei Sender-Empfänger-Paare
in entgegengesetzte Richtungen weisend an der Vorrichtung angeordnet. Hierbei wird
somit auf beiden Seiten der Vorrichtung je ein Meßsignal auf das zugeordnete Meßobjekt
gestrahlt und von diesem reflektiert, so daß es vom zugeordneten Empfänger empfangen
wird. Hierbei können die beiden Sender-Empfänger-Paare gleichzeitig arbeiten, wobei
die beiden erhaltenen Meßwerte von den Auswertgliedern registriert, beispielsweise
in einen Speicher eingelesen werden, und dann vorzugsweise selbsttätig zu einem
Gesamtwert addiert werden.
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Eine einfachere Möglichkeit, die sich insbesondere für das Bestimmen
der Laufzeit mittels einer Frequenzuhr und einen Frequenzzähler eignet, besteht
jedoch darin, daß der Sender des einen Sender-Empfänger-Paares durch das Empfangen
des Signals am Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares einschaltbar ist und
die Auswertglieder in Abhängigkeit vom Einschalten des Senders des einen Sender-Empfänger-Paares
einschaltbar und vom Empfangen des Signals am Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares
ausschaltbar sind. Hierbei kann nämlich der Zähler von demjenigen Zeitpunkt, in
welchem der eine Sender das Signal aussendet, bis zu dem Zeitpunkt, in welchem der
Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares das Signal empfängt, durchlaufen.
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Sobald der Empfänger des 3inen Sender-Empfänger-Paares das von dem
einen Meßobjekt reflektierte Signal empfängt, wird der Sender des anderen Sender-Empfänger-Paares
zur Aussendung des zweiten Signals aktiviert. Wie oben bereits erwähnt, kann hierbei
jedes Sender-Empfänger-Paar aus einem einzigen elektroakustisch arbeitenden Element
gebildet sein, welches von der Funktion als Sender nach dem Aussenden des Signals
auf die Funktion als Empfänger umschaltbar ist.
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Damit bei einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher
auf jeder Vorrichtungsseite ein Sender-Empfänger-Paar vorhanden ist, auch die Möglichkeit
besteht, eine Abstandsmessung nur zu einem Meßobjekt durchzuführen, wobei der Meßwert
auf einen gshäusefesten Nullpunkt bezogen wird, sind in der bevorzugten Lösung die
Auswertglieder in Abhängigkeit vom Aussenden bzw. Empfangen des Signals am Sender
und Empfänger desselben Sender-Empfänger-Paares ein-bzw. ausschaltbar.
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Bei derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bei welchen das Signal
auf unterschiedlichen Gehäuseseiten empfangen bzw. gesendet wird, kann ggf. die
Eigenlänge der Vorrichtung, das ist der Abstand des Senders auf der einen Vorrichtungsseite
vom Empfänger auf der anderen Vorrichtungsseite, zu Meßwertverfälschungen führen,
weil diese Eigenlänge für die Laufzeitmessung des Signals unberücksichtigt bleibt.
Vorzugsweise ist daher die zwischen Senoer und Empfänger, die in entgegengesetzte
Richtungen weisen, gemessene Eigenlänge der Vorrichtung kompensiert. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß der Anfangswert des durch die Auswertglieder gemessenen Meßwertes
von Null verschieden ist, do h. daß beispielsweise ein verwendeter Zähler für den
Zählvorgang nicht beim Wert Null zu zählen anfängt, sondern bei einem Wert, welcher
der Hälfte der
zu kompensierenden Eigenlänge entspricht. Es können
auch entsprechend an die Eigenlänge angepaßte Verzögerungsglieder vorgesehen werden,
welche das empfangende Signal entsprechend verzögert weitergeben, so daß beispielsweise
der Zähler nach dem Empfangen des Meßsignals entsprechend nachläuft. Solche Verzögerungsglieder
können für die Ubergabe des Signals vom Empfänger des einen Sender-Empfänger-Paares
an den Sender des anderen Paares und/oder für die Übergabe des Signals vom Empfänger
des einen oder anderen Sender Empfänger-Paares an eine den Auswertvorgang beendende
Abschalteinrichtung vorgesehen werden.
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Sie bei dem bereits vorgeschlagenen Abstandsmesser sina auch bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise Einstellhilfen zur Ausrichtung der Vorrichtung
an eine bestimmte Meßstelle am Objekt vorgesehen0 Beispielsweise können hierzu entsprechende,
mit einem Fadenkreuz versehene Sucher vorgesehen sein. Da es in Anpassung an den
erfindungsgemäßen Ueruendungszuszk meist darauf ankommt, daß die SenderichtJng bzw.
Empfangsvichtung im wesentlichen senkrecht zur Erstreckung einas meßobjektes verlaufen,
beispielsweise senkrecht zu einer das Meßobjekt bildenden Wand, und da in den meisten
Anwendungsfällen das Meßobjekt vertikal oder horizontal verläuft, sind an der erfindungsgemäßen
Vorrichtung
bevorzugt außerdem Justiervorrichtungen, wie eine Setzwaage, zur Einstellung der
Vorrichtung mit der Sender-Empfänger-Anordnung gegenüber der Horizontalen und/oder
Vertikalen angeordnet. Es kann beispielswsise also eine Wasserwaage oder eine Bleiwaage
vorgesehen sein. Wenn die Vorrichtung geeignet sein soll, in einem bestimmten Winkel
zur Horizontalen oder zur Vertikalen zu messen, können die Justiervorrichtungen
in an sich bekannter Weise auf den entsprechenden Neigungswinkel einstellbar sein.
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Die Einzelheiten bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
aus der schematischen Zeichnung ersichtlich und werden im folgenden beschrieben.
In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche die Messung
des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberstehenden Meßobjekten ermöglicht,
Fig. 2 ein 1Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einem
üblichen elektronischen Taschenrechner in einem gemeinsamen Gehäuse kombiniert ist,
Fig. 3 ein Schaltschema für die verwendeten Auswertglieder, beispielsweise für eine
Vorrichtung nach Fig. 1, und
Fig. 4 ein Schaltschema für die Auswertglieder,
beispielsweise für eine Vorrichtung nach Fig. 2.
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Aus Fig. 1 ist eine Abstandsmeßvorrichtung 1 zur Messung des Abstandes
zwischen zwsi parallelen, einander gegenüberstehenden, strichpunktiert eingezeichneten
Meßobjekten 2 und 3 ersichtlich. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht von außen auf die
Vorrichtung 1. In einem flachen rechteckigen Gehäuse 4 im Westentaschenformat sind
ein Schallsender 5 und ein Schallempfänger 6 untergebracht, die in entgegengesetzte
Richtung weisend an den beiden langen Schmalseiten des Gehäuses 4 münden. Ferner
sind am Gehäuse 4 zwei entsprechend dem Sender 5 bzw. Empfänger 6 ausgerichtete
Sucher 7 zur Ausrichtung der Vorrichtung auf die Meßobjekte ausgebildet. Die Sucher
7 sind, wie in der Zeichnung angedeutet, aus mit einem Fadenkreuz markierten schräggestellten
Spiegeln und ggf. einer vorgeschalteten Linse gebildet. Weiter ist an dem Gehäuse
eine Setzwaage 8 zur Einstellung der Vorrichtung auf die Horizontale angeordnet.
Als Setzwaage kann beispielsweise eine Wasser- oder Bleiwaage verwendet werden.
Schließlich sind am Gehäuse noch ein Hauptschalter 9, eine Meßtaste 10 und ein mehrstelliges
Anzeigefeld 11 untergebracht.
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Nach Einschalten des Hauptschalters 9 und Niederdrücken der Meßtaste
10 wird durch den Schallsender 5 zur einen Gehäuseseite hin auf das dort befindliche
Meßobjekt 2 ein Ultraschallsignal gebündelt ausgesendet, wie durch gestrichelte
Linien und Pfeils angedeutet. Wie durch die strichpunktierten Linien und Pfeile
weiter ersichtlich, wird das Signal am Meßobjekt 2 zum gagenüberstehenden Meßobjekt
3 hin reflektiert und dort erneut zurückgeworfen.
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Durch den auf der anderen Gehäuseseite angeordneten Empfänger 6, der
zum Meßobjekt 3 hinweist, wird die Reflexion empfangen0 Während der Laufzeit des
Signals zählt ein im Gehäuse 4 untergebrachter Zähler die Schwingungszahl einer
ebenfalls. im Gehäuse 4 untergebrachten Frequenzuhr, beginnend mit dem Aussenden
des Signals am Schallsender 5 und endend mit dem Empfangen des Signals am Empfänger
6. Der Zählwert wird auf dem Anzeigefeld 11 zur Anzeige gebracht. Da das Signal
vom Sender 5 über die Meßobjekte 2 und 3 zum Empfänger 6 den doppelten Abstand zwischen
den Meßobjekten 2 und 3 zurücklegt, ist die Frequenzuhr in ihrer Schwingungszahl
so geeicht, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwingungsimpulsen,
d. h. die Schwingungsdauer der Frequenzuhr, der doppelten kleinsten Maßeinheit entspricht,
die vom Zähler gezählt wird. Beträgt beispielsweise die
Maßeinheit
1 mm, dann entspricht die Schwingungsdauer der Schwingungen der Frequenzuhr derjenigen
Zeitspanne, in welcher das Signal 2 mm zurücklegt, wobei der Zähler den Zahlenwert
1 zur Anzeige bringt. Damit die Eigenlänge der Vorrichtung, d. h. die Strecke zwischen
dem Punkt, an welchem das Signal den Schallsender 5 verläßt, bis zu demjenigen Punkt,
an welchem das Restsignal auf den Schallempfänger 6 auftrifft, ebenfalls berücksichtigt
wird, kann dem Schallempfänger 6 ein Zeitverzögerungsglied nachgeschaltet sein,
welches bewirkt, daß der mit oem Aussenden des Signals am Schallsender eingeschaltete
Zähler um einen Zahlenwert nach dem Empfangen des Signals am Empfänger nachläuft,
welcher der Hälfte dieser Eigenlänge entspricht.
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Es Kann auch der Zähler mit dem Aussenden des Signals bei einem Anfangswert
beginnen zu zählen, welcher die halbe Eigenlänge repräsentiert.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist in die Vorrichtung 1 mit einem
üblichen elektronischen Taschenrechner komoiniert, der ebenfalls in dem Gehäuse
4 untergebracht ist. Dies ist durch die aus Fig. 2 ersichtlichen Rechentasten 12
angedeutet. Der Rechner umfaßt einen Speicher, in welchen das Abstandsmeßergebnis
eingelesen werden kann und aus welchem es wahlweise im Verlauf einer Rechenoperation
abgerufen
werden kann. Hierbei zählt also der Zähler in den Speicher.
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Es kann auch ein gesonderter Speicher dafür vorgesehen sein.
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Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 sind anstelle des Schallsenders 5
auf der einen Schmalseite des Gehäuses und des Schallempfängers 6 auf der anderen
Schmalseite des Gehäuses wie in Fig. 1, an jeder Schmalseite des Gehäuses in entgegengesetzte
Richtungen weisende Sender-Empfänger-Paare 13 und 14 vorgesehen, die jeweils aus
einem Schallsender und einem Schallempfänger bestehen. Hierbei können der Schallsender
und der Schallempfänger gesonderte Bauteile sein.
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Sie können jedoch auch durch dasselbe Bauteil gebildet sein, wobei
es nach dem Aussenden des Signals auf Empfang zur Ausbildung des Empfängers umgestellt
wird. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der
der Vorrlchtung aus Fig. 1. Jedoch wird das jeweils ausgesendete Signal nur einmal
am zugeordneten Meßobjekt reflektiert und dann unmittelbar vom zugeordneten Empfänger
empfangen. Es werden somit insgesamt zwei Signale zur Messung des Abstandes zwischen
zwei Meßobjekten von der Vorrichtung ausgesendet und nach der Reflektion empfangen.
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Die Laufzeit des Signals kann hierbei für jedes Signal gesondert bestimmt
werden, wonach die beinen erhaltenen Meßergebnisse zu einem Gesamtwert zusammengefaßt
werden. Dies
erfordert zwei entsprechende Laufzeitmeßvorrichtungen.
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Durch Anordnen entsprechender Speicher ist es möglich, beide Teilergebnisse
gesondert zu speichern und später wahlweise abzurufen. Hierdurch ist die Vorrichtung
nicht auf die Messung des Abstandes zwischen zwei Objekten beschränkt, sondern sie
kann auch zur Messung des Abstandes der Vorrichtung von einem einzigen Meßobjekt
verwendet werden, wobei der Abstand auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen wird.
Bei einer derartigen Vorrichtung mit gesonderten Zeitlaufmeßeinrichtungen für jedes
Sender-Empfänger-Paar 13, 14 können somit die Signale gleichzeitig oder auch nacheinander
ausgesendet werden0 Es ist jedoch auch möglich, mit einer einzigen Laufzeitmeßeinrichtung
für beide Meßsignale auszukommen. Dann werden die beiden Signale nacheinander ausgesendet,
wobei z. B. ein Zähler mit dem Zählen beginnt, wenn das erste Signal am Sender des
einen Sender-Empfänger-Paares ausgesendet wird. Sobald der Empfänger dieses Sender-Empfänger-Paares
das reflektierte Signal erhält, wird es vorzugsweise durch entsprechende Verzögerungsglieder
zur Kompensation der Eigenlänge verzögert an den Sender des anderen Sender-Empfänger-Paares
übergeben, wobei der Zähler weiterläuft.
Sobald dann das Signal
nach der Reflektion am zweiten Meßobjekt vom Empfänger des zweiten Sender-Empfänger-Paares
empfangen wird, ist der Zählvorgang für den Zähler beendet und das Gesamtmeßergebnis
wird unmittelbar erhalten.
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Auch bei einer derartigen Ausführung ist eine Abstandsmessung zwischen
einem einzigen Meßobjekt und einem gehäusefesten Bezugspunkt der Vorrichtung möglich,
wenn das Signal nach dem Empfangen durch den Empfänger des dem Meßobjekt zugeordneten
Sender-Empfänger-Paares nicht auf das andere Sender-Empfänger-Paar übergeben wird,
sondern der Zähler, möglicherweise durch zugeordnete Verzögerungsglieder entsprechend
verzögert, abgeschaltet wird, sobald das Signal am ersten Sender-Empfänger-Paar
wieder ankommt.
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Aus Fig. 3 ist ein Schaltschema für die Auswertglieder zur Bestimmung
der Laufzeit des Signals ersichtlich. Ausgegangen wird von einer Vorrichtung, bei
welcher der Schallsender 5 und der Schallempfänger 6 zur selben Vorrichtungsseite
hin ausgerichtet sind. Das Schaltprinzip ist jedoch dasselbe wie für eine Vorrichtung
entsprechend Fig. 1, bei welcher der Schall sender und der Schallempfänger in entgegengesetzte
Richtungen weisend angeordnet sind. Wie aus dem Schaltschema nach Fig. 3 ersichtlich,
wird das Signal nach Betätigen der Meßtaste 10 vom Schallsender 5 zu dem Meßobjekt
2
oder 3 hin ausgesendet, von dort reflektiert und vom Schallempfänger 6 empfangen.
Beispielsweise wird der Schallsender 5, welcher in einem Frequenzbereich von 30
Kiloherz arbeitet, durch einen Stellsprung, der etwa 1/2 Sekunde anstehen bleibt,
durch Betätigen der Meßtaste 10 in Betrieb gesetzt. Zusätzlich hat der Sender einen
logischen Ausgang, der das Stellsignal auf den einen Eingang eines ODER-Gliedes
15 gibt. Der Ausgang dieses ODER-Gliedes 15 geht auf den statischen Eingang eines
Flipp-Flopps 16, welches von logisch Null auf logisch Eins umstellt und seinen Ausgang
Q auf den einen Eingang einer Torschaltung 17 schaltet, deren Ausgang auf einen
Zähler 18 geht. Eine Frequenzuhr 19 liegt mit ihrem Ausgang am anderen Eingang der
Torschaltung 17 an. Der Ausgang des Empfängers 6 ist auf den anderen Eingang des
ODER-Gliedes 15 geschaltet.
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Sobald somit das Flipp-Flopp 16 über die Torschaltung 17 den Zähler
18 aktiviert, was gleichzeitig mit dem Aussenden des Signals am Schallsender 5 stattfindet,
beginnt der Zähler 18 zu zhlen. Uird dann das vom Meßobjekt 2, 3 reflektierte Signal
am Empfänger 6 empfangen, wird von dessen Ausgang ein Signal mit dem Wert logisch
1 auf den anderen Eingang des ODER-Gliedes 15 gegeben, wodurch das Flipp-Flopp 16
kippt, das Tor 17 schließt und der Zähler
seinen Zählvorgang beendst.
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Die Frequenzuhr 19 kann beispielsweise so eingetrimmt sein, daß einer
Laufzeit des Signals über eine Strecke von 2 m 1ûOC Schwingungsimpulse der Frequenzuhr
19 entsprechen, die vom Zähler gezählt werden. Da das Signal vom Sender 5 über das
Meßobjekt 2, 3 zum Empfänger 6 den doppelten Meßweg zurücklegt, wird somit vom Zähler
bei einem Abstand der Vorrichtung vom Meßobjekt 2, 3 von 1 m entsprechend der Zahlenwert
1000 zur Anzeige gebracht0 Fig. 4 zeigt ein Schaltschema für zwei Sender S 1, 2
und zwei Empfänger E 1, 2, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2. Aus dem
Schaltschema nach Fig. 4 ist ein elektronischer Schalter 20 ersichtlich, der aus
zwei Nand-Gliedern IC 1 und IC 3 besteht. Jeweils der eine Eingang der Nand-Glieder
geht an den negierten Ausgang des jeweils anderen Nand-Gliedes. Der andere Eingang
des einen Nand-Gliedes IC 1 geht zur Meßtaste 10. Ein zweiter Eingang des Nand-Gliedes
IC 3 geht an den Ausgang eines weiteren Nand-Gliedes IC 2, dessen einer Eingang
zum einen Empfänger E 1 geht und dessen anderer Eingang auf logisch L gesetzt ist.
Ein dritter Eingang des zweiten
Nand-Gliedes IC3 geht auf einen
Eingang eines weiteren Nand-Gliedes Ich 0, welches mit einem fünften Nand-Glied
IC8 zu einem elektronischen Schalter 21 zusammengefaßt ist, welcher im Aufbau dem
elektronischen Schalter 20 entspricht und dem zweiten Empfänger E2 zugeordnet ist.
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Beim Niederdrücken der Meßtaste 10 schaltet der elektronische Schalter
20, so daß über das von dessen Nand-Glied IC3 kommende Signal über ein weiteres
Nand-Glied IC4 der Sender 52 in Betrieb gesetzt wird. Gleichzeitig wird über das
vom Nand-Glied ICI des elektronischen Schalters 20 kommende Ausgangssignal eine
Torschaltung IC5 geöffnet, welche die Frequenz von einer Frequenzuhr 19 über das
and-Glied IC7 in den Zähler 18 durchläßt. Wird das vom Sender 52 ausgesendete Signal
am Empfänger El empfangen, wird über das Nand-Glied IC2 der elektronische Schalter
20 gekippt, was gleichzeitig das Einschalten des elektronischen Schalters 21 bewirkt,
so daß durch diesen über ein Negationsglied IC9 der andere Sender S1 in Betrieb
gesetzt wird und gleichzeitig die Torschaltung IC6 öffnet, welche nun die Frequenz
der Frequenzuhr 19 über das Nand-Glied IC7 in den Zähler 18 hineinläßt. Beim Empfang
des zweiten Signals am Empfänger E2 schaltet der slektronische Schalter 21 wieder
in die Ausgangsstellung um, wodurch die Torschaltung
IC6 geschlossen
wird und der Zähler 18 aufhört zu zählen.
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Das vom Zähler 18 zur Anzeige gebrachte Meßergebnis steht damit fest.
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Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist nicht auf die angegebenen
Anwendungsgebiete als Ersatz für ein Maßband oder einen Zollstock oder als Entfernungsmesser
für Kameras nd optische Geräte beschränkt, wenngleich dies die bevorzugten Anwendungsgebiete
sind. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei anderen Anwendungsgebieten
mit Erfolg verwendet werden, wo es auf eine berührungsloselAbstandsmessung insbesondere
in Luft ankommt.
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Ein anderes derartiges Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Abstandsmessung
bei Kraftfahrzeugen zur Verhinderung eines zu dichten Auffahrens.
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- Ansprüche -