DE2531665A1

DE2531665A1 - Elektronischer distanzmelder

Info

Publication number: DE2531665A1
Application number: DE19752531665
Authority: DE
Inventors: Hubert Bacher; Werner Dr Ing Wiesbeck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1977-02-03

Description

"Elektronischer Distanzzelder" Die Erfindung betrifft einen elektronischen Distanzmelder, der nach dem Rückstrahlverfahren mit Ultraschallwellen arbeitet und bei Entfernungsbestimmungen im Zentimeter- und Meterbereich verwendbar ist, wie sie z. B. bei Büllstandsmessungen, bei der Förderband-Transportkontrolle sowie bei Eupplungs- und Einpark-Manövern von Fahrzeugen erforderlich werden.
Ein beispielsweise aus der Zeitschrift HOBBY, Heft 24/72 bekannter Distanzmelder dieser Art dient der Erleichterung des Einparkens eines mit diesem Melder ausgerüsteten Fahrzeuges in eine Fahrzeuglücke einer Reihe hintereinander parkender Fahrzeuge oder bei stationärem Einbau z. B. in einer Garageninnenwand der Kollisionswarnun des in die Garage einfahrenden Fahrers vor einer unerwtinschten 3berührung seines Fahrzeuges mit der Garagenwand durch akustische und/oder visuelle Anzeigemittel. Auch die Verwendbarkeit dieses bekannten Distanzmelders als Diebstahl-Warngerät in Wohnungen ist in der erwähnten Literaturstelle angegeben.
Dieser bekannte Distanzmelder. besitzt einen mit einem gerichteten Ultraschallgeber kooperierenden Ultraschallempfänger. Die Ultraschallwellen dieses Gebers werden von dem Ultraschallempfänger nur empfangen, wenn sie von einen rückstrahlenden Objekt innerhalb eines vorgegebenen Entfernungs- und Winkelbereiches aus der Richtung von dem Ultraschallgeber in die Richtung zu dem Ultraschall empfänger vor dem Melder reflektiert werden, wobei durch akustische Rückkopplung ein elektrischer Schwingungsgenerator zur Abgabe von Schwingungen bei etwa 37 kHz veranlaßt wird, die nach Gleichrichtung einen Hörfrequenzgenerator einschalten, der auf einen Lautsprecher oder Sororer arbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Stand der Technik dahingehend zu verbessern, daß mit Ultraschallwellen nach dem Rückstrahlverfahren die Distanzmeldung technisch einfacher und wirtschaftlich weniger aufwendig bei höherer Arbeitsverlässlichkeit durchgeführt werden kann.
Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bei einem Distanzmelder der einleitend genannten Art sowie wichtige Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind den Patentansprüchen sowie der Beschreibung der Abbildungen entnehmbar.
Der erfindungsgemäße Distanzmelder läßt sich vorteilhafterweise in TTiZ- oder CMOS-Ausführul-; realisieren; er ist monolytisch integrierbar.
Der Erfindungsgegenstand vermeidet bei der Entfernungsbestimmung eine Amplitudendiskriminierung, was besonders vorteilhaft deswegen ist, weil eine solche Diskriminierung leicht infolge unterschiedlicher Reflektionseigenschaften der infrage kommenden rückstrahlenden Objekte ungenaue Meßergebnisse bedingt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Signal eines digitalen Oszillators im Ultraschallbereich durch einen zweiten Oszillator so getastet, daß nur wenige Impulse über den Ultraschall sender abgestrahlt werden. Werden diese Impulse an einem Gegenstand reflektiert, so gelangen sie in den Ultraschallempfänger. Uber ein Zeitglied wird die Laufzeit gemessen und ausgewertet. Eine einfache Torschaltung gestattet es ein, Warnsignal bei Unterschreitung eines voreingestellten Abstandes abzugeben.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Distanzmelders nach der Erfindung. Er enthält einen ersten digitalen Oszillator 1, der ununterbrochen Impulse der Folgefrequenz 9 abgibt, weiterhin einen zweiten digitalen Oszillator 2, der eine Impulsfolge der Folgefrequenz f2 mit einer Einzelimpulslänge abgibt, die gleich der oder geringfügig größer als die Länge der Ultraschall-Inpulsgruppen gewählt ist, und schließlich ein Und-Gatter 3 mit zwei Eingangen, von denen einer an den Ausgang des ersten und der andere an den Ausgang des zweiten Oszillators angeschlossen ist. Das Tastverhältnis der vom ersten Oszillator 1 abgegebenen Impulsfolge ist vorzugsweise gleich 1 : 1 gewählt.
Die reziproke Folgefrequenz fl liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 30/uns, beispielsweise bei 27 pos, während die Folgefrequenz des zweiten Oszillators 2, nämlich die Frequenz f 2 zweckmäßigerweise zwischen 50 und 300 Hz gewählt ist. Dann gehören zu einer Impulsgruppe vorteilhafterweise etwa 3 bis 7 Einzel impulse, die einen zeitlichen Ausschnitt aus der Impulsfolge des ersten Oszillators 1 darstellen.
Mit 4 ist ein Ultraschallgeber bezeichnet, der die ihm zugeführten elektrischen Impuls gruppen elektroakustisch wandelt und als Ultraschallwellen in Richtung zu einem rückstrahlenden Objekt 11 abstrahlt. Die Mittenfrequenz des Ultraschallgebers 4 ist vorzugsweise gleich f1.
Ein Ultraschall empfänger 5 empfängt einen Energieanteil, der vom rückstrahlenden Objekt 11 reflektierte Ultraschallwellen und wandelt diesen Anteil in entsprechende elektrische Impulse.
Zweckmäßigerweise werden dieselben zunächst einem Begrenzer-Verstärker 6 zugeführt, bevor sie zur Auswerteschaltung gelangen, die der Signallaufzeit abhängigen Empfangssignalauswertung dient.
Das Ausführunrn>sbeispiel der Erfindung nach Fig. 1 enthält hisrzu ein Entfernungstor, das gewährleistet, daß nur ein innerhalb einer vorgegebenen maximalen Distanz befindliches rSickstrahlendes ObåeXt eine Dm-fan' gnalauswertung im Sinne einer Distanzmeldung veranlaßt. Dieses Entfernungstor besteht aus einem Und-Gatter 7 mit zwei Eingängen und einem Monoflop 8, in der Weise, daS das Und-Gatter nur während Zeitintervalken signaldurchlässig ist, deren jeweilige Länge etwa gleich ist der doppelten Signallaufzeft der Ultraschallwellen durch eine Strecke entsprechend der vorgegebenen maximalen Distanz des rückstrahlenden Objektes 11 gegenüber dem Ilelder und die bei oder kurz nach Beginn jeder Inpulsgruppen-Aussendung beginnen.
Die Zeitkonstante des Monoflops 8 ist zweckmäßig nach Maßgabe der jeweiligen Länge dieser Zeitintervalle gewählt, in denen das Und-Gatter 7 signaldurchlässig sein soll. Hierdurch werden außerhalb des vorgegebenen maximalen Distanzbereiches befindliche riickstrahlende Obåekte vom Distanzmelder nicht erfaßt.
Das Monoflop 8 ist durch die Aus gangs impulse des Oszillators 2 getriggert.
Ein Monoflop 9, das vorzugsweise eine Zeitkonstante entsprechend Y- besitzt und dann Ausgangsimpulse mit einem Tastverhältnis 1 : 1 abgibt arbeitet auf einen Lautsprecher 10, der akustische Warnsignale abgibt, sobald der Distanzmelder anspricht.
Fig. 2 zeigt Impulsverläufe in Amplituden/Zeit-Diagrammen bezüglich den Ausgängen derjenigen Bausteine der Fig. 1, deren Bezugsziffern mit den Zeilerm'erierungen in Fig. 2 übereinstimmen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausfühungsform der Erfindung, bei der kein Entfernnngstor gesetzt wird, sondern die Entfernung zum rückstrahlenden Objekt 11 gemessen wird. Sendeseitig stimmt das Blockschaltbild der Fig. 3 mit demjenigen der Fig. 1 identisch überein, empfangsseitig hinsichtlich der Bausteine 5 und 6.
Die Bausteine 7 bis 10 des Distanzmelders nach Fig. 1 entfallen bei demjenigen nach Fig. 3; letzterer besitzt dagegen einen Negator 12, ein RS-Flip-Flop 13 sowie einen Baustein 14, der beispielsweise ein Impulszähler ist.
Durch Jeden Impuls des zweiten Oszillators 2 wird das Flip-Flop 13 gesetzt; es ist hierzu mit seinem S-Eingang am Ausgang des zweiten Oszillators 2 angeschlossen. Das Flip-Flop 13 läßt über den Signaleingang I, der am Ausgang des ersten Oszillators 1 liegt, dessen ununterbrochene Ausgangsimpulsfolge der Folgefrequenz 9 solange zum Baustein 14 hindurch, bis das Flip-Flop 13 durch die Empfangsimpulse, die seinem R-Eingang zugeführt werden, zurückgesetzt wird.
Sofern der Baustein 14 ein Impulszähler ist, läßt sich nach Maßgabe des jeweiligen Zählergebnisses die Entfernung mittels eines Anzeigeorgans unmittelbar visuell darstellen; es kann aber auch eine analoge Darstellung unter Würdigung eines Frequenz-Spannungswandl ers erfolgen.

Claims

Patentansprüche

¼) Elektronischer Distanzmelder, der nach dem Rückstrahlverfahren mit Ultraschallwellen arbeitet und bei Entferniirigsbestim mungen im Zentimeter- und Neterbereich verwendbar ist, wie sie z. B. bei Fullstandsmessungen, bei der Förderband-Transportkontrolle sowie bei Flpolungs- und Einpark-Manövern von Fahrzeugen erforderlich werden dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum periodisch wiederholten Aussenden von Ultraschall-Impulsgruppen, die jeweils aus einer periodischen Impulsfolge weniger Einzelimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz f1 des Ultraschall-Frequenzbereiches bestehen, in einem Wiederholzyklus vorgesehen sind, dessen Länge 1 groß zyklus vorgesehen sind, dessen Länge 1 groß gegen 1 gewählt f2 f1 ist, und da3 die Distanzmeldung nach Maßgabe der Signallaufzeit der rückgestrahlten Empfangssignale erfolgt.
2. Distanzmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden eine Impulsgeneratorschaltung, die den Ultraschall-Impulsgruppen entsprechende elektrische Impulsgruppen erzeugt, und - am Ausgang dieser Impulsgeneratorschaltung angeschlossen - einen Ultraschallgeber enthalten, dessen Mittenfrequenz vorzugsweise gleich f1 ist und der die ihm zugeführten Impulsgruppen elektroakustisch wandelt und als Ultraschallwellen abstrahlt.
3. Distanzmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeneratorschaltung einen ersten digitalen Oszillator, der ununterbrochen Impulse der Folgefrequenz f1 abgibt, weiterhin einen zweiten digitalen Oszillator, der eine Impulsfolge der Folgefrequenz f2 mit einer Einzelimpulslänge abgibt, die gleich der oder geringfügig gröber als die Lunge der Ultraschall-Impulsgruppen gewählt ist, und schließlich ein Und-Gatter mit zwei Eingängen enthält, von denen einer an den Ausgang des ersten und der andere an den Ausgang des zweiten Oszilrators angeschlossen ist.
4. Distanzmelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der vom ersten Oszillator abgegebenen Impulse folge gleich 1 : 1 gewählt ist.
5. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß n zu grö9enordnungsmaßig 30»is, beispielsweise zu 27 µs, gewählt ist.
6. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß f2 im Niederfrequenzbereich liegend gewählt ist, z. B. zwischen 50 und 300 Hz.
7. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zu einer Impulsgruppe gehörenden Einzelimpulse zu etwa 3 bis 7 gewählt ist.
8. Distanzmelder nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die akustisch/elektrisch gewandelten Empfangssignale ein Begrenzer-Verstärker vorgesehen ist.
9. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertschaltung zur signallaufzeitabhängigen Empfangssignalauswertung vorgesehen ist.
10. Distanzmelder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein Entfernunstor enthält, das gewahrleistet, daß nur ein innerhalb einer vorgegebenen maximalen Distanz befindliches riickstrahlendes Objekt eine Empfangssignalauswertung im Sinne einer Distanzmeldung veranlaßt.
11. Distanzmelder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernungstor aus einem Und-Gatter mit zwei Eingängen und einem Monoflop besteht, in der Weise, daß das Und-Gatter nur wahrend Zeitintervallen signaldurchlassig ist, deren åeweilige Länge etwa gleich ist der doppelten Signallaufzeit der Ultraschallwellen durch eine Strecke entsprechend der vorgegebenen maximalen Distanz und die bei oder kurz nach Beginn Jeder Impulsgruppen-Aussendung beginnen.
12. Distanzmelder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Monoflops nach Maßgabe der jeweiligen Länge der Zeitintervalle gewählt ist.
13. Distanzmelder nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, da das Monoflop mit seinem Triggereingang an den Ausgang des zweiten Oszillators, der die Impulsfolge mit der Folgefrequenz f2 abgibt, angeschlossen ist.
14. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein weiteres Monoflop enthält, das akustische und/oder visuelle Anzeigemittel sowie ggf. automatische Regel einrichtungen nach Maßgabe der ermittelten Distanz ansteuert.
15. Distanzmelder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des weiteren Monoflops entsprechend gewählt ist.
16. Distanzmelder nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein RS-Flip-Flop mit nachgeschaltetem impulszahlabhängigen Anzeige- und/oder Auswertegerät vorgesehen ist, daß der S-Eingang des Flip-Flops an den Ausgang des zweiten Oszillators, der die Impulsfolge der Folgefrequenz f2 abgibt, angeschlossen ist, daß der Signaleingang J des Flip-Flops an den Ausgang des ersten Oszillators, der die Impulsfolgte der Folgefrequenz f1 abgibt, angeschlossen ist, daß der R-Eingang des Flip-Flops an den Empfangskanal angeschlossen ist.