DE2608066A1

DE2608066A1 - Opto-elektronischer abstandssensor

Info

Publication number: DE2608066A1
Application number: DE19762608066
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. 8560 Lauf Stützle
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1981-03-19
Also published as: FR2468922A1; NL7614572A; DE2608066C2; US4332468A; FR2468922B1

Description

DIEHL, Stephanstr. 49, 8500 Nürnberg

C pto-elektronischer Abstandssensor

Die Erfindung betrifft einen opto-elektronischen Abstandssensor, insbesondere für Geschoßzünder, der optische Impulse im Takt eines Impulsgenerators gerichtet abstrahlt und der von einer Oberfläche zurückgestreute Anteile dieser optischen Impulse in einem auf den Auftreffpunkt der Impulse auf der Oberfläche ausgerichteten Empfangsglied aufnimmt und zur Abgabe eines Auslösesignals auswertet.

In der US-Patentschrift 3 013 857 ist ein Wolkenaufzeichnungsgerät beschrieben, das einen modulierten Lichtstrahl abstrahlt und dessen Reflektionen in einem abgestimmten Verstärker und einem Gleichrichter verarbeitet. Die Höhe der resultierenden Gleichspannung ist ein Maß für die am Empfänger auftretende Lichtstärke. Um sicherzustellen, daß das Gerät nur auf vom Sender ausgestrahltes, reflektiertes Licht anspricht, arbeiten Sender und Empfänger mit einer Frequenz von 120 Hz. Maßnahmen zur Rauschunterdrückung sind nicht vorgesehen.

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In der US-PS 3 613 590 ist ein Näherungszünder beschrieben, der eine Sendefrequenz in Ridtung auf ein bewegtes Ziel abstrahlt. Die Empfangsfrequenz setzt sich dann zusammen aus der Sendefrequenz und den Doppler-Frequenzen. Nach Mischung der Sendefrequenz und der limpfangsfrequenz sowie Tiefpaßfilterung wird das resultierende Signal zur Zündung ausgenutzt. Bei dieser Schaltung treten keine Rauschprobleme auf, die nicht mit üblichen Mitteln zu lösen wären.

Bei einem opto-elektronischen Abstandssensor der eingangs genannten Art ist die Verarbeitung des aufgrund der optischen übertragung unvermeidlichen Rauschens von besonderer Be- , deutung, damit Fehlsignale vermieden werden. Erschwerend kommt hinzu, daß in vielen Einsatzfällen nur mit kleiner Empfangs-Nutzleistung zu rechnen ist, da einerseits schon die Sendeleistung möglichst klein gehalten wird und andererseits auch schlecht streuende Flächen erkannt werden müssen, wobei zu berücksichtigen ist, daß häufig das von Fremdlicht herrührende Rauschen sehr stark sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen opto-elektronischen Abstandssensor vorzuschlagen, bei dem die zum Empfänger gelangenden Rauschanteile in der Weise verarbeitet werden, daß sie selbst bei geringem Rauschabstand nicht zu Fehlsignalen führen.

Die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig ein Hochpaß vorgesehen ist, dessen Grenzfrequenz bei der Impulsfolgefrequenz liegt, daß dem Hochpaß eine Speicherschaltung nachgeschaltet ist, die zur Speicherung einer Serie von Empfangsimpulsen ausgelegt und durch den Impulsgenerator im Takt der Sendeimpulse zur Speicherung freigegeben ist, und daß der Speicherschaltung eine Kontrollschaltung zugeordnet ist, die bei einem bestimmten Ladungszustand der Speicherschaltung das Auslösesignal abgibt.

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Der Hochpaß verhindert, daß im Vergleich zu den Licht-Sendeimpulsen niederfrequente Störlichtanteile in die Speicherschaltung gelangen können. Solche lang dauernden Störlichtimpulse würden zu einer vorzeitigen Speicherladung und dementsprechenüer Fehlzündung führen. Durch die Freigabe der Speicherschaltung im Takt der Impulsfrequenz gelangen nur solche Streulichtanteile in die Speicherschaltung, die in diesen Freigabezeiten auftreten. Dies ist insbesondere Streulicht aus den Sendeimpulsen. Dadurch, daß die Speicherschaltung so ausgelegt ist, daß sie erst nach der Integration mehrerer Empfangsimpulse zum Ansprechen der Kontrollschaltung führt, ist erreicht, daß Rauschanteile zwar in die Speicherschaltung gelangen, jedoch nicht ein Ansprechen der Kontrollschaltung hervorrufen können.

In einer Ausführung der Erfindung weist die Speicherschaltung einen.Ladekondensator auf, dem ein von dem Impulsgenerator mit dessen Impulsfolgefrequenz geöffneter Schalter vorgeschaltet ist, und an dem Kondensator liegt ein Schwellwertschalter, der bei einem bestimmten Ladezustand des Kondensators schaltet. Da positive und negative Rauschamplituden mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten und beide auf den Ladekondensator gelangen, führt dies dazu, daß sich die positiven und negativen Rauschanteile im Mittel aufheben. Über mehrere Eingangsimpulse betrachtet hängt somit die Zunahme der Kondensatorladung im wesentlichen von den gespeicherten Empfangsimpulsen ab. Beispielsweise nach zehn Empfangsimpulsen ist der Ladezustand erreicht, bei dem der Schwellwertschalter anspricht und das Auslösesignal abgibt.

In einer anderen Ausführung der Erfindung 1st die Speicherschaltung von einem digitalen Speicher, insbesondere einem Schieberegister, gebildet, dessen Takt von der Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators gesteuert ist, und ein logisches Gatter wertet den Inhalt der einzelnen Speicherstellen aus. Auch in diesem Fall gelangen neben den Streulichtimpulsen aus dem Sender Rauschanteile in den Speicher. Die Wahr-

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scheinlichkeit, daß positive Rauschamplituden, die eine Speicherstelle besetzen könnten, auftreten, beträgt 0,5. Bei einer ausreichenden Anzahl von Speicherstellen können höchstens die Hälfte der Speicherstellen von Rauschamplituden belegt sein. Das logische Gatter ist so ausgelegt, daß es erst dann zur Abgabe des Auslösesignals führt, wenn mehr als die Hälfte der Speicherstellen belegt sind.

Vorzugsweise ist vor den Speicher ein Amplitudendiskriminator geschaltet, der nur Signale zum Speicher läßt, deren Amplitude die Amplitude des kleinsten zu erwartenden Nutzsignals überschreitet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

Fig. 2 das Blockschaltbild eines weiteren AusfUhrungsbeispiels der Erfindung. ■ ·

Ein Impulsgenerator 1 speist mit einer Impulsfolgefrequenz von beispielsweise 10 kHz und einem niedrigen Tastverhältnis eine lichtemittierende Diode 2. Deren Lichtimpulse werden durch eine Linse 3 auf eine Oberfläche 4 gelenkt. Wenn der Abstand des Abstandssensors von dar Oberfläche gerade so groß ist, daß von der Oberfläche 4 reflektierte Lichtimpulse durch eine Linse 5 auf einen Fototransistor 6 gelangen, wird an einem Ausgang 7 ein Auslösesignal abgegeben.

Dem Fototransistor 6 ist ein Hochpaß 8 nachgeschaltet, dessen Grenzfrequenz etwas unterhalb der Impulsfolgefrequenz des Irapulsgenerators 1 liegt. Hierdurch werden elektrische Signale, die von Gleichlicht oder langen Lichtimpulsen herrühren, ausgefiltert.

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In Fig. 1 ist dem Hochpaß 8 ein Verstärker 9 nachgeschaltet, dessen Arbeitspunkt auf dem Potential der halben Betriebsspannung liegt, so daß positive und negative Amplituden, die von Rauschlicht stammen, in gleicher Weise verstärkt werden. Der Ausgang des Verstärkers 9 ist über einen Schalter 10 und einen Ladewiderstand 11 an einen Ladekondensator Λ? gelegt. Parallel zum Ladekondensator 12 liegt ein Entladewiderstand

Der Schalter 10 ist von einem Halbleiterbauelement gebildet, das für positive und negative Signale durchlässig geschaltet werden kann. Der Schalter 10 wird von dem Impulsgenerator 1 entsprechend dessen Impulsfolgefrequenz leitend geschaltet. Zusätzlich ist ein Kopplungswiderstand 14 vorgesehen.

Ist der Schalter 10 leitend, dann können sowohl die gegebenenfalls auftretenden Streulichtimpulse als auch positive und negative Halbwellen des Rauschens über den Ladewiderstand 11 auf den Ladekondensator 12 gelangen. Die Rauschanteile mitteln sich hierbei aus, so daß der Kondensator effektiv von den Streulichtimpulsen geladen wird. Sobald die Ladung des " Kondensators 12 eine bestimmte Höhe erreicht hat, spricht ein Schwellwertschalter 15 an, der beispielsweise von einem Schmitt-Trigger gebildet ist. Dieser gibt dann das Auslösesignal ab.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 ist dem Hochpaß 8 ebenfalls ein Verstärker 9 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal des Verstärkers ist über einen Amplitudendiskriminator 16 an ein Schieberegister mit 8 Bit gelegt. Am Clock-Eingang des Schieberegister 17 liegt der Impulsgenerator 1, so daß das Schieberegister im Takt der Impulsfulgefrequenz arbeitet.

Die Ausgänge der einzelnen Speicherstellen des Schieberegisters 17 liegen parallel an einem UND-Gatter 18.

Treffen von der lichtemittierenden Diode 2 herrührende, von der Oberfläche 4 reflektierte Streulichtimpulse auf, dann gelangen diese nach Verstärkung durch den Amplitudendiskrimi-

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nator an den Eingang des Schieberegisters 17 und füllen dessen Speicherstellen nacheinander. Sind 8 Impulse eingetroffen, schaltet das UND-Gatter 18 und am Ausgang 7 wird das Auslösesignal abgegeben. Signale, deren Amplituden niedriger sind als die aus dem Streulicht herrührenden, werden vom Amplitudendiskriminator gesperrt und gelangen nicht auf das Schieberegister 17.

Falls aus Rauschlicht herrührende Signale mit hohen Amplituden gleicher Polarität wie das Streulicht auftreten, können auch diese Signale auf das Schieberegister gelangen. Aufgrund der Wahrscheinlichkeit von höchstens 0,5 für solche Signale können diese jedoch maximal die Hälfte der Speicherstellen belegen. Eine Durchschaltung des UND-Gatters 18 kann somit in diesem Fall nicht erfolgen.

Wenn zu befürchten ist, daß einige der auszuwertenden Streuimpulse ausbleiben, können anstelle des UND-Gatters 18 jeweils einige beispielsweise zwei der Ausgänge der Speicherstellen mit ODER-Gatter verbunden werden, die ihrerseits über UND-Gatter gekoppelt werden. In diesem Fall tritt das Auslösesignal 7 auch dann auf, wenn nicht alle Speicherstellen belegt sind.

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Claims

Patentansprüche:

1. Opto-elektronischer Abstandssensor, irisbesondere für Geschoß zilnder, der optische Impulse im Takt eines Impulsgenerators gerichtet abstrahlt und der von einer Oberfläche zurückgestreute Anteile dieser optischen Impulse in einem auf den Auftreffpunkt der Sendeimpulse auf der Oberfläche ausgerichteten Empfangsglied aufnimmt und zur Abgabe eines Auslösesignals auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig ein Hochpaß (8) vorgesehen, dessen Grenzfrequenz bei der Impulsfolgefrequenz liegt, daß dem Hochpaß (8) eine Speicherschaltung (10, 11, 12; 17) nachgeschaltet ist, die zur Speicherung einer Serie von Empfangsimpulsen ausgelegt und durch den Impulsgenerator (1) im Takt der Sendeimpulse zur Speicherung freigegeben ist, und daß der Speicherschaltung (10, 11, 12; 17) eine Kontrollschaltung (15; 18) zugeordnet ist, die bei einem bestimmten Ladungszustand der Speicherschaltung das Auslösesignal abgibt.

2. Abstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung einen Ladekondensator (12) aufweist, dem ein vom Impulsgenerator (1) mit dessen Impulsfolgefrequenz geöffneter Schalter (10) vorgeschaltet ist, und daß an dem Ladekondensator (12) ein Schwellwertschalter (15) liegt, der bei einem bestimmten Ladezustand des Kondensators schaltet.

3. Abstands^nsor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung von einem digitalen Speicher, insbesondere einem Schieberegister (17), gebildet ist, dessen Takt von der Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators (1) gesteuert ist, und daß ein logisches Gatter (18) den Inhalt der einzelnen Speicherstellen auswertet.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Abstandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (17) ein Araplitudendiskriminator (16) vorgeschaltet ist.

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