DE2643524A1

DE2643524A1 - Verfahren und einrichtung zur beruehrungslosen geschwindigkeitsmessung

Info

Publication number: DE2643524A1
Application number: DE19762643524
Authority: DE
Inventors: Albin Dipl Phys Dr Kehl; Hans-Georg Dipl Ing Dr Mueller; Friedrich Dipl Phys Dr Scharf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-09-28
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1978-03-30
Also published as: CH622352A5; FR2365801A1; US4135155A

Description

R. 3 4.7t " 26Α3Β/Α

20.9.1976 Rs

Anlage zur
Patentanmeldung

30.August 1976

Robert Bosch GmbH
7000 Stuttgart

Verfahren und Einrichtung zur berührungslosen Geschwindxgkeitsmessung

Die Erfindung betrifft ein ,Verfahren zur berührungslosen Messung der Relativgeschwindigkeit zweier Körper mittels zwei in Richtung der Relativbewegung an einem der Körper hintereinander angeordneten Messfühleranordnungen, welche der physikalischen Struktur, insbesondere der Oberflächenstruktur, des anderen Körpers entsprechende Signale erzeugen, welche in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zeitlich gegeneinander versetzt sind und nach Verzögerung des Signals der in Richtung der Relativbewegung vorderen Messfühleranordnung, welche einen einzigen Messfühler aufweist, in einerAuswerteeinrichtung miteinander korreliert werden, die eine Anzeige

8098 13/0410

der Relativgeschwindigkeit und/oder einer damit verknüpften Grosse liefert, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung ist beispielsweise aus der DT-OS 2 133 942 bekannt, gemäss welcher die eu vergleichenden bzw. zu korrelierenden Signale in Begrenzern guantisiert werden. Gemäss dem bekannten Verfahren wird das vom vorderen Messfühler stammende Signal selbstätig um eine solche Laufzeit verzögert, dass die mittlere quadratische Abweichung der beiden Signale ein Minimum ist. Die Verzögerung wird dabei durch einen Integralregler gesteuert, der verhältnismässig kompliziert aufgebaut ist. Ähnliche Verfahren sind aus den DT-OSen 2 219 342, 2 331 145, 2 219 343 und 2 219 900 bekannt. Allen bekannten Verfahren zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung ist es gemeinsam, dass die richtige Verzögerung des Ausgangssignals des vorderen Messfühlers in einem Regelprozess gewonnen wird, der einen entsprechenden schaltungstechnischen Aufwand erforderlich macht, wobei die üblichen Kriterien der Regelungstechnik genau beachtet werden müssen, um unerwünschte Schwingungsvorgänge und dergleichen bei vernünftiger Regelungsdauer* zu vermeiden, was häufig nur durch zusätzliche Einrichtungen möglich ist, beispielsweise durch eine mit der Feinregelung zusammenwirkende Grobregelung, welche eine Einstellung des Regelkreises auf falsche Werte verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung anzugeben, bei dem bzw. bei der mit geringem technischen Auf-

809813/0410

ORiGiNAL INSPECTED

3/ 7 - 2Γ-

264352m

wand eine schnelle und genaue Messung der Relativgeschwindigkeit zweier Körper auch bei starken zeitlichen Änderungen der Relativgeschwindigkeit ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass man gemäss der Erfindung mit Hilfe der hinteren Messfühleranordnung gleichzeitig mehrere unterschiedlich stark verzögerte zweite Signale erzeugt, dass man jedes dieser verzögerten Signale mit dem verzögerten Signal des vorderen Messfühlers vergleicht, um dasjenige Signalpaar zu ermitteln, bei dem sich die optimale Übereinstimmung ergibt, und dass man eine der Verzögerung des von der hinteren Messfühleranordnung erzeugten verzögerten Signals dieses Signal- * paares entsprechende Geschwindigkeitsanzeige erzeugt.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird also abweichend von den bisher bekannten Verfahren in jedem Augenblick eine je nach den Genauigkeitsanforderungen mehr oder weniger grosse Zahl von Signalen der zweiten Messfühleranordnung bereitgehalten, die um unterschiedliche Zeiten gegenüber dem Signal des vorderen Messfühlers verzögert sind, und jedes dieser Signale wird sofort mit dem verzögerten Signal des vorderen Messfühlers verglichen, um dasjenige Signalpaar zu ermitteln, bei dem sich die optimale Übereinstimmung ergibt. Auf diese Weise wird das mühsame, technisch aufwendige Herantasten an die richtige Verzögerungszeit vermieden, und es wird gleichzeitig erreicht, dass Geschwindigkeitsänderungen schnell und zuverlässig erfasst werden, ohne dass Fehlmessungen zu befürchten sind, wie sie sich bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen bei den bekannten Verfahren einstellen, wo die Regelung aufgrund zu grosser Regelzeitkonstanten ausser Tritt geraten kann.

0 9813/0 4.10

ORIGINAL INSPECTED

3 4 7 J - Ir-

Günstig ist es, wenn man die Signale der beiden Messfühler, wie dies an sich aus der DT-OS 2 219 900 bekannt ist, in einstellige Binärsignale umsetzt und mittels logischer Schaltungen mit nachgeschalteten analogen Integrationsgliedern vergleicht. Auf diese Weise lässt sich nämlich der schaltungstechnische Aufwand für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders"klein halten.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn man die Zuordnung der binären 0 und 1 zu den Signalamplituden in Abhängigkeit von der mittleren Signalamplitude am Ausgang mindestens eines der Messfühler regelt. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, langsame Änderungen der physikalischen Struktur des zweiten Körpers, beispielsweise langsame Änderungen der Oberflächenstruktur einer Strasse, im Sinne einer möglichst genauen Geschwindigkeitsmessung zu berücksichtigen. ■ ·

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich eine Einrichtung besonders bewährt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Verzögerungsschaltung vorgesehen ist, die mit dem Ausgang des vorderen Messfühlers verbunden ist und von deren Ausgang das verzögerte Signal des vorderen Messfühlers abgreifbar ist, dass die zweite Messfühleranordnung mehrere in Richtung der Relativbewegung hintereinander angeordnete hintere Messfühler aufweist, deren Signale gegenüber dem verzögerten Signal des vorderen Messfühlers unterschiedlich stark verzögert sind, dass mit dem Ausgang jedes Messfühlers der hinteren Messfühleranordnung einer von zwei Eingängen je einer Torschaltung verbunden ist, dass der zweite Eingang jeder der Torschaltungen mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung verbunden ist und dass der Ausgang jeder der Torschaltungen über ein Integra-

809813/0410

^ 7 1

2643624

tionsglied mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung besteht dabei darin, dass keine komplizierten Regeleinrichtungen mehr erforderlich sind, welche die eingangs erläuterten Schwierigkeiten mit sich bringen, sondern dass man mit einfachsten Schalteinrichtungen auskommt, um unter den von vornherein vorhandenen Signalpaaren dasjenige zu ermitteln, dessen Einzelsignale einander zumindest im wesentlichen gleich sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man zwischen dem Ausgang des vorderen Messfühlers und der Verzögerungsschaltung sowie zwischen dem Ausgang jedes der hinteren Messfühler und den Eingängen der logischen Torschaltungen jeweils eine Schwellwertschaltung vorsieht.

Bei dieser Ausgestaltung einer Einrichtung gemäss der Erfindung kann nämlich die Signalverarbeitung hinter den Schwellwertschaltungen einschliesslich des Vergleichs der beiden Signale jedes Signalpaars rein digital erfolgen, so dass man hier die geringere Störanfälligkeit der Digitaltechnik und die Vorteile der modernen .Halbleitertechnologie voll ausnutzen kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die einzelnen Integrationsschaltungen, die vorzugsweise einfach als RC-Glieder ausgebildet sind, individuell auf die einzelnen Verzögerungszeiten abgestimmt werden können, und zwar derart, dass bei kleinen Verzögerungszeiten eine kürzere und bei grossen Verzögerungszeiten eine längere Integrationszeit gewählt wird. Vorteilhaft ist es, wenn als logische Torschaltungen Exklusiv-Oder-Gätter vorgesehen sind, da die Verwendung dieser

809813/0410

ί 7

26435?^

Bausteine bei der Integration sowohl die Erfassung derjenigen Zeiten ermöglicht, in denen beide Signale den Binärwert 0 haben als auch die Erfassung der Zeitintervalle, in denen beide Signale den Binärwert 1 aufweisen. Hierdurch wird die Zeit bis zu einer Entscheidung über die Ähnlichkeit der beiden zu vergleichenden Signale weiter verkürzt.

Es ist auch vorteilhaft, wenn die Schaltschwellen der Schwellwertschaltungen regelbar sind, da hierdurch eine Anpassung der Messeinrichtungen an langsame mittlere Strukturänderungen des von den Messfühlern abgetasteten Körpers erreicht werden kann. Eine solche Möglichkeit erweist sich insbesondere bei der Messung von Geschwindigkeiten aus einem fahrenden Kraftfahrzeug als vorteilhaft, da sich die mittlere Struktur der Oberfläche einer Strasse in Abhängigkeit von den Witterungsbedingungen, den verwendeten Baumaterialien usw. sehr stark ändern kann. <

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Regeleingänge der Schwellwertschaltungen mit dem Ausgang einer der Schwellwertschaltungen über die Reihenschaltung eines Mittelwertbildners und eines Komparators mit Stellglied verbunden sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass mit dem Ausgang eines der Messfühler ein Mittelwertbildner unmittelbar verbunden ist, von dessen Ausgang den Schwellwertschaltungen eine ihre Schaltschwellen bestimmende Spannung zuführbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist es ferner vorteilhaft, wenn als Verzögerungsschaltung ein getaktetes Schieberegister vorgesehen ist, dessen Schiebetakt stufenweise verstellbar ist.

-7 -

8098 13/04.10

ORIGINAL INSPECTED

Zl 7 )

264352/.

Durch diese Massnahme wird eine Bereichsumschaltung ermöglicht, die es bei einer begrenzten Anzahl von Messfühlern der hinteren Messfühleranordnung gestattet/ einen grossen Geschwindigkeitsbereich zu erfassen. Vorzugsweise erfolgt eine solche Messbereichsumschaltung gemäss der Erfindung automatisch. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Herbeiführung einer automatischen Messbereichsumschaltung ein Rechts-Links- Schieberegister mit zwei Eingängen vorgesehen, die mit den Ausgängen der Integrationsschaltungen für die grösste bzw. die kleinste Verzögerungszeit verbunden sind, und in dem eine einzige binäre 1 bei Ansteuerung durch einen dieser beiden Ausgänge nach rechts bzw. links verschiebbar ist, um über einen zugeordneten Ausgang des Rechts-Links-Schieberegisters einen ausgewählten Ausgang einer einem Taktgenerator nachgeschalteten Teilerkette mit dem Takteingang des Schieberegisters zu verbinden. Eine Messbereichsumschaltung erfolgt also immer dann, wenn die oberste bzw. unterste Grenze eines Messbereichs erreicht ist. Dabei sind die Messbereiche vorzugsweise so gewählt, dass sie sich teilweise überlappen, so dass bei einer Geschwindigkeit, die an das eine Ende eines Messbereichs fällt_r nicht ein dauerndes Umschalten von einem Messbereich zum benachbarten Messbereich erfolgen muss.

Während die Anzeigeeinrichtung bei erfindungsgemässen Einrichtungen ohne Messbereichsumschaltung einfach durch Glühlampen oder dergleichen an den Ausgängen der einzelnen Integrationsglieder gebildet sein kann, wobei zwischen die Glühlampe und den Ausgang des jeweiligen Integrationsgliedes vorzugsweise noch eine logische Schaltung mit entsprechender Schaltschwelle eingefügt wird, insbesondere ein Inverter, und wobei die Glühlampen längs einer festen Skala angeordnet werden, auf der die

809813/0410

ORIGINAL .INSPECTED

betreffenden Geschwindigkeitswerte aufgetragen sind, muss man bei einer erfindungsgemässen Einrichtung mit Messbereichsumschaltung mehrere Skalen oder dergleichen vorsehen, von denen dann jeweils eine je nach der Stellung des Rechts-Links-Schieberegisters aktiviert, beispielsweise beleuchtet,wird.

Schliesslich kann es in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein, wenn eine Umsetzeranordnung vorgesehen ist, mit derer Hilfe aus den AusgangsSignalen der Integrationsschaltungen und gegebenenfalls des Rechts-Links-Schieberegisters ein digitales und/oder analoges Geschwindigkeitssignal ableitbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert, deren einzige Figur ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.

In der Zeichnung ist im linken oberen Teil ein Oberflächenbereich B eines Körpers angedeutet, beispielsweise die Oberfläche einer Strasse. Alle Teile der in der Zeichnung dargestellten Schaltung befinden sich dagegen an einem zweiten Körper (nicht dargestellt), beispielsweise an einem Strassenfahrzeug.

Die betrachtete Schaltung weist zwei Messfühleranordnungen auf, von denen die eine, welche sich in Richtung der Relativbewegung weiter vorn befindet, aus einem einzigen Messfühler 1 besteht, während die zweite, d.h. die hintere Messfühleranordnung, aus mehreren, in unterschiedlichen Abständen von dem Messfühler 1 angeordneten Messfühlern 2.1 bis 2.η besteht. Die Ausgänge der

809813/0410

Messfühler 1 und 2.1 bis 2.η sind mit Schwellwertschaltungen 3 bzw. 4 verbunden. Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 3, welches eine Folge von binären 0- und 1-Signalen ist, wird einem Schieberegister 9 zugeführt, welches die Signalfolge am Ausgang der Schwellwertschaltung 3 um eine Zeitkonstante T'q verzögert. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 9 ist mit S- bezeichnet und stellt das verzögerte Signal des vorderen Messfühlers 1 dar. Die digitalisierten Ausgangssignale der Messfühler 2.1 bis 2.η der hinteren Messfühleranordnung an den Ausgängen der Schwellwertschaltungen 4 sind mit s_{0 1} bis

s_o bezeichnet.
i. Tl

Die Ausgänge der den Messfühlern der hinteren Messfühleranordnung zugeordneten Schwellwertschaltungen 4 sind jeweils mit einem Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 13 verbunden, während der Ausgang des Schieberegisters 9 jeweils mit dem zweiten Eingang jedes dieser Exklusiv-Oder-Gatter 13 verbunden ist. Der Ausgang jedes der Exklusiv-Oder-Gatter 13 ist mit einer Integrationsschaltung 14 verbunden, die, wie in der Zeichnung angedeutet, einfach aus einem RC-Glied bestehen kann. Mit den Ausgängen jeder Integrationsschaltung 14 ist ferner jeweils ein Inverter 15 verbunden, dessen Ausgang wiederum jeweils mit einer Anzeigeeinheit, beispielsweise einer Glühlampe 16 oder dergleichen, verbunden ist. Den Glühlampen 16 ist eine Skala 17 zugeordnet, auf der die Geschwindigkeitswerte aufgetragen sind, die den einzelnen Glühlampen zugeordnet sind.

Die erfindungsgemässe Schaltung arbeitet wie folgt: Der Messfühler 1 der vorderen Messfühleranordnung hat von den Messfühlern 2,1 bis.2.η der hinteren Messfühleranordnung jeweils

- 10 -

8098 13/ 0-4.1 Q

^r3 I 7 )

einen Abstand L^. Die Messfühler, welche beispielsweise als Photozellenanordnungen ausgebildet sein können und ein sich änderndes Reflexionsvermögen des öberflächenbereichs B ermitteln, tasten jeweils einen Punkt bzw. eine kleine Fläche des Oberflächenbereichs B ab. ünregelmässigkeiten in der Beschaffenheit des Oberflächenbereichs B führen dazu, dass sich an den Ausgängen der Messfühler zeitlich veränderliche, statistische, elektrische Signale s- (t) und s₂-i (t) bis s, (t) , d.h. Signale s.(t) ergeben. Die Signale s. der hinteren Messfühler besitzen nun im wesentlichen dieselbe Form wie das Signal S₁ des vorderen Messfühlers und sind gegenüber diesem lediglich um diejenige Laufzeit T. verzögert, welche der betreffende Messfühler benötigt, um die zugeordnete Strecke L. zu durchlaufen. Wenn die Strecken L. bekannt sind und wenn die Laufzeit T ermittelt werden kann, dann ergibt sich die Relativgeschwindigkeit ν aus der bekannten Gleichung ν = L/T.

Die Ermittlung der Laufzeit T erfolgt nun bei dem erfindungsgemässen Verfahren in der Weise, dass die aufgrund der unterschiedlichen Strecken L. gegenüber dem Signal des vorderen' Messfühlers 1 unterschiedlich stark verzögerten Signale s. der Messfühler der hinteren Messfühleranordnung durch die Exklusiv-Oder-Gatter 13 einzeln mit dem verzögerten Signal S₁ des vorderen Messfühlers 1 am Ausgang des Schieberegisters 11 verglichen werden, und zwar nach Digitalisierung der Signale in den Schwellwertschaltungen 3 bzw. 4. Ergibt dieser Vergleich, dass die beiden Signale eines Signalpaares gleich bzw. im wesentlichen gleich sind, dann weiss man, dass die Verzögerungszeit Π~1 gleich der Laufzeit T\ zwischen dem vorderen Messfühler 1 und dem um die Strecke L. dahinter angeordneten Messfühler der zweiten Messfühleranordnung ist. Dieser Laufzeit

- 11 -

809813/0A10

/ 7

264352A

ist aber gemäss der oben angegebenen Gleichung eine feste Geschwindigkeit zugeordnet. In der erfindungsgemässen Schaltung liefern die Exklusiv-Oder-Gatter 13 an ihren Ausgängen nur dann ein 1-Signal, wenn die Signale an ihren Eingängen verschieden sind. Diese Signale werden in den Integrationsschaltungen 14 integriert, welche die nachgeschalteten Inverter 14 entsprechend ansteuern, und zwar so, dass die zugeordneten Glühlampen 16 nicht aufleuchten. Lediglich am Ausgang eines der Exklusiv-Oder-Gatter ergibt sich aufgrund der Gleichheit der Signale an dessen Eingängen ständig eine binäre 0, so dass die zugehörige Glühlampe über die betreffende Integrationsschaltung 14 und den nachgeschalteten Inverter 15 eingeschaltet wird. Allenfalls besteht die Möglichkeit, dass an den Ausgängen zweier Exklusiv-Oder-Gatter 13 aufgrund der weitgehenden tfbereinstimmung der Eingangssignale nur so kurzfristig eine 1 auftritt, dass gleichzeitig zwei Glühlampen 16 ansprechen. Dies ist dann der Fall, wenn die tatsächliche Laufzeit T genau zwischen den Laufzeiten T. für zwei aufeinanderfolgende Messfühler der zweiten Messfühleranordnung liegt. In allen anderen Fällen, in denen die Laufzeit T nicht genau mit einer der Laufzeiten T^ übereinstimmt, wird dagegen eine definierte Geschv/indigkeitsanzeige durch optimale Wahl der Schwellwertspannungen der Inverter 15 und der Zeitkonstanten der Integrationsglieder 14 gewährleistet.

Mit der erfindungsgemässen Schaltung, soweit sie bis hierher beschrieben wurde, lassen sich nur Geschwindigkeiten innerhalb eines bestimmten Bereiches messen, der durch die Zeitkonstante ^T^q bestimmt ist. Wie aus den vorstehenden Überlegungen deutlich wird, gilt nämlich die Gleichung v^=L^/ si _Q in der v., die den einzelnen Kanälen aus einem Messfühler der

- 12 -

809813/0410

3-571

hinteren Messfühleranordnung/aus dem zugehörigen Exklusiv-Oder-Gatter 13 usw. zugeordnet ist. Es kann sich also nur dann eine Koinzidenz der beiden Signale eines Signalpaares ergeben, wenn die betreffende Laufzeit T. gleich der Zeitkonstante ^rJ~l ist, um die das Signal S₁ des vorderen Messfühlers 1 verzögert ist. Die Messgenauigkeit innerhalb dieses Bereiches ist, wenn Fehler von den Messfühlern ausgeschlossen werden, von der Anzahl η der Messfühler der hinteren Messfühleranordnung und dem Auflösungsvermögen der nachgeordneten Schaltungen abhängig. Der Absolutwert der Zeitkonstanten i _ ist dagegen auch von der Taktfrequenz f. abhängig, die am Eingang des Schieberegisters 9 anliegt. Bei der erfindungsgemässen Schaltung kann also auf einfache Weise durch Veränderung der Taktfrequenz f. für das Schieberegister 9 eine Messbereichsumschaltung erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt diese Messbereichsschaltung bei der erfindungsgemässen Schaltung automatisch, und zwar wie folgt: Die Ausgänge derjenigen Inverter 15, die bei der grössten möglichen Laufzeit T = ΊΓ _Q, d.h. bei der kleinsten Geschwindigkeit, und bei der geringsten möglichen Laufzeit T₁ = Tq/ d.h. bei der grössten Geschwindigkeit ansprechen, sind mit zwei Eingängen 19 bzw. 20 eines Rechts-Links-Schieberegisters 21 verbunden, welches beim Ausführungsbeispiel ein vierstelliges Schieberegister ist, in dem an einer Stelle eine binäre 1 steht. Diese binäre 1 wird nun, wenn die obere oder untere Grenze eines Messbereichs erreicht wird, um eine Stelle v/eitergeschoben_r und zwar in der gezeigten Schaltung bei einem 1-Signal auf der Leitung 19 nach unten und bei einem 1-Signal auf der Leitung 20 nach oben. Das Rechts-Links-Schieberegister 21 besitzt vier Ausgänge, die mit jeweils einem Eingang

- 13 -

809813/0 4-10

3t 7 t*³' τ

//if

2B435

von vier UND-Schaltungen 22 verbunden sind. An dem jeweils zweiten Eingang jeder der UND-Schaltungen 22 liegt ein Ausgang einer Teilerkette 26, deren Eingang mit einem Taktgenerator 25 verbunden ist. Die Ausgänge der vier UND-Schaltungen 22 sind mit den vier Eingängen einer ODER-Schaltung 24 verbunden, deren Ausgang mit dem Takteingang 10 des Schieberegisters 9 verbunden ist. An den Ausgängen der Teilerkette 26 stehen vier Taktfrequenzen f_o, f_Q/2, f_o/4, und f_n/8 zur Verfügung. Da über die Ausgänge des Rechts-Links-Schieberegisters 21 jeweils nur eine der UND-Schaltungen 21 mit einer binären 1 angesteuert wird, wird jeweils nur eine der genannten Frequenzen zu dem Takteingang 10 des Schieberegisters 9 durchgelassen. Es versteht sich, dass auf die beschriebene Weise mit Hilfe eines Rechts-Links-Schieberegisters entsprechender Stellenzahl beliebig viele Messbereiche geschaffen werden können. Die vier Ausgänge des Rechts-Links-Schieberegisters 21 sind gleichzeitig über Leitungen 28 mit Anzeigelampen 29 verbunden, welche der Beleuchtung der Skala 17 sowie dreier v/eiterer Skalen 18 dienen. Dadurch, dass in dem Rechts-Links--Schieberegister 21 nur eine binäre 1 enthalten ist, wird folglich jeweils nur eine der Skalen 17,18 beleuchtet, so dass eine eindeutige Verknüpfung zwischen der jeweils brennenden Glühlampe 16 und einer bestimmten Geschwindigkeitsmarke auf einer der Skalen 17, 18 gewährleistet ist. Da Geschwindigkeiten ausserhalb der vorgesehenen Geschwindigkeitsbereiche nicht angezeigt v/erden können, ist es zweckmässig, zu verhindern, dass die binäre 1 in dem Rechts-Links-Schieberegister 21 verloren gehen kann. Aus diesem Grund ist am Dateneingang sowie am Datenausgang des Rechts-Links-Schieberegisters 21 jeweils ein Datenpuffer 27 vorgesehen, in dem die binäre 1 bei einer Überschreitung des Messbereichs gespeichert wird, bis die Geschwindigkeit wieder in einem der

- 14 - '

8 0 9 8 13/0410

bfHGINAL INSPECTED

3 4 7 f

26435z.

vorgesehenen Geschwindigkeitsbereiche liegt. Insbesondere dient einer der Datenpuffer 27 dazu, bei Beginn eines Bewegungsvorgangs eine binäre 1 an der Stelle des Schieberegisters 21 einzuspeichern, die der niedrigsten Geschwindigkeit zugeordnet ist. Anstelle der automatischen Einrichtungen zur Hessbereichsumschaltung oder zusätzlich zu diesen können auch manuell betätigbare Einrichtungen zur Geschwindigkeitsumschaltung vorgesehen sein, insbesondere um im Fall einer Störung den richtigen Hessbereich einzuscluilten.

Die betrachtete Schaltung weist in v/eiterer Ausgestaltung der Erfindung noch eine Umsetzeranordnung auf, v/elche dazu dient, die gemessene Geschwindigkeit in elektrische Signale umzusetzen, welche für eine weitere Verarbeitung beispielsweise für eine Integration zur Bestimmung des zurückgelegten Weges geeignet sind.

Im einzelnen weist die Umsetzeranordnung zwei Code-Konverter 30 und 31 auf, die vorzugsweise als Dioden-Übertragungsmatrizen ausgebildet sind, sowie eine digitale Multipliziereinheit 32. Ferner ist ein Digital-Analog-Wandler 33 vorgesehen, an dessen Ausgang ein der gemessenen Geschwindigkeit proportionales analoges Signal abgreifbar ist. Die Eingänge der Code-Konver-r ter 30 und 31 sind mit den Ausgängen des Rechts-Links-Schieberegisters 21 bzw. mit den Ausgängen der Inverter 15 verbunden. Als Beispiel sind bei den beiden Code-Konvertern 30 und 31 die Zahlen eingetragen, die bei Ansteuerung der betraffenden Eingänge am Ausgang stehen müssen, damit das Ergebnis unter der Voraussetzung, dass die Abstände L. und die Taktfrequenz f„ richtig aufeinander abgestimmt sind, am Ausgang der Multipliziereinheit 32 in digitaler Form in km/h erscheint.

- 15 -

8 0 9 8 13/0410

WSPECTEo

3 A 7 1

A3 „_rnn-2 η 4 3 b / -t

Damit bei wechselnden Oberflächenverhältnissen des Oberflächenbereiches 3 die Binärwerte O und 1 der quantisierten Signale s-, S₂. im zeitlichen Mittel gleichmässig verteilt sind, ist bei der erfindungsgemässen Schaltung ferner ein Regelkreis vorgesehen, der zwischen dem Ausgang der Schwellwertschaltung 3 und einem Regeleingang derselben liegt und der einen Mittelwertbildner 5 sowie ein Stellglied 6 aufweist. Der Ilittelwertbildner 5 besitzt eine sehr grosse Zeitkonstante und bewirkt dann eine Verstellung des Stellglieds 6, wenn einer der Binärwerte, beispielsweise die 0, gegenüber dem anderen Binärwert, beispielsweise die 1, während eines längeren Zeitraums deutlich häufiger auftritt. Die Beeinflussung des Stellgliedes 6 erfolgt derart, dass die Schwellwerte der Schwellwertschaltung 3 so verschoben werden, dass sich wieder ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen dem Auftreten der binären 0 und der binären 1 ergibt. Das Stellglied 6 ist auch mit der Schwellwertschaltung 4 für den hinteren Messfühler 2 verbunden, so dass auch auf diesem Kanal allmähliche Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit Berücksichtigung finden.

Wie dies in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist, besteht auch die Möglichkeit, das 7\usgangssignal des Messfühlers 1 direkt in einem Integrationsglied 5a mit grosser Zeitkonstante auszuwerten und eine dem zeitlichen Mittelwert des analogen Signals S₁ entsprechende Spannung den Schwellwertschaltungen 3 und 4 über die Leitungen 7 bzw. 8 als Schwellwertspannung zuzuführen.

- 16 -

809813/0 A. 10

NSPECTED

Leerseite - Zo-

Claims

26A352A Patentansprüche :

1. Verfahren zur berührungslosen Messung der Relativgeschwindigkeit zweier Körper mittels zwei in Richtung der Relativbewegung an einem der Körper hintereinander angeordneten Messfühleranordnungen, welche der physikalischen Struktur, insbesondere der Oberflächenstruktur, des anderen Körpers entsprechende Signale erzeugen, welche in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zeitlich gegeneinander versetzt sind und nach Verzögerung des Signals der in Richtung der Relativbewegung vorderen Messfühleranordnung, welche einen einzigen Messfühler aufweist, in einer Auswerteeinrichtung miteinander korreliert werden, die eine Anzeige der Relativgeschwindigkeit und/oder einer damit verknüpften Grosse liefert, dadurch gekennzeichnet, dass man mit Hilfe der hinteren Messfühleranordnung gleichzeitig mehrere unterschiedlich stark verzögerte Signale (s₉ - bis s„ ) erzeugt, dass man jedes dieser verzögerten Signale (s_o _Λ bis s„ ) mit dem verzögerten Signal (S₁) des vorderen Messfühlers (1) vergleicht, um dasjenige Signalpaar zu ermitteln, bei dem sich die optimale Übereinstimmung ergibt_y und dass man eins der Verzögerung des von der hinteren Messfühleranordnung erzeugten verzögerten Signals (s„ _Λ bis s„ ) dieses Signalpaares entsprechende Geschwindigkeitsanzeige erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Signale (S_1f s_o _Λ bis s_o ) der beiden Messfühleranordnungen (1, 2.1 bis 2.n) in einstellige

. ■ - 17 -

8098 13/0410

Vf

ORIGINAL INSPECTED

3 ■< 7 t"

2643

5?

Binärsignale (S₁, s„ ₁ bis s„ ) umsetzt und durch eine logische Verknüpfung miteinander vergleicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zuordnung der binären 0 und 1 zu den Signalamplituden in Abhängigkeit von der mittleren Signalamplitude am Ausgang mindestens eines der messfühler (1, 2.1 bis 2.n) ragelt.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungsschaltung (9) vorgesehen ist, die mit dem Ausgang des vorderen Messfühlers (1) verbunden ist und von deren Ausgang das verzögerte Signal (s..) des vorderen Messfühlers (1) abgreifbar ist, dass die zweite Messfühleranordnung mehrere in Richtung der Relativbewegung hintereinander angeordnete hintere Messfühler (2.1 bis 2.n) aufweist, deren Signale (s₂

bis s_o ) gegenüber dem verzögerten Signal (S₁) des **»η ι

vorderen Messfühlers (1) unterschiedlich stark verzögert sind, dass mit dem. Ausgang jedes Messfühlers (2.1 bis 2.n) der hinteren Messfühleranordnung einer von zwei Eingängen je einer Torschaltung (13) verbunden ist, dass der zweite Eingang jeder der Torschaltungen (13) mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung (9) verbunden ist und dass der Ausgang jeder der Torschaltungen (13) über ein Integrationsglied (14) mit einer Anzeigeeinrichtung (15 bis 18) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, .dass zwischen dem Ausgang des vorderen Messfühlers (1)

- 18 -

809813/04 10

ORIGINAL IMSPECTED

26435?«

und der Verzögerungsschältung (9) sowie zwischen dem Ausgang jedes der hinteren Messfühler (2.1 bis 2.n) und den Eingängen der Torschaltungen (13) jeweils eine Schwellwertschaltung (3 bzw. 4) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschwellen der Schwellwertschaltungen (3,4) regelbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch. 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleingänge der Schwellwertschaltungen (3,4) mit dem Ausgang einer der Schwellwertschaltungen (3) über die Reihenschaltung eines Mittelwertbildners (5) und eines Komparators (6) mit Stellglied verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ausgang eines der Messfühler (l-,2) ein Mittelwertbildner (5) unmittelbar verbunden ist, von dessen Ausgang den Schwellwertschaltungen (3,4) eine ihre Schaltschwellen bestimmende Spannung zuführbar ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Verzögerungsschaltung ein getaktetes Schieberegister (9) vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz für das Schieberegister (9) zur Messbereichsumschaltung. stufenweise verstellbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz für das Schieberegister (9)

- 19 -

809813/0410

ORIGINAL INSPECTED

26A352A

automatisch verstellbar ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Torschaltungen Exklusiv-Oder-Gatter (13) vorgesehen sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechts-Links-Schieberegister (21) mit zwei Eingängen (19,20) vorgesehen ist, die mit den Ausgängen der Integrationsschaltungen (14) für die grösste bzw. kleinste Verzögerungszeit verbunden sind, und in dem eine einzige binäre 1 bei Ansteuerung durch einen dieser beiden Ausgänge (19,20) nach rechts bzw. links verschiebbar ist, um über einen zugeordneten Ausgang des Rechts-Links-Schieberegisters (21) einen ausgewählten Ausgang (23) einer einem Taktgenerator (25) nachgeschalteten Teilerkette (26) mit dem Takteingang

(10) des Schieberegisters (9) zu verbinden.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine ümsetzeranordnung (30 bis 33) vorgesehen ist, mit deren Hilfe aus den Ausgangssignalen der Integrationsschal·tungen (14) und gegebenenfalls des Rechts-Links-Schieberegisters (21) ein digitales und/ oder analoges Geschwindigkeitssignal ableitbar ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Integrationsschaltungen RC-Glieder (14) vorgesehen sind.

809813/0410

ORIGINAL INSPECTED