DE2656256C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit UltraschallInfo
- Publication number
- DE2656256C3 DE2656256C3 DE2656256A DE2656256A DE2656256C3 DE 2656256 C3 DE2656256 C3 DE 2656256C3 DE 2656256 A DE2656256 A DE 2656256A DE 2656256 A DE2656256 A DE 2656256A DE 2656256 C3 DE2656256 C3 DE 2656256C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signal
- echo
- circuit
- flop
- flip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
- G01S15/523—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
- G01S15/526—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection by comparing echos in different sonar periods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
JO Wenn das Sende- und Empfangsgerät sich in einem geschlossenen Raum oder allgemein an einem Ort
befindet, wo zueinander parallele Flächen sich gegenüberstehen, z. B. Boden und Decke oder zwei Seitenwände,
laufen die ausgesandten Ultraschallimpulse mehrmals zwischen den parallelen Flächen hin und her,
weshalb die Echos eines in einer bestimmten Sendeperiode ausgestrahlten Signals bis zur nächsten Periode
dauern können und dadurch zu Fehlbetätigung Anlaß geben. Die Echolaufzeit hängt hierbei stark von
Es gibt zahlreiche Störgeräusche im Ultraschallbereich, ζ. B. Fernsprechwecker, Ausströmung aus Düsen,
Zusammenstoßen von Metallen, Fahrzeugbremsen usw. Dadurch werden oft Echos vorgetäuscht.
nach dem Einbau eine Zeitlang einwandfrei arbeitet, später aber fälschlich ausgelöst wird. Diese Störung tritt
ein, wenn eine Reflexion, die nur wenig unter der Ansprechschwelle liegt, beim Einstellvorgang der
Schaltungsanordnung übersehen wird. Solche Dauerreflexionen können bei den üblichen Schaltungsanordnungen
nicht von echten Echos unterschieden werden.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs dient
zur Lösung der Aufgabe, solche Fehlbetätigungen durch Mehrfachechos, äußere Störungen und stationäre
Reflexionen zu verhindern.
Zur Ausblendung der stationären Reflexionen wird wie in der obenerwähnten Schaltungsanordnung von
einem Impulslängenfilter Gebrauch gemacht. Um eine Fehlbetätigung durch äußere Störsignale zu verhindern,
wird über diese bekannte Maßnahme hinaus einerseits erst dann Alarm gegeben, wenn in zwei aufeinanderfolgenden
Empfangsintervallen das gleiche Echo aufgetre-
ten ist. Verschwindet das Echo in einem nachfolgenden
Intervall wieder, so wird das Betätigungssignal gelöscht Vorübergehende Störsignale können also kein Echo
vortäuschen. Andererseits ist zur Sicherung gegen Mehrfachechos ein Schutzintervall vorgesehen, d. herst
wenn in einem bestimmten Zeitintervall kein Echo mehr aufgetreten ist, wird der nächste Sendeimpuls
ausgelöst.
Durch das Zusammenwirken dieser beiden Maßnahmen läßt sich eine außerordentlich hohe Sicherheit
gegen Fehlbeiätigung infolge vorübergehender Störsignale und in den nächsten Sendezyklus fallender
Mehrfachechos erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. H ierin sind
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig.2 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild
derselben und
Fig.3 bis 6 Diagramme des zeitlichen Verlaufs
verschiedener in der Schaltungsanordnung auftretender Signale.
Gemäß F i g. I wird ein auf einen Empfangswandier f
fallender Ultraschallimpuls in ein elektrisches Signal verwandelt, das in einem Vorverstärker 2 verstärkt
wird. Das Ausgangssignal dieses Vorverstärkers 2 gelangt über einen Prüfkreis 3 auf einen Abstimmverstärker
4 und von dort über einen Schwellenwertkreis 5 zu einem Demodulator 6. Das demodulierte Ausgangssignal
wird nach Verstärkung in einem Pulsverstärker 7 auf eine Torschaltung 8 gegeben. Der Torschaltung 8
werden außer dem Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 die Ausgangssignale eines Obergrenzensignalerzeugers
9 und eines Untergrenzensignalerzeugers 10 für die
Meßbereichsgrenzen zugeführt Das Ausgangssignal jr>
der Torschaltung 8 gelangt als Setzsignal auf ein erstes RS-Flipflop 12, dessen Ausgangssignal auf eine Torschaltung
13 gegeben wird. Diese Torschaltung 13 beaufschlagt ein zweites RS-Signal 14, dessen Ausgangssignal
seinerseits über ein Verzögerungsglied 15 auf ein drittes RS-Flipflop 16 gelangt; das Ausgangssignal
dieses Flipflops 16 beaufschlagt einen Betätigungskreis 17.
Der Obergrenzensignalerzeuger 9 und der Untergrenzensignalerzeuger
10 werden von einem Pulsbreitensignal gesteuert, das von einem Pulsbreitenkreis 20
herkommt Der Pulsbreitenkreis hat die Aufgabe, die Länge des Sendeimpulses zu bestimmen und die Ober-
und Untergrenzensignale auszulösen. Er veranlaßt einen Oszillator 21, einen Endverstärker 22 und einen
Ultraschallgeber 23, während eines festen Zeitintervalls Ultraschallimpulse abzugeben. Der Pulsbreitenkreis
wird seinerseits von Impulsen gesteuert, die von einem zeitbestimmenden Integrationskreis 18 und einen
Spannungsvergleichskreis 19 geliefert werden. Das v, Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 wird über einen
Inverter 24 und das Ausgangssignal des Obergrenzensignalgebers 9 unmittelbar auf den zeitbestimmenden
Integrationskreis 18 gegeben und dann den Spannungsvergleichskreisen 19 zugeführt. Weitere Rückstellsigna-Ie
werden vom Obergrenzensignalerzeuger über ein Differenzierglied 11 auf die Torschaltung 13 und das
Verzögerungsglied 15 gegeben.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel dieser Grundsatzschaltung ist mit mehr Einzelheiten in F i g. 2
dargestellt.
Der Empfangswandier 1 und der Vorverstärker 2 sind wie üblich ausgebildet und brauchen nicht näher
beschrieben zu werden. Der Prüfkreis 3 enthält ein nicht bezeichnetes Potentiometer und einen damit in Reihe
liegenden Widerstand R}\, zu dem ein Widerstand Rch
mittels eines Schalters SWch parallel geschaltet werden
kann. Der Abstimmverstärker 4 enthält einen Verstärker, einen Kondensator und einen Transformator, zu
dessen Primärwicklung ein Kondensator parallel geschaltet ist um so einen Resonanzkreis zu bilden. Der
Schwellenwertkreis 5 besteht aus einem Transistor Q>
in Emitterbasisschaltung und einem Widerstand Rs, über
den der Kollektor des Transistors Q5 mit der
Sekundärwicklung des Transformators im Abstimrnverstärker 4 verbunden ist Die Basis des Transistors Ch ist
mit dem Ausgang eines NOR-Gliedes des Obergrenzensignalerzeugers
9 verbunden. Die Torschaltung 8 enthält ein NAND-Glied mit drei Eingängen. Der Obergrenzensignalerzeuger
9 enthält ein NOR-Glied, von dessen Ausgang die Reihenschaltung eines Kondensators und
eines Widerstandes zur Erde führt, während an die Verbindungsstelle des Kondensators und des Widerstandes
der Eingang eines NAND-Gliedes angeschlossen ist dessen Ausgangsklemme z,- einem der beiden
Eingänge des NOR-Gliedes zurückgeführt ist Der Untergrenzensignalerzeuger 10 ist ebenso aufgebaut
Das Differenzierglied 11 enthält einen Widerstand in Reihe mit einer Diode, deren Verbindungsstelle über
einen Kondensator geerdet ist Der Ausgang der Torschaltung 8 ist mit dem Setzeingang des ersten
RS-Flipflops 12 verbunden. Dieses besteht aus zwei überkreuzgeschalteten NOR-Gliedern. Die beiden anderen
Flipflops 14 und 16 sind ebenso aufgebaut Die Torschaltung 13 enthält zwei NAND-Glieder A und B
mit je zwei Eingangsklemmen; eine derselben ist jeweils mit der Kathode der Diode des Differenziergliedes 11
verbunden, während die anderen beiden Eingänge mit den Ausgangsklemmen der NOR-Glieder verbunden
sind, welche das erste Flipflop 12 bilden. Die Ausgangsklemmen der NAND-Glieder A und β sind je
mit einem Eingang des zweiten RS-Flipflops 14 verbunden. Ein Ausgang des letzteren führ; zum
Verzögerungsglied 15, das einen Verzögerungskreis und ein NAND-Glied enthält Der Verzögerungskreis
besteht aus einem Widerstand R\% und einem damit in Reihe geschalteten Kondensator Cu, an deren Verbindungsstelle
der eine von zwei Eingängen des NAND-Gliedes angeschlossen ist während der andere Eingang
mit der Kathode der Diode im Differenzierglied 11 verbunden ist Die Ausgangsklemme des NAND-Gliedes
führt zu einem Setzeingang des dritten RS-Flipflops 16, während der Rückstelleingang desselben mit der
Ausgangsklemme des NAND-Gliedes B in der Torschaltung 13 verbunden ist Der Betätigungskreis 17
enthält ein Relais R7 und einen Transistor in Emitterbasisschaltung,
dessen Kollektor mit dem Relais verbunden i'.t. Die Basiselektrode des Transistors wird über die
Reihenschaltung einer Diode und zweier Widerstände mit dem Ausgangssignal des Flipflops 16 Dcaufschlagt,
während die andere Klemme der Reiaiswicklung an einer Spannung von +4 V liegt
Der zeitbestimmende Integrationskreis 18 enthält die Widerstände Rm und /?i8, in Reihenschaltung sowie
einen von ihrer Verbindungsstelle zur Erde geschalteten Kondensator Qt. Die Reihenschaltung ist einerseits mit
einer Betriebsspannung + V00 und andererseits mit der
Eingangsklemme des Spannungsvergleichskreises 19 sowie mit den Anoden zweier Dioden D\ und Di
verbunden. Der Spannungsvergleichskreis 19 enthält ein NAND-Glied, dessen Ausgangsklemme mit dem einen
Eingang eines NOR-Gliedes verbunden ist, das zusammen mit einem Kondensator« einem Widerstand und
einem NAND-Glied den Pulsbreitenkreis 20 darstellt. Dieser Kreis 20 hat den gleichen Aufbau wie die
Obergrenzen- und Untergrenzensignalerzeuger 9 und 10. Der Oszillator 21 enthält ein UND-Glied, dessen
Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme eines ODER-Gliedes verbunden ist; die Ausgangsklemme
desselben ist über die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes mit der Eingangsklemme
des UND-Gliedes verbunden, während die Verbindungsstelle des Kondensators und des Widerstandes
über einen veränderbaren Widerstand mit der Ausgangsklemme des UND-Gliedes verbunden ist. Das
Ausgangssignal des Oszillators 21 wird über den Endverstärker 22 auf den Geber 23 geleitet, so daß
dieser die Ultraschallimpulse in die Luft abstrahlt.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung an Hand der Diagramme in
F i g. 3 bis 6 beschrieben.
An den Klemmen des zeitbestimmenden Integrationskreises 18 liegt die Spannung V«s Der Widerstand
R\g ist klein gegen /?is, und die Eingangsimpedanz des
Spannungsvergleichskreises 19 ist wesentlich größer als diejenige des Widerstandes R\t. In der Zeit f=0 sind die
Dioden D1 und D2 gesperrt; wenn die Klemmenspannung
des Kondensators de in diesem Zeitpunkt =0 ist, lädt sich der Kondensator über den Widerstand K\g auf,
so daß das Potential an der Ausgangsklemme P des Integrationskreises 18 zeitlich ansteigt (Diagramm I in
F ig. 3).
Der Spannungsvergleichskreis 19 ist so eingerichtet, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, wenn seine
Eingangsspannung einen Schwellenwert VV// erreicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt er eine
hohe Ausgangsspannung, solange die Eingangsspunnung unter VVh ist; wenn die Eingangsspannung VVw
überschritten wird, fällt die Ausgangsspannung des NAND-Gliedes 19 auf einen niedrigen Wert (Diagramm
Il in Fig.3).
Die Ausgangsklemme P des Integrationskreises 18 erreicht den Wert VVw 19 nach Ablauf eines festen
Intervalls Ti, das durch Rm, Qt und Vn- bestimmt ist. In
diesem Zeitpunkt nimmt also das Ausgangssignal des Spannungsvergleichskreises 19 einen niedrigen Wert an.
Der Pulsbreitenkreis 20 wird von diesem Signal mit niedrigem Pegel angestoßen, um ein Impulssignal mit
vorgeschriebener Breite zu erzeugen. Dieses Impulsbreitensignal dient zur Bestimmung der Sendedauer der
Ultraschallwellenimpulse; diese beträgt z. B. 2 ms. Sie ist im Diagramm III der F i g. 3 mit Tpbezeichnet.
Das Pulsbreitensignal wird auf den Oszillator 21 gegeben, der demgemäß nur während des Zeitintervalls
Tp den Endverstärker 22 mit einem hochfrequenten Signal beaufschlagt (Diagramm V in Fig. 3). Das Signal
gelangt nach gehöriger Verstärkung auf den Ultraschallgeber 23, der mit einer Frequenz von z. B. 40 kHz
eine Ultraschallwelle in den Raum abstrahlt.
Der Empfänger 1 ist nahe dem Geber 23 aufgestellt und in gleicher Richtung orientiert. Wenn in dem von
der ausgestrahlten Welle bestrichenen Raum ein Objekt vorhanden ist, wird der Ultraschallimpuls daran
reflektiert und kehrt zum Empfänger 23 zurück.
Objekt und dem Geber und Empfänger die Größe L hat, beträgt die Laufzeit des Echos τ = 21 Jc (wobei c die
Schallgeschwindigkeit ist). Wenn also die größte und kleinste Entfernung zwischen dem überwachten Bereich
und dem Geber und Empfänger mit L\ und Li bezeichnet
werden, können die Signale ausgewertet werden, die zwischen den Zeitpunkten x\=2L\lc und X2 = ILiIc
eintreffen. Alle außerhalb dieser Grenzen eintreffenden Signale sind Störsignale.
Der Signalerzeuger 9 für die obere Bereichsgrenze wird von dem erwähnten Pulsbreitensignal angestoßen,
um ein Impulssignal der Länge τι entsprechend der
oberen Bereichsgrenze L1 zu erzeugen. Der Signalerzeuger
10 für die untere Bereichsgrenze wird vom gleichen Signal angestoßen und erzeugt daraufhin einen
Impuls der Länge τι entsprechend der unteren
Bereichsgrenze Li (s. Diagramme Vl bis IX in F i g. 3).
Das nach Ausstrahlung eines Sendeimpulses (Diagramm I in Fig.4) empfangene Echosignal tritt im
-0 Verlauf der Zeit mehrmals auf, wie Diagramm Il in
Fig.4 zeigt. Diese Mehrfachechos rühren von mehreren,
in verschiedenen Entfernungen befindlichen Objekten odor von Mehrfachreflexionen an einander gegenüberstehenden
Wandflächen od. dgl. her. Dieses Signal wird im Vorverstärker 2, Impulskreis 3 und dem
abgestimmten Verstärker 4 verstärkt, und das verstärkte Signal geht durch den Schwellenwertkreis 5 zum
Demodulator 6 (Diagramm III in F i g. 4). Dann wird es vom Impulsverstärker 7 abermals verstärkt und derart
jo geformt, daß sich ein Impulszug ergibt (Diagramm IV in
F ig. 4).
Das verstärkte Impulssignal wird auf die Torschalji
tung 8 gegeben, der auch die Ober- und Untergrenzensignale Q, und <?io (Diagramme V und VMn F i g. 4)
zugeführt werden. Die Torschaltung ist also nur zwischen ti und τ-ι offen und nur die innerhalb dieses
Bereiches liegenden Echoimpulse werden von der Torschaltung durchgelassen (Diagramm VII in F i g. 4).
Wenn ein Signal von der Torschaltung 8 durchgelassen wurde und das Relais dann sofort betätigt wird,
besteht die Möglichkeit einer Fehlbetätigung durch äußere Störsignale od. dgl. Deshalb werden zunächst die
ankommenden Impulse gezählt.
Das Prinzip dieser Impulszählung besteht darin, daß ein während eines Öffnungsintervalls durchgelassenes
Signal zunächst gespeichert wird; wenn im nachfolgenden Öffnungsintervall wieder ein Signal durchgelassen
wird, wird das Relais betätigt. Wenn dagegen in dem nachfolgenden Intervall kein Echosignal auftritt, wird
das Betätigungssignal für das Relais zurückgestellt und das gespeicherte Signal gelöscht
Wenn während des Durchlaßintervalls einer Empfangsperiode (erster Abschnitt im Diagramm d der
F i g. 5) ein Signal am Ausgang der Torschaltung 8 auftritt, wird das erste bistabile Flipflop 12 durch dieses
bo Signal gesetzt Das Flipflop 12 bleibt mindestens bis zum
Ende des Obergrenzensignals Q9 (Diagramm abgekippt
und wird spätestens vor dem Beginn der nächsten Periode zurückgestellt. In der Ausführungsform nach
Fig.2 wird es von dem Pulsbreitensignal Q20 (Diagramm
b) zurückgestellt und kehrt demzufolge gleichzeitig mit dem Beginn der nächsten Periode in den
Ausgangszustand zurück. Dies gilt für den ersten und
zweiten Abschnitt des Diagramms g in F i g. 5, das sich
auf das Ausgangssignal Q\n des Flipflops 12 bezieht, während das dazu komplementäre Ausgangssignal φ2
in Diagramm Ader F i g. 5 dargestellt ist.
Das Obergrenzensignal Q> (Diagramm a in F i g. 5)
wird im Differenzierkreis U differenziert und gleichgerichtet (s. Diagramm ein Fig.5). Dieses positive Signal
entspricht dem letzten Ende der Demodulationsperiode. Ob ein Signal im Toröffnungsintervall aufgetreten ist,
kin n bestätigt werden, bevor das differenzierte Signal
eneugt wird. Wenn nämlich ein Signal aufgetreten ist, muß das Flipflop 12 gekippt haben; anderenfalls hat es
nicht gekippt.
Dieses differenzierte Signal wird auf je eine Eingangsklemme der beiden NAND-Glieder A und B
der Torschaltung 13 gegeben. Das NAND-Glied A wird von einem Ausgangssignal Qn und das jindcrc
NAND-Glied B vom anderen Ausgangssignal Q12 des
Flipflops 12 beaufschlagt. Wenn ein Signal von der Torschaltung 8 durchgelassen wird, ergibt sich ein
differentielles Ausgangssignal. In diesem Zeitpunkt wird das Flipflop 12 gesetzt, sein Ausgangssignal Qn wird
positiv und Qn wird gleich 0 (erster Abschnitt der
Diagramme /und ./in Fig. 5 für die Ausgänge der Tore
A und B in der Torschaltung 13); deshalb läßt nur das Tor A das Differentialsignal vom Flipflop 12 durch und
dieses Signal wird durch Kippen des zweiten Flipflops 14 gespeichert (Abschnitt / des Diagramms / und des
Diagramms k für den Ausgang Q\* des zweiten
Flipflops).
Wenn dagegen kein Signal die Torschaltung 8 passiert (s. Abschnitte 0 und 3 des Durchlaßsignals c/in
F i g. 5), kippt das Flipflop 12 nicht (s. Abschnitte 0 und 3 des Diagramms g in Fig.5 für den Ausgang Qn des
ersten Flipflops), so daß nur Tor Ader Torschaltung 13
ein Signal durchläßt (Abschnitte 0 und 3 des Diagramms j in F i g. 5) und das Signal auf die Rückstellklemme des
zweiten Flipflops 14 gelangt, das somit zurückgestellt wird (Diagramm k in P i g. 5 für das Ausgangssignal Q]t).
Das zweite Flipflop 14 wird also in einer Periode, in der ein Signal die Torschaltung 8 passiert, in die Arbeitslage
gekippt und verbleibt in dieser bis zu einer Periode, in der kein Signal die Torschaltung 8 passiert.
Nun enthält der Verzögerungskreis 15 eine Torschaltung, deren Eingangssignale einerseits durch Integration
des Ausgangssignals <?u des zweiten Flipflops 14
(Diagramm /in Fig.5) und andererseits durch das
Ausgangssignal des Differenziergliedes 11 (Diagramm e
in F i g. 5) gewonnen sind. Wenn der Schwellenwert des ersten Eingangs Ww 15 ist (Diagramm (Jt kann das zweite
Signal diese Torschaltung nicht passieren, bevor die Spannung am ersten Eingang diesen Wert Ww 15
erreicht hat Während eines festen Zeitintervalls Tn
nach dem Kippen des Flipflops 14 kann also dessen Ausgangssignal nicht übertragen werden. Wenn dieses
Intervall Tn größer als die Pulsbreite des Differential- S5
signals gewählt ist, kann das Differentialsignal in der ersten Empfangsperiode die Torschaltung 15 nicht
passieren.
Wenn im Durchlaßintervall der nächsten Empfangsperiode abermals ein Signal die Torschaltung 8 passiert,
wird das erste Flipflop 12 wieder gesetzt und erzeugt in der gleichen Weise wie vorher ein Ausgangssignal im
Tor A der Torschaltung 13. Das Flipflop 14 ist im vorhergehenden Zustand verblieben, befindet sich also
nach wie vor in Arbeitslage. Wenn der Widerstand R\$
und der Kondensator C,5 so gewählt sind, daß das erste
Eingangssignal der verzögernder· Torschaltung !5 ein
ausreichendes Potential erreicht hat, um das Signal diesmal durchzulassen, kann das am zweiten Eingang
angelegte Differentialsignal die Torschaltung 15 durchlaufen und setzt das dritte Flipflop 16 (Diagramm m in
Fig. 5JL
Somit zeigt der Zustand des dritten Flipflops 16 an, daß das Empfangssignal in zwei aufeinanderfolgenden
Perioden zur Torschaltung 15 gelangt ist. Wenn nun das Relais im Betätigungskreis 17 durch die Spannung am
Ausgang Q\6 betätigt wird (Diagramm π in F i g. 5), kann
die Relaisbetätigung als zuverlässig angesehen werden.
Wenn in der darauffolgenden Empfangsperiode kein weiteres Signal empfangen wird, geht das Differentialsignal durch das Tor B der Torschaltung 13, und die
Flipflops 14 und 16 werden dadurch zurückgestellt.
Um zu gewährleisten, daß alle Mehrfachechos abgeklungen sind, findet die nächste Impulsausstrahlung
erst statt, wenn festgestellt wurde, daß innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach Beendigung des
Überwachungsbereichs (ti— Γ2 in den Diagrammen V
und Vl der Fig.4) kein Eingangssignal aufgetreten ist.
Die Steuerung des Sendezyklus geschieht durch Entladung des Kondensators Ci8 im zeitbestimmenden
Integrationskreis 18, und diese Entladung wird durch das Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 und das
komplementäre Ausgangssignal Q\ des Obergrenzensignalerzeugers
gesteuert.
Zunächst wird das Empfangssignal zur Ableitung des ersten Rückstellsignals verwendet. Am Ausgang des
Impulsverstärkers 7 erscheint nämlich ein Rechtecksignal (Diagramm c in F i g. 6) entsprechend dem
empfangenen Echoimpuls (Diagramm b in Fig.6).
Dieses Ausgangssignal wird im Inverter 24 in sein Komplement gemäß Diagramm c/in F i g. 6 verwandelt.
Mit diesem Signal wird eine im Kondensator Ge angesammelte Ladung über die Diode D\ entladen.
Solange kein Echosignal auftritt, lädt sich der Kondensator wieder auf. Die Ladekurve ist in Diagramm /"der
F i g. 6 dargestellt. Wenn mehrere Echos nacheinander auftreten (wie bei g und g' in Diagramm f), wird der
Kondensator zurückgestellt, bevor der integrierte :Vert
die Schwellenspannung Ww 19 des Spannungsvergleichskreises 19 erreicht. Wenn dagegen im Intervall T2 in
Diagramm /kein Echo eintrifft, erreicht die integrierte Spannung den Wert Ww 19. Wenn also das Zeitintervall
T2 so gewählt ist, daß es mehr als zwei- bis dreimal so
lang wie die Laufzeit zwischen aufeinanderfolgenden Reflexionen einer Welle (z. B. zwischen gegenüberliegenden
Wandflächen) ist, beginnt der nächste Zyklus erst nach dem Abklingen der Echos. So läßt sich der
Sendezyklus an das Auftreten der Echos anpassen. Die Reflexionszeit ändert sich mit Temperatur und Feuchtigkeit
und hängt so stark vom Reflexionsfaktor der einander gegenüberliegenden Flächen ab, daß sie nicht
immer im voraus auf einen festen Wert eingestellt werden kann. Wenn andererseits der Sendezyklus sehr
lang eingestellt wird, kann zwar kein Mehrfachecho mehr stören, aber die Reaktionszeit wird unnötig groß.
Für die Bildung des_zweiten Ruckstellsignals wird das
Obergrenzensignal Qg herangezogen. Dieses Signal
beginnt nahezu gleichzeitig mit dem Sendezyklus. Der Kondensator 18 wird also praktisch im gleichen
Augenblick entladen, in dem seine Klemmenspannung den Wert Ww 19 übersteigt, und bleibt auf dem Pegel 0,
bis das Signal am Ausgang Qg (Diagramm e in F i g. 6)
auf einen hohen Pegel zurückkehrt Das dadurch bedingte Sperrintervall des Ladekondensators ist in
Die Hauptaufgabe dieses zweiten Rückstellsignals liegt in der Berücksichtigung der folgenden Tatsache.
Wenn der Kondensator nur mit dem ersten Rückstellsignal betrieben wird und beispielsweise die ausgestrahlte
Ultraschallwelle absichtlich unterbrochen wird oder wenn der Kondensator Qe in einem freien,
schalltoten Raum eingestellt wird, lädt sich der Kondensator de auf einen hohen Wert auf und verbleibt
dort, so daß die Erzeugung der Sendeimpulse nicht mehr möglich ist. In diesem Sinne könnte nicht nur das
Obergrenzensignal Qi, sondern z. D. auch dasUntergrenzensignal
pio oder das Impulsbreitensignal Qk oder
sogar ein Oszillatorausgangssignal verwendet werden oder ein anderes Steuersignal kann speziell erzeugt
werden.
Das Signal Q\ ist besonders geeignet, weil es am
längsten andauert und weil die Länge des Sperrintervalls T2 auf einen verhältnismäßig geringen Wert
herabgesetzt werden kann.
Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, können die Sendeintervalle selbsttätig entsprechend den vorhergegangenen
Echos eingestellt werden, weshalb die Gefahr von Fehlinterpretationen weitgehend gebannt
ist.
Ferner ist dieses variable Empfangsintervall auch gegen Fremdstörungen wirksam, denn wenn eine
Fremdstörung einfällt (dritter Zyklus in F i g. 6), entlädt sich der Kondensator 18 im Verlauf dieses Zyklus;
deswegen wird der Beginn des nächsten Zyklus verzögert Wenn also die Empfangsintervalle für länger
dauernde Störungen festgelegt sind, werden durch dieses beschriebene Verfahren Fehlbetätigungen verhindert.
Der Schwellenwertkreis 5 besteht gemäß F i g. 2 aus der Reihenschaltung des Widerstandes Rs und des
Transistors Qs und ist an der Sekundärseite des
Transformators im Abstimmverstärker 4 angeordnet, so daß der Transistor Q5 mit dem Obergrenzensignal Q>
geöffnet und gesperrt wird (s. Diagramme e und g in Fig. 6).
Wenn der Transistor Qs leitet, wirkt der Widerstand R5 als Belastung der Sekundärseite des Abstimmtransformators,
der Verstärkungsgrad verringert sich und der Eingangspegel des Demodulators 6 sinkt ab. Wenn
dagegen der Transistor Qs gesperrt ist, kann der
Eingangspegel steigen.
Der Transistor Q5 ist während des Durchlaßintervalls
geöffnet und außerhalb dieses Intervalls gesperrt Nach Beendigung der Durchlaßperiode wird die Geräuschempfindlichkeit
so hoch, daß es leicht zu unterscheiden ist, ob das Echo oder Störsignal verschwunden ist oder
nicht. In der nächsten Durchlaßperiode ist die Empfindlichkeit wieder verringert, so daß das Slörsignal
außerordentlich klein wird (Diagramm h in F i g. 6).
Im Prüfkreis 3 befindet sich gemäß Fig.2 der
Prüfschalter SWCh in Reihe mit dem Widerstand Rch
parallel zum Widerstand Rj\, der das Eingangssignal des
Verstärkers 4 dämpft. Normalerweise ist der Prüfschalter geöffnet Wenn er betätigt wird, verringert sich der
Wert des Dämpfungswiderstandes, so daß die Empfindlichkeit insgesamt zunimmt. So läßt sich bei der
Installation und später von Zeit zu Zeit prüfen, ob der eingestellte Zustand günstig ist oder nicht, insofern als
kein stationäres Echo mit einem der Überwachungsschwelle naheliegenden Pegel auftritt. Dadurch ergibt
sich ein zuverlässiger Betrieb der Schaltungsanordnung.
Die
iigsicn Merkmale zur
Merkmale zur bcSC'hi'icucilci'i Schaltungsanordnung
sind folgende:
I) Die Sendeintervalle liegen nicht fest. Nachdem einmal ein Ultraschallimpuls ausgesandt wurde,
geschieht folgendes:
a) Es ist stets eine feste Wartezeit Ti vorgesehen; danach folgt ein Zeitintervall 71, worin geprüft
wird, ob ein Echo auftritt oder nicht.
b) Wenn ein Echo im Intervall 71 auftritt, beginnt nach seiner Beendigung das gleiche Intervall T1
abermals als Wartezeit, ob ein weiteres Echo auftritt oder nicht.
c) Nachdem mehrere solche Überwachungsintervalle vergangen sind und im letzten Intervall T2
kein Echo mehr aufgetreten ist, wird der
nächste Sendeimpuls ausgestrahlt.
II) Die Existenz eines Objektes wird nur dann angezeigt, wenn in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen ein Echo auftritt.
II) Die Existenz eines Objektes wird nur dann angezeigt, wenn in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen ein Echo auftritt.
III) Die Empfindlichkeit für die Prüfung, ob ein Echosignal existiert oder nicht ist höher a!s die
Empfindlichkeit der Auswertvorrichtung für die Existenz eines Objekts, so daß falsche Echos und
Störsignale mit größerer Wahrscheinlichkeit ausgeschieden werden.
IV) Die Wartezeit Γι vergrößert die Basislänge des
Sendeintervalls in Abhängigkeit von einer Zunahme des Überwachungsbereiches mittels eines
Bereichsobergrenzensignals.
V) Es ist ein Prüfschalter zur Erhöhung der Empfindlichkeit
um einen bestimmten Wert vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die einmal gewählte Einstellung
noch zutrifft
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall, bestehend aus einem
Oszillator zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen, einem vom Oszillator erregten Ultraschallgeber,
einem Empfänger für die aus dem überwachten Raum stammenden Echos und einem durch das
Auftreten eines Echos auslösbaren Betätigungskreis, wobei der Empfänger ein Impulslängenfilter für die
Echoimpulse enthält, gekennzeichnet durch eine Stufe (12—16) zur Feststellung, ob ein Echo in
zwei aufeinanderfolgenden Überwachungsintervallen eingetroffen ist, und zur Auslösung des
Betätigungskreises (17) nur in diesem Falle, eine Stufe (13) zur Rückstellung der Auslösestufe (16),
wenn im letzten Überwachungsintervall kein Echo aufgetreten ist, eine Stufe (18, 19) zur Feststellung
fehlender Echosignale während eines bestimmten Schutzintervalls (T2) nach Beendigung des Überwachungsintcrvalls
und eine Sendesteuerstufe (20) zur Auslösung eines Sendeimpulses nach Ablauf des
Schutzintervalls.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zur Feststellung
fehlender Eingangssignale einen Integrationskreis (18) enthält, der normalerweise eine konstante
Spannung (V1x) integriert und durch ein beim
Auftreten von Empfangssignalen gebildetes Eingangssignal (von 7) zurückgestellt wird, sowie ein
Spannungsvorgleichsglied (19) enthält, das ein
Sendersteuersignal auslöst, wenn ein Ausgangssignal des Integrationskreises (18) einen bestimmten
Pegel (Vth 19) übersteigt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskreis (18) nach
Beendigung des Überwachungsintervalls ein Aktivierungssignal (^s) erhält
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zur Feststellung eines
Echos in aufeinanderfolgenden Überwachungsintervallen ein erstes Flipflop (12) enthält, das durch ein
Ausgangssignal der Stufe (8) zur Feststellung eines Echos im Überwachungsintervall gekippt und nach
Beendigung des Überwachungsintervalls, jedoch vor der Aussendung des nächsten Sendeimpulses rückgekippt
wird, daß eine Speichervorrichtung (14) den gekippten Zustand des zweiten Flipflops (12)
speichern kann und daß ein Auslöse- Flipflop (16) den Betätigungskreis (17) auslöst, wenn die Speichervorrichtung
(14) ein Ausgangssignal abgibt und zugleich im nächsten Überwachungsintervall ein Echo aufgetreten
ist, während die Speichervorrichtung und das Auslöse-Flipflop zurückgestellt werden, wenn in den
nachfolgenden Überwachungsintervallen kein Echo festgestellt wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flipflop (12) zu
Beginn des nächsten Sendeimpulses zurückgestellt wird, daß die Speichervorrichtung (14) den gekippten
Zustand des ersten Flipflops bei Beendigung des Überwachungsintervalls speichert, daß das Ausgangssignal
der Speichervorrichtung auf ein Verzögerungsglied (15) gelangt und daß das Auslöse-Flipflop
(16) gekippt wird, wenn das Verzögerungsglied (15) und ein vom Signal (Q9) für das Ende
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall
nach der Gattung des Anspruchs 1.
Die DE-AS 15 66 852 beschreibt eine Anordnung zur
Die DE-AS 15 66 852 beschreibt eine Anordnung zur
Unterscheidung von Echolotimpulsen für die Fischerei, bei der Echos von über dem Boden schwimmenden
Fischen oder sonstigen Unterwasserschwimmkörpern dadurch von Echos am Meeresboden unterschieden
werden können, daß ein kombiniertes Amplituden- und Impulslängenfilter verwendet wird, dessen Ansprechschwelle
wesentlich höher liegt als seine Abfallschwelle. Die Unterscheidung mittels dieses sog. Trapezimpulsfilters
beruht auf der Tatsache, daß Echos von Schwimmkörpern im Wasser in der Regel kurz sind,
während das Bodenecho stets beträchtlich länger als das ausgesandte Schallsignal ist.
Bei Geräten zur Überwachung eines Raumes mittels durch die Luft fortgepflanzter Ultraschallimpulse
müssen ebenfalls die echten Echoimpulse von Störechos unterschieden werden. Hierbei sind aber wesentlich
vielfältigere Störquellen zu berücksichtigen. Im einzelnen treten insbesondere folgende Fehlbetätigungen auf:
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50149810A JPS5272478A (en) | 1975-12-15 | 1975-12-15 | Supersonic switch |
JP14982675A JPS5272480A (en) | 1975-12-15 | 1975-12-15 | Method of determining output pulse cycles from supersonic switch |
JP6952076A JPS52152199A (en) | 1976-06-14 | 1976-06-14 | Amplifier driving system of ultrasonic pulse echo type switch |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2656256A1 DE2656256A1 (de) | 1977-06-23 |
DE2656256B2 DE2656256B2 (de) | 1978-08-10 |
DE2656256C3 true DE2656256C3 (de) | 1979-04-05 |
Family
ID=27300068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2656256A Expired DE2656256C3 (de) | 1975-12-15 | 1976-12-11 | Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4131872A (de) |
DE (1) | DE2656256C3 (de) |
FR (1) | FR2335853A1 (de) |
GB (1) | GB1568229A (de) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5585272A (en) * | 1978-12-22 | 1980-06-27 | Kooa Denshi Kogyo Kk | Body confirming device |
DE2938969C2 (de) * | 1979-09-26 | 1984-12-13 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschall-Raumüberwachungssystem nach dem Impuls-Echo-Verfahren |
AU6224680A (en) * | 1980-08-20 | 1982-03-17 | Secom Co., Ltd. | Supersonic warning system |
US4382291A (en) * | 1980-10-17 | 1983-05-03 | Secom Co., Ltd. | Surveillance system in which a reflected signal pattern is compared to a reference pattern |
DE3226517C2 (de) * | 1982-07-15 | 1984-08-30 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und Einrichtung zur Raumüberwachung durch digitale Auswertung eines komplexen Echosignals |
GB2137749A (en) * | 1983-04-07 | 1984-10-10 | Healey Meters Limited | Intruder Detection System |
DE3906627A1 (de) * | 1989-03-02 | 1990-09-06 | Megamos F & G Sicherheit | Verfahren und anordnung zur raumueberwachung nach dem impuls-echoverfahren |
US5036706A (en) * | 1989-08-08 | 1991-08-06 | Web Printing Controls Co., Inc. | Sonic web break detector |
CN1045658C (zh) * | 1991-07-29 | 1999-10-13 | 基·雷/森索尔有限公司 | 带有自动自测功能的探测方法及其超声探测器 |
US5269188A (en) * | 1991-07-29 | 1993-12-14 | Rosemount Inc. | Continuous self test time gate ultrasonic sensor and method |
US5428984A (en) * | 1993-08-30 | 1995-07-04 | Kay-Ray/Sensall, Inc. | Self test apparatus for ultrasonic sensor |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3474400A (en) * | 1965-03-31 | 1969-10-21 | Gen Signal Corp | Sonic presence detection system and method |
US3500302A (en) * | 1969-01-13 | 1970-03-10 | Us Navy | Sonar bathymetry system transmit-receive sequence programmer |
-
1976
- 1976-12-09 US US05/749,072 patent/US4131872A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-12-09 GB GB51467/76A patent/GB1568229A/en not_active Expired
- 1976-12-11 DE DE2656256A patent/DE2656256C3/de not_active Expired
- 1976-12-14 FR FR7637688A patent/FR2335853A1/fr active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4131872A (en) | 1978-12-26 |
DE2656256B2 (de) | 1978-08-10 |
FR2335853A1 (fr) | 1977-07-15 |
FR2335853B1 (de) | 1981-07-10 |
DE2656256A1 (de) | 1977-06-23 |
GB1568229A (en) | 1980-05-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0503040B1 (de) | Optische sensoranordnung und verfahren zu deren betrieb | |
DE3618693C2 (de) | ||
DE2656256C3 (de) | Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall | |
EP0025086B1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Impulsabstandsmessung bei periodischen Impulspaaren | |
DE2608066C2 (de) | Optischer Abstandsensor für Geschoßzünder | |
DE102013200434A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Umfeldsensorik | |
DE2315543A1 (de) | Signal-diskriminator | |
CH616510A5 (de) | ||
DE2944894A1 (de) | Verfahren zur erkennung eines eindringenden objektes und ueberwachungseinrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens | |
DE3408261C2 (de) | ||
DE1566852C3 (de) | Anordnung zur Unterscheidung von Echolotimpulsen | |
DE2646541C2 (de) | Verfahren zur Auslösung von Sendeimpulsen bei der Dickenmessung von Prüfstücken mittels Ultraschallsignalen | |
DE1812006C3 (de) | Alarmanlage | |
DE2305917A1 (de) | Verfahren zum korrigieren zufaelliger laufzeitmessfehler einer akustischen welle in bohrlochdurchteuften erdformationen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE2157342C3 (de) | Doppler-Radarecho-Verarbeitungseinrichtung mit Bandsperrfilter und Torschaltung | |
EP2278360B1 (de) | Verfahren zum Betrieb eines optischen Sensors | |
DE1947558A1 (de) | Vorrichtung zum UEberpruefen des einwandfreien Betriebes eines Laser-Entfernungsmessers | |
CH638936A5 (de) | Verfahren und schaltungsanordnung zur ueberwachung eines funkempfaengers. | |
DE2030665A1 (de) | Anordnung zur Erfassung eines Be reiches | |
DE2627881C2 (de) | Radargerät | |
DE2746392C3 (de) | Anordnung zum Schutz vor Störechos | |
DE2834272C1 (de) | Zünder für Explosivstoffe | |
DE2950797C2 (de) | Einrichtung zur Objekt-Ortung und Ortungsbestätigung | |
DE2641772A1 (de) | Durchfluss- oder stroemungsmesseinrichtung | |
DE2116923B2 (de) | Vorrichtung zur Fehlerortbestimmung für elektrische Starkstromleitungen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |