DE2701684C2 - Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Richtung der Verschiebung zweier Aufnehmer gegenüber einer von diesen abzutastenden Oberfläche - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß am zweiten Eingang der ersten Substraktionsschaltung (17) das zweite Verschiebungssignal (B) und am zweiten Eingang der zweiten Subtraktionsschaltung (18) das erste Verschiebungssignal (/ty anliegt,

— daß die einzelnen Abtastwerte (Au B\) jeweils ab Beginn eines Zeitintervalls (t\ ... h) gespeichert sind, wobei die durch den Taktgeber (15) bestimmte Dauer der Zeitintervalle größer als 7"isi,

- daß den Subtraktionsschauungen (17; 18) jeweils Vollweggleichrichter (19; 20) nachgeordnet sind und

— daß die Ausgänge der Vollweggleichrichter (19; 20) am Integrator (21) liegen, welcher die Differenz der von den Vollweggleichrichtern (19; 20) abgegebenen Signale integriert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung gebildet wird

— durch einen an den Ausgang des Integrators (21) angeschlossenen weiteren Vollweggleichrichter (22),

- durch eine Schwellwertschaltung (23) zur Abgabe eines Signals über eine Leitung (24) und zur Rückstellung des Integrators (21) auf den Ausgangswert Null bei Schwellwertüberschreitung,

- durch eine Signalmeldeschaltung (25), die feststellt, ob während einer vorgegebenen Zeil auf der Leitung (24) ein Signal erschienen ist oder nicht,

- und durch eine Anzeigeschaltung (26). welche die Polarität des Signals am Ausgang des Integrators (21) und damit die Bewegungsrichtung anzeigt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit den im Oberbegriff von Anspruch I genannten Merkmalen.

In Verbindung mit optischen Korrelations-Geschwindigkeitsmessern sind Aufnehmer bekannt, die eine Oberfläche abtasten. Aus den Abtastsignalen läßt sich

* die Relativgeschwindigkeii zwischen den Aufnehmern und der Oberfläche ermitteln. Im Gegensatz hierzu geht es bei der Erfindung ausschließlich darum, festzustellen, in welcher Richtung die Verschiebung erfolgt Es wird keine Aussage über die Geschwindigkeit gemach-

ίο Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 25 919 ist ein berührungsloser Geschwindigkeitsmesser bekannt, bei dem zwei Aufnehmer eine Oberfläche abtasten. Hierbei entstehen stochastische und bei Bewegung gegeneinander zeitlich verschobene Signale. Zu bes'immten Zeitpunkten werden die momentanen Abtastwerte in zwei Speichern gespeichert und für eine spätere Weiterverarbeitung in weitere Speicher umgespeichert. Der Geschwindigkeitsmesser basier? auf der Voraussetzung, daß der Abstand der beiden Aufnehmer

2" klein ist gegenüber der kleinsten abgetasteten Wellenlänge der Oberfläche. Aufgrund von Ähnlichkeitsüberlegungen und hierauf basierenden Interpolationen läßt sich mittels umfangreicher Rechnungen und durch Wiederholung der Meß- und Rechenschritte die

-'"> Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegung ermitteln. Der bekannte Geschwindigkeitsmesser besteht aus zwei Aufnehmern, vier Abtast- und Halteschaltungen, in die die Abtastwerte nach einem gewissen Plan ein- und umgespeichert werden, zwei Differenzver-

so stärkern jeweils zur Bildung der Differenz zweier gespeicherter Werte, die einerseits jeweils von ein und demselben Aufnehmer, andererseits von beiden Aufnehmern zeitverschoben aufgenommen wurden, einem Quotientenbildner und einem Tiefpaßfilter.

r> Der Geschwindigkeitsmesser nach der genannten Offenlegungsschrift ist aufwendig und funktioniert nur dann, wenn die genannte Voraussetzung erfüllt ist. Weiter ist es erforderlich, daß die Aufnehmer von gleichen Stellen der Oberfläche Sigri'e aufnehmen, die sehr genau übereinstimmen.

Im Gegensatz hierzu liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, lediglich die Richtung der Verschiebung zweier Aufnehmer gegenüber einer von diesen abzutastenden Oberfläche aufgrund von nur

⁴> ungefähr gleichen Verschiebungssignalen der Aufnehmer festzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs I. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

""' Im folgenden wird die Schaltungsanordnung und ihre Funktionsweise anhand von Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. la bis Id Kurvenformen zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung.

Fig.2 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung.

In Fig. la ist 1 der zeitliche Verlauf eines

stochastischen Signals A in Abhängigkeit von der Zeit.

Es habe zur Zeit t\ den Wert Au zur Zeit I₁ den Wert A₂.

In Fig. Ib ist der zeitliche Verlauf eines zweiten

^nfl stochastischen Signals ßdargestellt, welches dem Signal A ähnlich, jedoch um die Zeit Tverschoben ist.

Der Wert A] wird gespeichert und es wird fortlaufend die Differenz -4, -Bgebildet für Bgleich B, ... B₂. Das gleiche geschieht umgekehrt mit Si für A\ ... A₂. Aus

"ϊ den erhaltenen Differenzen werden zwei Funktionen positiven Vorzeichens im Zeitintervall t- . . . t₂ abgeleitet und laufend voneinander abgezogen. Es wird also gebildet:

27 Ol

j [f (A₁-B)-/(B₁-A)]Ut.

Für /, und h werden: /, = IA₁ - B\ und /₂ -15, - AI gewählt.

In Fig. Ic ist der Verlauf von |Ai —ß|, in Fig. Id der Verlauf von \B\ — A | im Mittel für eine größere Anzahl von Ermittlungen aufgetragen. Bei allen Werten von t zwischen fund t+At(At= t₂-t\) tritt ein Mittelwert auf, ^lü der im allgemeinen konstant ist, jedoch in F i g. Ic für die Zeit H- Teine Senke 10 hat die bis zur Null-Linie reicht, weil an dieser Stelle die beiden voneinander subtrahierten Werte stets gleich sind. Infolgedessen ist der Mittelwert der Funktion nach Fig. Ic kleiner als der nach F i g. Id, woraus geschlossen werden kann, daß die Funktion nach Fig. Ib die gleichen Werte jeweils später annimmt als die Funktion nach F i g. 1 a. Bei einem Korrelationsgeschwindigkeitsmesser ist damit die Bewegungsrichtung festgelegt.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung. 11 und 12 sind die beiden Eingänge, denen die Signale A und B zugeführt werden. 13 und 14 sind zwei Abtast- und Halteschaltungen, welche durch den Taktgeber 15 über Leitungen 16 gesteuert in regelmäßi- « gen Abständen At den Wert von A bzw. B am Eingang abtasten und bis zur nächsten Abtastung am Ausgang konstant zur Verfugung halten.

In zwei Subtraktionsschaltungen 17 und 18 werden fortlaufend die Differenzen A_n- B und B_n-A gebildet, ,.,ohei A_n und B_n die jeweils in den Abtastschaltungen gespeicherten Werte bedeuten. Durch Vollweggleichrichtung in den Gleichrichtern 19 und 20 werden die Absolutwerte gebildet Die Differenzen der beiden von den Gleichrichtern abgegebenen Werte werden im 3i Integrator 21 integriert. Je nach dem, ob der vom Gleichrichter 19 oder 20 abgegebene Wert im Mittel größer ist, läuft die Ausgangsspannung des Integrators zu einem positiven oder negativen Endwert, welcher über einen Gleichrichter 22 der Schwellwertspannung 23 zugeführt wird. Diese gibt beim Überschreiten des Schwellwertes ein Signal auf Leitung 24 ab, wodurch der Integrator 21 auf Null gestellt wird. Aus der Polarität des Integratorausganges beim Erscheinen des Signals auf Leitung 24 kann auf die Bewegungsrichtung ⁴~> geschlossen werden. Diese Anzeige erfolgt durch Schaltung 26.

25 ist eine Schaltung, welche feststellt ob während einer vorgegebenen Zeit auf Leitung 24 ein Signa! erschienen ist oder nicht. Wenn dies nicht der Fall ist, kann daraus geschlossen werden, daß das in der Gleichung 1 angegebene Integral nahezu gleich 0 ist, woraus weiter geschlossen werden kann, daß A und B konstant sind oder daß — bei einem Korrelationsgeschwindigkeitsmesser - zwischen Aufnehmer und abgetasteter Fläche keine Bewegung vorliegt

Eine sichere Entscheidung darüber, ob das Signal am Ausgang des Integrators 21 positiv oder negativ ist, kann desto schneller erfolgen, je größer das Verhältnis der Dauer der Senke 10 in F i g. Ic zur Vergleichszeit Δ t ist Man wählt also At so, daß die gesamte Senke 10 im Vergleichsintervall liegt, daß dieses Intervall jedoch möglichst klein ist

Hat man ein Signal zur Verfügung, welches angenähen proportiononal. der Verschiebungszeit TT ist — bei einem Geschwindigkeitsmesser angenähert umgekehrt proportional der Geschwindigkeit — so kann man den Taktgeber 15 durch dieses Geschwindigkeitssignal steuern lassen, so daß die oben angegebene Bedingung erfüllt ist.

Anst::t die Vergleiche von A bzw. S, mit kontinuierlichen Werten von B bzw. A -n machen, können auch einzelne periodisch abgetastete Werte von B und A benutzt werden. Der Abstand der Abtastwerte muß nur kleiner sein als die Breite der Senke 10.

Als Integrator 21 kann auch ein Tiefpaß Verwendung finden. Für die Stillstandsanzeige fällt dann die Rückstellungsleitung 24 und die Anzeigevorrichtung 25 fort, und die Anzeige erfolgt direkt von der Schwellwertschaltung 23.

Anstatt analog wie nach IF i g. 2 kann die Berechnung der Integrale auch digital erfolgen. In diesem Falle würde ein A/D-Wandler die Eingangswerte A und B abwechselnd in digitale Werte umwandeln, jeweils von A und B mindestens einen Wert speichern und die Vergleiche mit darauffolgenden, ebenfalls analog/digital gewandelten Werten der anderen Leitung vornehmen. Die Abtast- und Halteschaltung wären dann Speicher, die Subtraktionsschaltungen arithmetische Rechenschaltungen und der Integrator 21 ein Zähler.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

27 Ol 684 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Richtung der Verschiebung eines ersten und zweiten Aufnehmers gegenüber einer.von diesen abzutastenden Oberfläche, bei der die Verschiebungssignale liefernden Aufnehmer in Verschiebungsrichtung hintereinander angeordnet sind, so daß zwei ähnliche stochastische Verschiebungssignale, die zeitlich um eine Zeit T gegeneinander verschoben sind, resultieren, wobei, gesteuert durch einen Taktgeber, zeitlich aufeinanderfolgend einzelne Abtastwerte des ersten Verschiebungssignals einer ersten Halteschaltung und von dort dem ersten' Eingang einer nachgeschalteten ersten Subtraktionsschaltung und gleichzeitig mit den genannten Abtastwerten gewonnene Abtastwerte des zweiten Verschiebungssignals einer zweiten Halteschaltung und von dort dem ersten Eingang einer zweiten Subtraktionsächaltung und die Ausgangssignale der Sübirsktionsschaltung einem Integrator nebst Auswerteschaltung zuführbar sind,