DE3004250A1 - Optischer annaeherungssensor - Google Patents

Description

• Optischer Annäherungssensor Die Erfindung bezicht sich auf einen optischen Annäherungssensor zur Steuerung eines Zündsignals - z.B. für die Wirkladung eines Flugkörpers oder Geschosses kurz vor d.eln Auftreffen im Ziel und. besteht aus einem Lichtsender und. einem Empfänger, die zueinander in einem bestimmten Abstand. und. einem Winkel stehen.
• Durch d.ie DE-OS 1 196 380 ist ein optischer Nahentfernungsmesser bekannt geworden, bei dem der Abstand. d.er das scharfe Bild. des Objektes enthaltenden Bildebene von dem bildseitigen Brennpunkt d.es Entfernungsmesserobj ektives als Maß für die Objektentfernung benutzt wird.0 Hier handelt es sich um einen reinen passiven und. relativ langsam arbeitenden Entfernungsmesser, der unabhängige Beleuchtung und. Kontraste im Ziel erfordert. Mit diesem Gerät ist außerdem nur eine relativ geringe Störfestigkeit gegeben, und. Umwelteinflüsse, wie Regen etc. rufen schon erhebliche Ungenauigkeiten hervor, Durch d.ie DE-OS 1 956 014 ist eine Einrichtung zur Entfernungsmessung d.er eingangs genannten Art bekannt geworden, wie sie beispielsweise für die automatische Scharfeinstellung von Fotokameraobjektiven verwendet wird.
• Für d.en Einsatz dieser Ausführungsform zur Auslösung eines optischen Zündsignals sind. auch hier die Genauigkeit und.
• die Zuverlässigkeit zu gering, denn auch hier verfälschen Umwelteinflüsse, wie Regentropfen etc. die Empfangsimpulse.
• Abgesehen d.avon ist auch der in dieser Druckschrift offenbarte Aufwand. an elektrischen bzwO elektronischen Bauteilen sehr hoch, wic aulberdom auch noch d.er Sendewinkel sehr groß ist.
• Der vorliegend.en Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Annäherungssensor d.er eingangs genannten Art zu schaffen, der eine genaue Bestimmung der Zündauslösung und eine höhere Störfestigkeit gewährleistet und außerdem keine bewegten mechanischen Teile mehr benötigte Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen nied.ergelegten Maßnahmen gelöst, In der nachfolgenden Beschreibung sind. zwei Ausführungsbeispiele abgehand.elt, wobei das Funktionsprinzip d.es ersten Ausführungsbeispiels in der einzigen Figur d.er Zeichnung schematisch dargestellt ist.
• Wie die Figur 1 schematisch zeigt, setzt sich der nach d.em Triangulationsverfahren arbeitsende optische Abstandssensor aus dem optischen Sender 10 und. einer Sendeoptik 1 oa zusammen, wobei dieser optische Sender vorzugsweise ein Laser- oder Lumineszentdiodengerät ist. Dieser Send.eeinheit ist ein Modulatorschreiber 16 vorgeschaltet, der d.en Send.er 1o gemäß den von der Steuer- und Auswerteeinheit 15 empfangenen Signalen betreibt, Der ausgesendete, vorzugsweise eng gebündelte Meßstrahl lob trifft z.B. in der Ebene A auf ein Ziel 11, das sich in Richtung des Sensors bewegt und. erzeugt dort d.en Lichtfleclc 12a. Das hiervon rückgestreute Licht 12 trifft nun auf d.en eindimensional positionsempfindlichen Detektor 13, d.essen lineare Ausdehnung in der Zeichenebene von Fig. 1 liegt und. dem ebenfalls eine Optik 13a - d.ie Empfangsoptik - vorgeschaltet ist, und wird auf das eine Ende des Detektors abgebildet. Dem Lichtfleck 13b auf dem Detektor 13 entspricht also ein Lichtfleck 12a in einer bestimmten ZielentfernungO Intensität und Position dieses Lichtflecks 13b wird. nun über einen Verstärker 14 auf eine Steuer- und Auswerteeinheit 15 gegeben, welche während der Zielannäherung die momentane Lage und die Intensität des Lichtflecks 13b feststellt und. daraus die räumliche Entfernung d.er Ebene A von d.er d.urch die Ebene B bezeichneten Auslöseentfernung bestimmt.
• Der, von dem sich in Richtung der Ebene B bewegenden Ziel zurückgestreute,Lichtfleck 12a bewegt sich nun infolge der geometrischen Anordnung von Send.er und. Empfänger immer näher auf d.ie Seite d.es Senders hin, d.ehç der Lichtfleck 13b wandert entsprechend. dieser Bewegung immer näher auf das andere lDnde des positionsempfindlichen Detektor und damit auf den Punkt zu, welcher freiwählbar dem optimalen Zündzeitpunkt entspricht. In d.er Steuer- und Auswerteeinheit 15 wird nun die Zielann£herungsgeschwind.igkeit aus der Position und. der Geschwind.igkeit der Positionsänderung d.es Lichtflecks 13b auf dem Detektor abgeleitet und. als Kriterium für die Störfreiheit d.es Empfangssignals verwendet0 Je nach Art des Geschosses etc. und der beabsichtigten Mission ist der ihm eigene optimale Entfernungswert bei diesem Annäherungssensor einstellbar, so daß dieser Sensor sehr vielfältig verwendbar ist. Dies ist sowohl durch mechanische Einstellung von Abstand und Winkel zwischen Sender und.
• Empfänger, als auch durch rein elektronische Walil des entsprechenden Lichtfleckes 13b auf dem positionsempfindlichen Detektor 13 möglich. Die Vorwahl kann sowohl vor dem Einsatz gemäß der speziellen Mission fest getroffen werden, als auch erst während. d.er Zielannäherung z. B. als Funktion d.er gemessenen Annäherungsgeschwindigkeit bestimmt werden0 Dadurch kann gegebenenfalls eine individuelle Streuung der Annäherungsgeschwind.igkeit als Folge spezieller Missionsprofile d.es Flugkörpers etc. kompensiert und dadurch seine Wirkung im Ziel optimiert werden Aus der Art, wie das vom Ziel zurückgestreute Licht sich im Detektorgesichtsfeld bewegt, kann durch Präd ikation der zukünftige Verlauf der Bewegung des Zieles vorherbestimmt werden und. dadurch kann nun das Ziel viel früher in Bezug auf den optimalen Zündzeitpunkt erfaßt werd.en und. damit kann auch d.er Zündvorgang selbst länger and.auern.
• Nun sind diese Geräte Umwelteinflüssen unterworfen, d.ie d.as Meßsignal und. damit auch die Zündauslösung negativ beeinflussen. Insbesondere lösen Regentropfen häufig Fehlentscheid.ungen d.er bisher bekannten Geräte aus und beeinträchtigen dadurch deren Zuverlässigkeit und Genauiglceit ganz erheblich Dies wird. nun in einfacher Weise durch d.ie vorliegenden erfindungsgemäßen Maßnahmen ebenfalls beseitigt0 In einer anderen Ausgestaltung d.er Erfindung ist der eindimensional kontinuierlich empfindliche Detektor mit Verstärker d.urch eine lineare Anordnung von einzelnen Detektoren und nachgeschalteten Einzelverstärkern ersetzt.
• Der Zielabstand. kann hier durch Interpolation der Lage des Intensitätsmaximus des Lichtfleckes 13b auf der linearen Detektoranordnung abgeleitet werden Aus d.er zeitlichen Änderung dieses Maximums kann ebenso wie bei d.er ersten vorbeschriebenen Ausgestaltung d.ie Annäherungsgeschwind.igkeit bestimmt werden. Dies kann aber auch dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Einzeldetektor die Signalanstiegszeit gemessen wird, die ja direkt mit der Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtfleckes 13b über die Einzeldetektoren zusammenhängt.
• Beim Annähern d.es Sensors gegen einen Regentropfen entsteht ein prinzipiell anderer Signalverlauf am Positionsd.etelctor im Vergleich zur Annäherung an ein ausgedehntes Ziel. Da der Sendestrahl enggebündelt ist.
• wird der Regentropfen nur für eine relativ sehr kurze Zeit beleuchtet werden und dann wieder aus dein Sendestrahl heraustreten. Da in der Regel die Eigengeschwindigkeit des Annäherungssensors groß gegen diejenige des Regentropfens ist, ändert sich in dieser kurzen Zeit die Position des Lichtfleckes 12a und. damit d.ie am Detektor 13 ausgewertete Position des Lichtfleckes 13b nicht Der Positionsd.etektor registriert also nur ein nahezu ortsfestes kurzzeitiges Aufleuchten eines Lichtfleckes 1 3bo Auch bei vergleichbaren Geschwindigkeiten von Annäherungssensor und. Regentropfen, z.B. wenn es sich um einen am Fallschirm niedergehenden Wirkkörper handelt, wird die Verweildauer eines Regentropfens im Send.estrahl nur kurz sein. Bei Annäherung an ein ausgedehntes Ziel hingegen wird ein sich in seinem Intensitätsverlauf hinreichend gut vorhersagbarer Lichtfleck 13b kontinuierlich über den Positionsdetektor hinweg wandern. Durch die Ausnützung dieser Eigenschaften in d.cr Steuer- und.
• Auswerteeinheit 15 wird. nun eine hohle Störfestigkeit gewährleistet.

Claims (6)

1. Optischer Annäherungssensor P a t e n t a n s p r ü c h e lo ) Optischer Annäherungssensor zur Steuerung eines Zündsignals, bestehend aus einem Lichtsender und einem Empfänger, die zueinander in einem bestimmten Abstand.

   und. einem Winkel stehen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß d.as vom durch einen Send.estrahl beleuchteten Ziel (11) zurückgestreute Licht (12) d.urch eine Empfangsoptik (13c) auf einem positionsempfind.lichen Detektor (13) als Lichtfleck (13b) fokusiert wird, dessen Signal zur automatischen Ermittlung des optimalen Zündauslösepunktes an eine Steuer- und. Auswerteelektronilc (15) weitergeleitet wird, in welcher gleichzeitig Zielentfernung und. Annäherungsgeschwindigkeit ermittelt und die Störfreiheit d.es Signals überprüft wird.
2. 2. Optischer Annäherungssensor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Detektor (13) ein eindimensional kontinuierlich positionsempfindlicher Detektor ist, dessen lineare Ausdehnung in der durch den Sendestrahl und die Verbindungslinie zwischen Sender und. Empfänger gebildeten Ebene liegt, und. daß der optimale Zündauslösepunkt auf den gewünschten Zündabstand durch rein elektronische Vorwahl d.es Ortes d.es entsprechenden Lichtflecks (13b) auf d.em Detektor (13) abgestimmt wird
3. 3. Optischer AnnälIerungssensor nach den Ansprüchen 1 und. 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß d.er Detektor (13) eine lineare Anordnung von Einzeldetektoren ist.
4. 4. Optischer Annäherungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 3, d.ad.urch g e k e n n z e i c h n e t , daß d.er optimale Zündabstand. erst während. der Zielannäherung in Abhängigkeit von d.er gemessenen Annaherungsgeschwindigkeit d.urch rein elektronische Vorwahl eingestellt wird.0
5. 5. Optischer Annäherungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß d.er Send.estrahl (lob) der enggebündelte Strahl eines Halbleiterlasers oder einer Lumineszenzdiode ist.
6. 6. Optischer Annäherungssensor nach d.en Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuer- und. Auswertcl.ektronik (15) so gestaltet ist, daß ein kurzzeitig auf d.em Detektor (13) aufleuchtender Lichtfleck (13@) von einem kontinuierlich über den Detektor ( 13) hinwegwandernden und. in seinem Intensitätsverlauf hinreichend. gut vorhersagbaren Lichtfleck 1 3b unterschieden werden kann