DE3022857A1

DE3022857A1 - Einrichtung zur laufzeitmessung

Info

Publication number: DE3022857A1
Application number: DE19803022857
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Alexander Wien Metchev
Original assignee: EUMIG ELEKTRIZITATS und METALLWAREN INDUSTRIE GESELLSCHAFT
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS5641000A; US4376990A

Description

Patentanwalt _' Il Q C

D!pL-fng. W. Jackisch * ~ fl OU O / J

Menzelstr. 40,7000 Stuttgart t

3022857 ? 8. Juni 1980

EIMIG

Elelctrizitäts- und Metallwaren-Industrie Gesellschaft mit besclirälikter Haftung Eutoigstrafie 2-8

A-2351 Wiener Feudorf

"Einrichtung zur Laufzeitmessung"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten !Frequenzbereiches, mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem Signalempfänger für den Empfang der vom Objekt reflektierten Meßsignale einer der Frequenz der weiterhin ausgesandten Signale entsprechenden im wesentlichen vorbestimmten Frequenz und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signalempfänger ableitbar ist.

Derartige Einrichtungen sind bekannt und werden bevorzugt zur Lotung, zur Entfernungsmessung von Hindernissen als sogenannte Antikolli R ions geräte und zur Fokussierung in der Foto- und Kinotechnik verwendet. Insbesondere für die Messung von Entfernungen im Bereich von einigen Dezi-, metern bis einige hundert Meter in Luft oder Wasser sind Meßsignale im Ultraschall-Frequenzbereich gut geeignet. Hiebei werden vom Sender, z, B- periodisch Impulse abgestrahlt, deren Trägerfrequenz beispielsweise zwischen 30 kHz und 150 kHz liegt. Obwohl senderseitig alle konstruktiv möglichen Maßnahmen ausgenützt werden, ein möglichst starkes Meßsignal zu dem entfernt gelegenen Meßobjekt zu senden, weist das wieder empfangene Echosignal nur eine sehr kleine

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Amplitude auf. Diese Amplitude nimmt näherungsweise logarithmisch mit der Laufzeit des Meßsignales, d. h. mit der Entfernung des Meßobjektes ab. Um nun auch weiter entfernte Objekte eindeutig erfassen zu können, ist es erforderlich, daß der Meßsignalempfänger sehr empfindlich und darüber hinaus in bezug auf die Empfangsfrequenz schmalbandig ist. Erst dadurch wird bekanntlich ein brauchbares Signal-/Rausch-Verhältnis erzielt, das die Aufbereitung des Nutzsignales ermöglicht. Infolge der Schmalbandigkeit des Signalempfängers, insbesondere beim Empfang schwacher Signale, ist es erforderlich, daß der Signalsender frequenz konstant ist. Diese Frequenzkonstanz hat man bisher vor allem dadurch erhalten, daß man quarzstabiliserte Oszillatoren verwendet hat. Empfänger seitig mußte jedoch auch sichergestellt werden, daß der Signalempfänger auf die Frequenz des quarzstabiliserten Sendeoszillators abgestimmt ist und diese Abstimmung konstant gehalten wird. Der Aufwand war hiebei beträchtlich und auch die entstehenden Kosten waren hoch, was den Einsatz von Entfernungsmeßeinrichtungen für eine "Verwendung im Konsumbereich, wie beispielsweise am Foto- und Kinogerätemarkt für Amateurzwecke kaum möglich machte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen zu schaffen, mit der die Abstimmung des Signalempfängers auf die Frequenz des Sende Oszillators auf einfache Weise erfolgen kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Einrichtung einen Signalgenerator aufweist, der sowohl zumindest zur Ansteuerung des Signalsenders als auch zur Steuerung des Signalempfängers vorgesehen ist, und daß eine Filter stufe zur empfangsfrequenzmäßigen Abstimmung des Signalempfängers und zur Ausfilterung von Fremdfrequenzen mit dem Signalgenerator verbunden ist. Zu einem anderen Zwecke ist es allerdings aus der CA-PS 1, 054.702 bekannt, für Sender und Empfänger einen gemeinsamen Oszillator zu verwenden,

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doch wird dort nicht die der ausgesandten Freuqenz entsprechende Frequenz empfangen, sondern Wobbein nach einer Sägezahncharakteristik eine Frequenzverschiebung erzeugt, die ein Maß für die Entfernung sein sollte. Dies bedingt auswerteseitig einen hohen Aufwand, Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen wird dagegen erreicht, daß der konstruktive Aufwand wesentlich geringer als bei bekannten Sender-/Empfängerschaltungen ist, und daß stets die richtige Frequenzabstimmung sowohl für den Sender als auch für den Empfänger gewährleistet ist. Änderungen in der Sendefrequenz bewirken auch ohne Manipulationen am Gerät stets zufriedenstellende Meßvorgänge, da diese Änderungen durch die Mitverwendung des Signalgenerators auch im Empfänger auch im entsprechenden Sinn die Empfangsfrequenz bzw. den Empfangsbereich beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Signalgenerator ein strom- oder spannungsgesteuerter Referenzoszillator eines einen Phasenregelkreis aufweisenden frequenzselektiven Filters ist, das vorzugsweise mit Hilfe eines Phasen-Quadratur-Detektors, als Demoulator für das empfangene Meßsignal vorgesehen ist, PLL-frequenzselektive Filter weisen nämlich die vorteilhafte Eigenschaft auf, daß die Filterbandbreite mit kleiner Eingangssignalamplitude klein ist gegenüber der Bandbreite bei größeren Eingangs Signalamplituden. Durch diese Eigenschaft erfolgt eine selbsttätige Anpassung der Abstimmung des Meßsignalempfängers, wobei durch die interne Regelung des PLL-Schaltkreises sichergestellt ist, daß die Frequenz des Sendesignales mit der Empfangsfrequenz tatsächlich übereinstimmt.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu erblicken, das Signal-/Rausch-Verhältnis zu verbessern bzw. Störgeräusche besser zu unterdrücken. Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches ausgegangen, mit einem von einem Signalgenerator angesteuerten Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und

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einem einen Signalwandler und einenmit diesem verbundenen Transformator aufweisenden Signalempfänger für den Empfang der vom Objekt reflektierten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw, Signalempfänger ableitbar ist und erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwei miteinander in Serie geschaltete, symmetrische Sekundärwicklungen aufweisender Transformator vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklungen über ihren Mittenabgriff mit dem Bezugs potential verbunden sind und mit ihren anderen Anschlüssen zumindest mittelbar an den Klemmen des Signalwandlers, vorzugsweise eines Ultraschall-Kondensator-Sender- und/oder Empfangswandlers, angeschlossen sind, beispielsweise aber auch eines über Anzapfung an den Sekundärwicklungen liegenden Piezo-Wandlers, und daß die A us gangs signale an den symmetrischen Sekundärwicklungen des Transformators jeweils über eine Impedanzwandlerstufe an den invertierenden und an den nicht invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers geführt sind, dessen Ausgangesignal über einen Resonanzkreis für das Nutzsignal einem zweiten Operationsverstärker zugeführt ist, dessen Verstärkung für Wechselstromsignale größer als eins und für Gleichstromsignale gleich eins ist, wobei für beide Operationsverstärker zur Stabilisierung ihrer Arbeitspunkte eine gemeinsame Gegenkopplung und für den ersten Operationsverstärker ein Eingang zu dessen stromabhängiger Verstärkungssteuerung vorgesehen ist. Dadurch erhält man zuäsztlich eine gute spannungsmäßige Anpassung an. einen Piezo-Wandler, sodaß die Schaltung gleichermaßen gut für Kondensator- und Piezo-Wandler geeignet ist.

Ferner soll die Schaltung für periodisch wiederholte Laufzeitmessungen möglichst einfach ausgebildet sein, Hiefür wird von einer Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches ausgegangen mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem Signalempfänger für den Empfang der vom Objekt

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reflektierten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signalempfänger ableitbar ist, wobei wenigstens ein mit einem Transformator verbundener Signalwandler vorgesehen ist, und erfindungsgemäß zur Steuerung des Sende- und Empfangsbetriebes der Laufzeitmeßeinrichtung ein Taktgenerator vorgesehen, dessen periodischer Aus gangs impuls zumindest zur mittelbaren Ansteuerung einer Primärwicklung des Transformators, zur Ansteuerung eines Stromgenerators für die ■Verstärkungssteuerung des Signalempfängers, vorzugsweise zur Aktivierung eines Funktionsgenerators zur Frequenzmodulation des Sendesignals, und zur wenigstens mittelbaren Erzeugung eines Startimpulses für die Laufzeitmeßperiode, deren Länge vorzugsweise durch das Ausgangssignal des den Phasenregelkreis aufweisenden Filters festgesetzt ist, vorgesehen ist.

je größer die zu messende Entfernung und je langer damit die Laufzeit des Meßsignales ist, umso kleiner ist die Amplitude des Echosignales. Um nun auf einfache Weise eine Anpassung der Verstärkung an längere Signalwege herbeizuführen, ist an einer Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches, mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einen Signalempfänger mit wenigstens einem Empfangs verstärker für die vom Objekt reflektierten und mittels eines Signalwandlers umgewandelten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objektes vom Signalsender bzw. Signalempfänger able itbar ist erfindungs gemäß vorgesehen, daß zur laufzeitabhängigen und stromabhängigen Steuerung des Verstärkungsgrades des oder der Empfangsverstärker ein sich über die Zeit, insbesondere zumindest über einen Teilbereich der Dauer, des Sendeimpulses linear veränderndes Signal zur Ansteuerung von, vorzugsweise zwei, Transistoren herangezogen wird, in

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deren Lastkreisen ohm' sehe Widerstände vorgesehen sind, wobei die Ansteuerung der beiden Transistoren über Basisvorwider stände erfolgt, und daß einem ohm'sehen Widerstand eine, insbesondere steuerbare, Halbleiterstrecke, vorzugsweise die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors, parallel geschaltet ist, die zumindest mittelbar ebenfalls vom sich hier verändernden Signal angesteuert wird, wobei der Gesamtstrom durch die ohm' sehen Widerstände und die parallel geschaltete, sich über die Zeit in ihrem Wert verändernde Halbleiterstrecke einen nicht linearen, vorzugsweise logarithmischen, bzw, exponentiellen Verlauf während der Empfangsbereitschafts ze it des Meßsignalempfängers erbringt.

Die oben beschriebenen Einrichtungen lassen sich vorteilhaft für die Nachregelung der Entfernungseinstellung eines Objektives verwenden. Nun neigen aber bekannte Regelsysteme immer wieder zum Schwingen. Um Regelschwingungen zu vermeiden, wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln vorgeschlagen, bei dem ein Istwert mit einem Sollwert verglichen und entsprechend ihrer Differenz und unter Berücksichtigung einer Hysterese eine Regelgröße gebildet wird, vorzugsweise zum Einstellen eines Regelgliedes in bzw. an einem Objektiv, beispielsweise zum Fokussieren desselben und das erfindungsgemäß so ausgestaltet ist, daß die Hysterese entsprechend der Differenz, beispielsweise proportional, verändert wird. Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Istwertgeber und einem Sollwertgeber am Eingange einer eine Hystereseeinstelleinrichtung aufweisenden Vergleichsstufe kann dann dadurch gekennzeichnet sein, daß die Hystereseeinstelleinrichtung als Steuerstufe ausgebildet ist, der das Ausgangssignal der Vergleichsstufe als Steuergröße zuführbar ist.

Wie häufig in Regelsystemen, beispielsweise auch beim Regeln auf konstante Bandspannung trotz sich verändernden Wickeldurchmessern in Bandtransportsystemen ( insbesondere für Magnet- oder Filmbänder ), muß auch beim automatischen Entfernungseinstellen mit Hilfe des Fokussiergliedes eines Objektivs eine Hyperbelfunktion elektrisch nachgebildet werden. Um dies mit einfachen Maßnahmen zu erreichen, wird eine Schaltungsanordnung zum Nachbilden

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einer Hyperbelcharakteristik der allgemeinen Formel in einer Steuer- bzw.

Regeleinrichtung, insbesondere zum Nachbilden des mathematischen Zusammenhanges zwischen dem Verstellweg des Fokussiergliedes eines optischen Systems und der daraus resultierenden Entfernungseinstellung desselben vorgeschlagen, die erfindungsgemäß einen Spannungsteiler aufweist, der in wenigstens einem seiner Äste mehrere zueinander parallele und hinsichtlich ihres Widerstandswertes nach einer Inversfunktion gestaffelte Widerstände aufweist, die wahlweise mit Hilfe einer Schalteinrichtung zuschaltbar sind, wobei am Mittelabgriff des Spannungsteilers ein sich mit dem Schalten der Schalteinrichtung im wesentlichen entsprechend der Hyperbelcharakteristik änderndes Signal abnehmbar ist. V.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung sehematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1, teilweise im Blockschaltbild, die Schaltungsanordnung

eines Sende-Empfängers für Ultraschallsignale; die Fig, 2A bis 2E Diagramme von Signalverläufen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1; die

Fig. 3A, 3B eine Variante zu Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten; Fig, 4 eine abgeänderte Ausführung eines Details aus Fig. 3B,

das in

Fig. 5 in einer anderen Modifikation dargestellt ist; die Fig. 6A bis GU und Fig. 7 Diagramme von Signalverläufen der

Schaltung nach den Fig. 3A bzw. 3B. In Fig, 1 ist mit 1 ein auf dem Phase-Locked-Loop-Prinzip basierendes frequenzselektives System bezeichnet, das eine PLL-Stufe 2, einen Phasen-Quadradur-Detektor 3, einen Komparator 4 und einen Verstärker 5 aufweist. Der Phasenregelkreis ( PLL ) hat die Aufgabe, einen Oszillator 6 in Frequenz und Phase so zu regeln, daß dessen Phase mit der Phase eines Referenzsignales, das ist das Signal am Eingang 7des Phasendetektors 8 übereinstimmt. Der gesamte Regelvorgang wird als Phasensynchronisation bezeichnet. Der ( strom-

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gesteuerte ) Oszillator 6 wird sowohl im Sendebetrieb als auch im Empfangsbetrieb der Einrichtung zur Laufzeitmessung benützt. Die Frequenzeinstellung des Oszillators 6 erfolgt im Sendebetrieb, d. h, wenn kein Nutzsignal am Eingang des Phasendetektors 8 anliegt durch den Kondensator C₀₂ und den Widerstand R₂. Das hier beschriebene Beispiel betrifft eine Sende-Empfangs-Einrichtung für Ultraschallsignale und die durch das frequenzbestimmende RC-Glied R C₂ eingestellte Sendefrequenz kann beispielsweise 50 kHz betragen. Das Ausgangssignal des stromgesteuerten Oszillators 6 wird über einen Leitungszug 9 an die Treiber und Endstufe 10 für den Ultraschallwandler geführt. Die Ansteuerung des Ultraschallwandlers erfolgt periodisch durch eine Einrichtung 11 zur Sender-Impulstastung. Der Taktgenerator 12 triggert über seinen Ausgang 13 den monostabilen Multivibrator 14, dessen Ausgang über die Diode 15 mit dem Leitungszug für die Ansteuerung der Verstärkerstufe 10 verbunden ist. In Fig. 2A ist der Impuls U . am Ausgang A des Taktgenerators 12 mit voller Linie eingezeiclmet. Der Spannungsverlauf am die Taktzeit des Taktgenerators 12 mitbestimmenden Kondensator C₃ ist als strichlierte Linie U _Q3 ebenfalls in Fig. 2A eingezeiclmet. Der Impuls U « ist etwa 60 Millisekunden breit und wird periodisch vom Taktgenerator 13 abgegeben. Eine Taktperiode besteht aus dem Impuls U . während der Zeitspanne t und der Impulspause während der Zeitspanne t , Während diesen Zeitspannen wird der Kondensator C_Q„ einmal von einem Drittel der Versorgungsspannung U₀ auf zwei Drittel der Versorgungsspannung U_c aufgeladen und in der Impulspause wieder linear entladen. Der Spannungsverlauf am zeitmitbestimmenden Kondensator C_n. des Monoflops 14 ( Punkt D ) ist in Fig. 2B dargestellt, und zwar durch die strichlierte Linie U„ ^. Die Verweilzeit des monostabilen Multivibrators 14 im aktivierten Zustand beträgt etwa eine Millisekunde und ist in Fig. 2B als Zeit t. bezeichnet. Der Impuls selbst an der Diode ist mit U ,. bezeichnet.

Inder Verstärkerstufe 10 wird, wie bereits beschrieben, das Signal des stromgesteuerten Oszillators 6 des PLL-Schaltkreises 1 spannungs-

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und anschließend stromverstärkt und über den Transformator L_n, an den Ultraschallwandler geführt. Der Transformator L₀₁ besitzt eine Primärwicklung 16 und zwei miteinander in Serie geschaltete, symmetrische Sekundärwicklungen und 18, die über ihren Mittenabgriff mit dem Bezugs potential verbunden sind« Mit dem Kondensator C_n1 wird die Resonanzanpassung für den Kondensatorwandler durchgeführt. Die für den Betrieb eines Kondensatorwandlers erforderliche Polarisationsspannung wird über eine Hochvoltzenerdiode 20 aus der Nutzsignalamplitude an den Enden der beiden Sekundärwicklungen 17 und 18 gewonnen. Bei der Bemessung des Resonanzkreises ist zu berücksichtigen, daß im wesentlichen die Impedanz des Kondensatorwandlers durch die Kapazität des Kondensatorwandlers selbst bestimmt ist. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird die erforderliche hohe Amplitude von etwa 360 Volt U des Sendesignals erreicht.

ss

Nur mit einer relativ so hohen Signalamplitude kann ein guter Wirkungsgrad eines Kondensator wandle rs erzielt werden.

Anstelle eines Kondensatorwandlers 19 ist es auch denkbar, als Alternative einen Piezo-Wandler 21 zu verwenden. Um aber einen Piezo-Wandler 21 mit etwa gleicher Leistungsabgabe, wie die des Kondensatorwandlers betreiben zu können, ist es erforderlich, über den Transformator eine Leistungsanpassung vorzunehmen. Diese Leistungsanpassung wird derart durchgeführt, daß der Piezo-Wandler 21 über Anzapfungen 22, 23 der Sekundärwicklungen 17 und des Transformators L„, angeschlossen ist, Hiedureh. wird das Übersetzungsverhältnis des Transformators L_n, für den Piezowandler 21 kleiner als für den Kondensatorwandler 19. Die Wandler 19 oder 21 werden in den Sendepausen, d, h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen U ^. gemäß Fig. 2B auch als Empfangswandler benützt. Für den Piezo-Wandler 21 erbringt hiebei der Anschluß über die Anzapfungen 22 und 23 spannungs mäßig eine entsprechend größere Anpassung, was bedeutet, daß beim Empfang der beträchtliche Gewinn von etwa 10 bis 15 dB S/N gegenüber dem direkten Anschluß an die folgende

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Verstärkerstufe erzielbar ist.

Durch die symmetrische Auslegung der Signaleinkoppelung im Empfangsbetrieb der Wandler 19 oder 21 über die beiden in Serie geschalteten Sekundärwicklungen 17 und 18 ist auch eine gute Störungsunterdrückung erzielbar« Induzierte Störspannung von Servomotoren, elektromechanischen Stellgliedern u. dgl. werden in vorteilhafter Weise passiv ohne zusätzlichen Aufwand stark reduziert.

Die vom Wandler 19 bzw. Wandler 21 empfangenen Signale werden über Impedanzwandlerstufen in Form von Feldeffekttransistoren T 1 und T 2 jeweils an den invertierenden und an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers S, geführt. Am Ausgang des Operationsverstärkers S-. ist ein Resonanzkreis L__o für das Nutzsignal vorgesehen. Weiters wird das Nutzsignal durch den Operationsverstärker S₅, verstärkt, der derart mit passiven Bauteilen beschaltet ist, daß die Verstärkung der Wechselstromsignale größer als eins und für Gleichstromsignale gleich eins ist. Vom Ausgang des Operationsverstärkers S₀ ist eine nicht bezeichnete Gegenkopplung an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers S₁ geführt, die zur Stabilisierung der Arbeitspunkte der beiden Operationsverstärker vorgesehen ist.

Fernerhin besitzt der Operationsverstärker S·^ einen

Eingang 24 über den sein Verstärkungsgrad für das Nutzsignal einstellbar ist. Die Verstärkung des Operationsverstärkers S, muß über die Laufzeit der Meßsignale zunehmen und zwar muß die Verstärkungsregelung einen logarithmischen Verlauf' aufweisen, da die Dämpfung der Echosignale ca. 2, 6 dB pro Meter bei einer Signalfrequenz von ca. 50 kHz beträgt. Der logarithmische Verlauf des Steuerstroms für den Operationsverstärker S₁ ist in Fig. 2D dargestellt und wird weiter unten beschrieben. Die Schaltungsanordnung für die Gewinnung des entsprechenden Steuerstroms ist im strichliert gezeichneten Block 25 dargestellt. Der Regelumfang der Verstärkungsregelung muß etwa 50 dB groß sein für einen maximalen Meßwert von 10 m,

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Das Ausgangssignaides Operationsverstärkers S₂ wird

über einen nicht bezeichneten Einstellregler an den Eingang 7 des Phasendetektors des PLL-selektiven Filterbausteins 1 geführt und in an sich.bekannter Weise durch einen Quadratur-Phasen-Detektor aufbereitet, s.odaß beim Eintreffen eines Echosignales auf einen der Wandler 19, 21 am Ausgang 26 ein negativer Spannungssprungt. auftritt. Die Zeitdauer zwischen dem Auftreten des Sendeimpulses t. gemäß dem Diagramm nach Fig. 2B und dem Auftreten des negativen Spannungssprunges t7 am Ausgang 26 des frequenzselektiven Filters ist ein Maß für die doppelte Entfernung zwischen Sender-/Empfänger und dem Meßobjekt. Si einer geeigneten Auswerteeinrichtung kann die Umsetzung der gemessenen Zeitdauer in ein Entfernungsmaß oder in ein Signal zur Einstellung eines Aufnahme objektives, einer Warnvorrichtung cd, dgl. vorgenommen werden.

Mittels der beiden hintereinander geschalteten Operationsverstärker S„ und S„ kann eine Einrichtung 27 zur Frequenzmodulation des b /

Sendesignales gebildet werden, die ebenfalls von dem monostabilen Multivibrator der Einrichtung zur Sendeimpulstastung 11 gesteuert wird. Der Operationsverstärker S ist mit seinem nicht invertierenden Eingang am Punkt D des monostabilen Multivibrators 14 angeschlossen. Eine Gegenkopplung führt von seinem Ausgang zu seinem invertierenden Eingang. Der Ausgang des Operationsverstärkers S„ ist weiterhin mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers S₁₇ verbunden, an dessen nicht invertierenden Eingang eine Spannung mit zwei Drittel der Höhe der Versorgungsspannung, die am monostabilen Multivibrator 14 abgreifbar ist, zugeführt ist. Auch der Operationsverstärker S„ besitzt eine Gegenkopplung zum invertierenden Eingang. Am Ausgang des

Verstärkers S„ ist ein Signal mit einem Spannungsverlauf U _n abgreifbar, ζ av.

das in Fig. 2E im Diagramm dargestellt ist;.: Mit strichlierter Linie ist die Spannung am Kondensator U„ ₀₄ des monostabilen Multivibrators 14 dargestellt. Das Ausgangssignal der Stufe 27 wird über das RC-Glied 28, 29 in den frequenzbestimmenden Stromkreis mit den Bauteilen Kondensator C₀ und Widerstand E.

O^ 02

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des stromgesteuerten Oszillators 6 des PLL-frequenzselektiven Filters 1 eingespeist und bewirkt über einen gewissen Zeitbereich des Sendeimpulses eine Frequenzmodulation der Trägerfrequenz des Sende impulses. Benutzt man zur Entfernungsmessung ein Ultraschallsignal mit fester Frequenz, so können Reflexionen von verschiedenen Punkten des Aufnahmegegenstandes Interferenzen der Echosignale hervorrufen, die sogar die Auslöschung des Echos am Empfänger bewirken. Dies hat zur Folge, daß der Empfänger nicht anspricht und Fehlmessungen durchgeführt werden. Insbesondere können derartige Auslöschungen bei sehr nahen Objekten stattfinden- Es handelt sich jedoch bei der Vorsehung von einer Einrichtung zur Frequenzmodulation des Sendesignals lediglich um Maßnahmen, die die Fehlerrate bei Messungen heruntersetzen soll bzw. etwa -möglich auftretende Fehlmessungen unterbinden sollte. Ausführliche Versuche haben jedoch gezeigt, daß beispielsweise für den Kinoamateur auch eine ausreichende Genauigkeit bzw. Sicherheit der Messung erzielt wird, wenn von der Frequenzmodulation des Sendesignales Abstand genommen wird.

Wie bereits oben beschrieben, ist eine laufzeitabhängige Verstärkungsregelung des Operationsverstärkers S₁ des Signalempfängers erforderlich, wobei dem Eingang 24 des Operationsverstärkers S₁ ein Strom I mit einem über die Zeit logarithmischen Verlauf zugeführt wird. Dieser Verlauf wird, im Diagramm nach Fig, 2D dargestellt; er beginnt nach dem Ende des Sende impulses U ₁₄ und endet zusammen mit dem Impuls TJ . des Taktgenerators 12. Wie ersichtlich.setzt sich der Strom I₀ seinem Verlauf nach aus drei Teilbereichen, nämlich L, I_ und !L, zusammen. Wie ersichtlich aus Fig. 2D ist der Strom I₁ ein konstanter Gleichstrom, der ab dem Zeitpunkt des Funktionsbeginns des Empfängers vorhanden ist. Die Amplitude bzw. die Größe des Stromes bestimmt die Anfangsverstärkung des Operationsverstärkers S-. nach Fig. 1. Sie bleibt während der gesamten Empfangs per iode konstant. Der Strom I_T steigt linear ebenfalls ab dem Zeitpunkt der Funktionsperiode des Empfängers

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und schließlich bewirkt der Strom L, die logarithmisclie Annäherung des Steuerstromes insgesamt.

Die Stufe 25 innerhalb des strichlierten Rahmens hat die Aufgabe aus der Spannung am Kondensator C_nQ des Taktgenerators 12 den oben beschriebenen Strom-/Zeit-Verlauf I_g zu erzeugen. Die Spannung am Kondensator C₀₃ bzw. am Punkt A steigt von einem Drittel der Höhe der Betriebsspannung U

während des 60 Millisekunden dauernden Impulses U » gemäß Fig, 2A auf zwei Drittel der Höhe der Betriebsspannung U , Fernerhin ist am Taktgenerator 12

während des gesamten Betriebes eine Referenzspannung in der Höhe von zwei Drittel der Betriebsspannung abgreifbar. Die Steuerstufe 25 weist zwei Operationsverstärker S. und S_ auf, wobei der Operationsverstärker S. mit seinem nicht invertierenden Eingang mit dem Punkt A, d. h. mit dem Kondensator C_n„ des Taktgenerators 12 verbunden ist. Der Ausgang des Operations-Verstärkers S. ist über einen nicht bezeichneten Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers S verbunden, dessen nicht invertierender

Eingang an dem Referenzpotential in der Höhe von zwei Drittel der Betriebsspannung U liegt. Am Ausgang des Ops rations Verstärkers S sind über zwei voneinans ο

der verschiedene Basisvorwider stände zwei PNP-Transistoren T₃ und T ange schlossen, wobei der Emitter des Transistors T₀ über den Widerstand R mit der

Speisespannung U und der Emitter des Transistors T direkt mit der Speise-ει 4

spannung U verbunden sind. Die Kollektoren der beiden Transistoren T₀ und T.

S O Te

sind über den Widerstand R. miteinander verbunden, wobei der Strom über den Transistor T. und den Widerstand B. und der Strom über den Transistor T₀

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und den Widerstand R_T dem Steuereingang 24 des Operationsverstärkers S₁ zugeführt sind. Zusätzlich ist parallel zum Widerstand R_T die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors T,- vorgesehen, dessen Gate-Elektrode mit dem Abgriff eines Spannungsteilers P₁. am Ausgang des Operationsverstärkers S₄ verbunden ist. Vom Punkt B ( das ist der Emitter des Transistors T„ ) führt eine Gegenkopplung über den Einstellregler P an den invertierenden Eingang des

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Operationsverstärkers S-, Durch entsprechende Wahl bzw. Dimensionierung

der Widerstände lassen sich über die Widerstände R.,, Il und R ( das ist der Widerstand der Drain-Source-Strecke von T ) und die dazugehörigen Transistoren T_Q, T. und T- der entsprechende angenähert logarithmische Verlauf des Stromes I gemäß dem Diagramm nach der Fig. 2D herstellen. Im Diagramm nach Fig. 2C ist άέτ Verlauf der Signalspannung am Punkt B der Steuerstufe 25 über dem Verlauf der Spannung am Kondensator C des Taktgenerators 12 eingezeichnet. Wesentlich ist,daß an sich lediglich drei Bauelemente, nämlich die Widerstände R₁, R_T und die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors einem Temperaturgang unterliegen, der eine Kompensation erforderlich machen könnte. Dies könnte in einfacher Weise durch entsprechende temperaturabhängige Bauelemente od, dgl. durchgeführt werden. Ebenso kann der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors in jenen Bereich gelegt werden, bei dem eine Temperaturänderung keinen wesentlichen Einfluß auf die Reproduzierbarkeit des Stromverlaufes I ausübt. Ändert man die Ladung des Kondensators C_nQ des Taktgenerators

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12 beispielsweise durch einen Thermistor, so kann zentral von dieser Stufe der Senderimpulstastung eine Anpassung der unterschiedlichen Laufzeit des Ultraschallsignales in Abhängigkeit von der Lufttemperatur durchgeführt werden.

In der Ausführung gemäß den Fig. 3A, 3B tragen Teile gleicher Funktion die selben Bezugszeichen wie in Fig. 1. Vor allem kann die Sende- und Empfangselektronik SEE genau so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Dagegen ist die Sendeimpulstasteinrichtung anders gelöst, als dies bei der Einrichtung 11 ( Fig. 1 ) der Fall ist. Hier werden nämlich die Impulse eines Taktgenerators 12' zwei Zählstufen Zl, Z 2, von denen die Zählstufe Z 1 jene Zeit bestimmt, die der Laufzeit von Signalen entspricht, die von Objekten reflektiert sind, die unterhalb der Einstellgrenze des Objektivs - also beispielsweise weniger als 1 m, entfernt sind. Die Zählstufe Z 2 dagegen bestimmt die eigentliche Meßzeit t +1 ( vgl. Fig. 1 ), Wie ersichtlich, ist die Zählstufe Z 2 nur mit ihrem Ausgang η mit einer Logikeinheit 14' verbunden, die entsprechend

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dem monostabilen Multivibrator 14 der Fig. 1 einen Impuls vorbestimmter Dauer t. abgibt. Die übrigen Ausgänge der Zählstufe Z 2 sind jedoch mit einer weiteren, später besprochenen Einrichtung verbunden.

Die Logikeinheit 14' ist mit einem Ausgang entweder umittelbar oder über eine weitere Logiksteuer stufe 30 mit der Verstärkungssteuerstufe verbunden, die zu ihrer eigenen Steuerung überdies die Signale des Taktgenerators 12' erhält. Darüber hinaus gehen Aus gangs signale der Logikeinheit 14' an die jeweiligen Reset-Eingänge R 1, R 2 der Zählstufen Zl, Z 2. Das dem Reset-Eingang R 2 zugeführte Signal geht aber auch an einen Eingang eines Flip-Flops 31, dessen anderer Eingang ein Signal von der Sende- und Empfangselektronik SEE über den Punkt 26 ( vgl. Fig- 1 ) erhält, wobei die an diesem Punkt 26 auftretende Impulsflanke das Flip-Flop 31 kippen läßt. Der Zweck dieses Flip-Flops wird weiter unten noch erläutert.

Zum Fokussieren eines Objektives wird für gewöhnlich ein

Linsenglied, meist die Frontlinse, mittels einer Schraubfassung axial verstellt. Dabei entspricht der Zusammenhang zwischen Drehwinkel der Schraubfassung bzw, axialer Verstellung dieses Linsengliedes und der dadurch sich ergebenden Entfernungseinstellung des Objektives einer Hyperbelfunktion der Formel

^y ~

bx

wobei χ die Entfernungseinstellung und y den Verdrehwinkel bzw, die axiale Verstellung des Fokussierlinsengliedes bedeutet, wogegen die Größen a und b entsprechende Konstanten sind. Um nun eine derartige Hyperbelfunktion mit elektronischen Mitteln nachzubilden, ist ein Spannungsteiler 32 vorgesehen, der in seinem einen Ast beispielsweise einen vorbestimmten Widerstand R 3 besitzt, wogegen in seinem anderen Ast eine je nach der Genauigkeit der gewünschten Auflösung große Anzahl von im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zueinander geschalteten Widerständen R 4 bis R 9 vorgesehen sind. Der gewünschte

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Effekt könnte zwar an sich auch durch eine Serienschaltung von Widerständen erreicht werden, doch ist die dargestellte Parallelschaltung bevorzugt, jedem der Parallelwiderstände E. 4 bis R 9 ist ein Schalttransistor T 4' und T 5 bis T 9 zugeordnet, durch die die Parallelwiderstände R 4 bis R 9 nacheinander zuschalt ~ bar sind, sodaß sich am Mittelabgriff X das aus Fig. 7 ersichtliche, mit vollen Linien dargestellte Signal ergibt. Zu diesem Zweck sind die Parallelwiderstände R 4 bis R 9 so abgestuft, daß der jeweils folgende Widerstand nur die Hälfte des Widerstandswertes des jeweils vorausgehenden Widerstandes besitzt. Die Schalttransistoren T 4' und T 5 bis T 9 brauchen somit nur taktmäßig angesteuert zu werden, um über die Zeit die in Fig. 7 mit vollen Linien dargestellte Funktion am Punkt X zu erhalten. Hiezu wird gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das Zählwerk Z 2 mit all seinen Ausgängen mit Ausnahme des Ausganges η herangezogen.

Das vom Mittelabgriff X des Spannungsteilers 32 abgenommene Signal wird sodann einem Spannungswandler 33 zugeführt, der eine 'Vergleichsstufe S₀ aufweist, an dessen Ausgang ein Transistor T 10 angeordnet ist. Am

Kollektorausgang dieses Transistors TlO ist an einem Punkt Y das in Fig. 7 strichpunktiert dargestellteund mit hoher Annäherung der gewünschten Hyperbelfunktion entsprechende Signal abnehmbar.

Um eine möglichst hohe Genauigkeit in der Nachbildung der Hyperbelfunktion am Punkt Y zu erzielen, ist mit diesem Punkte ein kapazitives Glied in Form eines Kondensators C_c vorgesehen, das für eine weitgehende Annäherung

an die gewünschte Kurve verantwortlich ist. Eine weitere Verbesserung wird durch eine einen Widerstand erzeugende Rückkopplungsschaltung 34 erzielt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt diese Rückkopplungsschaltung 34 einen Rückkopplungs widerstand RIO, doch kann derselbe gegebenenfalls durch jede andere, einen ohm' sehen Widerstand erzeugende Schaltung ersetzt werden. In der dargestellten Schaltung sind beispielsweise die Widerstände R 10 bis R 13 jeweils gleich groß gewählt,

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Im Betrieb wird durch aufeinanderfolgendes Einschalten der

Parallelwiderstände Il 4 bis R 9" durch die Schalttransistoren T 4' und T 5 bis T am Punkt X das in Fig. 7 mit vollen Linien dargestellte Signal erzeugt. Dabei ist der Beginn dieses Signales mit der Laufzeitmessung über die Sende- und Empfangselektronik SEE synchronisiert, und zwar insbesondere deshalb, weil ja für beide Funktionseinheiten das gleiche Zählwerk Z 2 verwendet wird. Deshalb entspricht der Beginn des Signales am Punkte X auch dem Beginn der Laufzeitmessung, die dann beendet ist, wenn das ausgesandte und vom anvisierten Objekt reflektierte Signal wiederum empfangen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird über das Flip-Flop 31 ein Transistor T 11 angesteuert, der das Ausgangssignal am Punkte Y unterbricht. Der letzte am Punkte Y erhaltene Signalwert entspricht somit dem gemessenen Sollwert, auch den sich das Objektiv einer Kamera einstellen soll,

Hiezu ist aus Fig. 3B eine Schaltung ersichtlich, die an den Klemmen Mund N der Fig, 3A anschließt. Die in Fig. 3B gezeigte Schaltung weist vor allem einen Fensterkomparator 35 als Vergleichsstufe auf, der nun vom Punkte γ ( vgl. Fig. 3A ) über die Klemme M seinen Sollwert und anderseits über ein mit dem Fokussierglied des Objektives (nicht dargestellt) und damit auch mit dem Fokussiermotor 36 verbundenen Potentiometer P 2 einen der jeweiligen Stellung des Fokussiergliedes entsprechenden Istwert erhält. Je nach der Abweichung dieses Istwertes vom Sollwert wird der Motor 36 von einem der Ausgänge L oder R des Fensterkomparators 35 über eine Steuerstufe 37 angesteuert. Diese Steuerstufe 37 stellt eine besonders einfache Ausführung dar, bei der jeweils einer der Ausgänge L oder R des Fensterkomparators 35 mit Hilfe von Schalttransistoren an die Betriebsspannung U₀ gelegt werden kann. Zur weiteren

Beeinflussung dieses Kreises ist ein Stopeingang 38 vorgesehen, für den lediglich ein Schalter 39 eingezeichnet ist. Statt eines willkürlich zu betätigenden Schalters kann hier jedoch eine Logikstufe angeschlossen sein, die bei zweifelhaften Meß-

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ergebnissen den Motor 36 in der wahrscheinlichsten Fokussiert ge anhält. Mit Hilfe des Schalters 39 ( oder einer ihn ersetzenden Schaltung ) wird jedenfalls die von einem Ausgang des Fensterkomparators 35 erhaltene und der Stufe 37 zugeführte Referenzspannung U _f gegen Masse geleitet.

Um nun das in Regel- und Steuersystemen häufig auftretende

Schwingen des Systems möglichst hintan zu halten, ist die Hysterese des Fensterkomparators 35 entsprechend der Differenz zwischen Soll und Istwert veränderbar. Bei großer Differenz ergibt sich demnach eine große Hysterese, die bei Verkleinerung der Differenz ebenfalls kleiner wird. Zu diesem Zweck ist eine Hystereseeinstellstufe 40 vorgesehen, die von einem Ausgang A des Fensterkomparators 35 ein Signal erhält, wie es im Diagramm b) der Fig. 6B über die Zeit dargestellt ist. Der Verlauf des Signales am Ausgang A des Fensterkomparators 35 im Verhältnis zur Differenzspannung U ist aus dem Diagramm c) der Fig. 6A ersichtlich. Dabei sind auch die maximalen Veränderungen infolge sich ändernder Hysterese strichliert eingezeichnet. Vergleichsweise stellen die Diagramme a) und b) der Fig. 6A die Signale an den Ausgängen L bzw. R des Fensterkomparators 35 bei sich ändernder Differenzspannung U dar.

Mit Hilfe der Hystereseeinstellstufe wird ein Signal erzeugt, das zur entsprechenden Einstellung der Hysterese einem Eingang F des Fenster-

Jd komparators 35 zugeführt wird und das in seinem zeitlichen Verlauf im Diagramm a)

der Fig. 6B dargestellt ist.

Diese Verfahrensweise, nämlich die Hysterese entsprechend der Istwertabweichung vom Sollwert zu regeln, hat sich als besonders günstig zur Vermeidung von Schwingungen erwiesen. Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, die Hysterese proportional der Istwertabweichung zu regeln, vielmehr kann dies auch in Stufen geschehen, oder so, daß die Hysterese bei großen Abweichungen zunächst unverändert bleibt und erst dann, beispielsweise proportional geändert wird. Das Verfahren läßt sich praktisch bei jedem Regel- bzw, Steuervorgang, gleichgültig für welchen Zweck, anwenden. In jedem Falle erhält man ein Regel-

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~ 26— - "

verhalten, wie es aus Fig. 6C ersichtlich ist, Hiebei strebt das Regelsystem, ausgehend vom Istwert I dem Sollwert S zunächst linear, entsprechend dem Verlauf der strichpunktiert gezeichneten Linie entgegen. Bei bekannten Systemen ergab sich sodann nach Überschreiten des Sollwertes S ein Einschwingen entsprechend der strichlierten Linie, das jedoch praktisch nie einen Ruhepunkt erreichte, weil in der Praxis stets neue Störungen ( z« B. dadurch, daß das anvisierte und zu messende Objekt sich bewegte ) auftraten. Durch die erfindungsgemäße Verstellung der Hysterese folgt das Stellglied in seiner Bewegung zunächst zwar der strichpunktierten Geraden, jedoch nur bis zu einem Punkte Z. Dieser Punkt Z entspricht einem Punkte Z' des Diagrammes a) der Fig. 6 B. Sodann aber erhält man eine schwingungslose Annäherung an den Sollwert bzw, die Sollage des Stellgliedes, das insbesondere auch dann von rein zufälligen Störfaktoren unbeeinflußt bleibt, wenn am Stopeingang 38 ( vgl, Fig. 3B ) die erwähnte Logiksehaltung angekoppelt ist.

Für die Verstellung der Hysterese eignen sich auch andere als die in Fig. 3B gezeigte Schaltung. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4am Ausgange einer Vergleichsstufe 35 ein Schwellwertschalter 41 vorgesehen sein, dessen Hysterese mit Hilfe der Stufe 40 einstellbar ist. Selbstverständlich können aber auch am Ein- und/oder am Ausgange der Hystereseeinstellstufe 40 Schaltstufen, z, B. Schwellwertschalter, vorgesehen sein, um die Hysterese in Stufen zu ändern.

]h Fig. 5 ist eine andere Schaltung gezeigt, wie sie in einem beliebigen Regelsystem, beispielsweise in einem Blendenregelsystem einer Kamera angeordnet sein kann. Dabei ist an eine Brückenschaltung WB mit wenigstens einem änderbaren Widerstand P 2' eine Vergleichsschaltung 35" angeschlossen, die zwei Ausgänge L bzw. R besitzt, an die eine Motorsteuerschaltung 37' angeschlossen ist, die beispielsweise der Schaltung 37 der Fig, 3B entsprechen kann. Mit Hilfe der Motorsteuerschaltung 37* wird ein Motor 36' gesteuert, der seinerseits den Widerstandswert an P 2' verstellt. Beispielsweise kann dies

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so geschehen, daß dieser Widerstand um einem Fotowiderstand gebildet ist, vor dem die vom Motor 36' gesteuerte Blende verstellt wird.

Um nun die Hysterese der Vergleichsschaltung 35" mit Hilfe der Hystereseeinstellstufe 40 verändern zu können, wird die letztere von den Ausgängen L, E. der Vergleichsschaltung 35" über eine logische Schaltung 42 zugeführt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel an die beiden Ausgänge L und E. der Vergleichs stufe 35" angeschlossen ist. Will man dagegen die Hysterese erst ab einem vorbestimmten Schwellwert proportional der Istwertabweichung ändern, so könnte diese Logikschaltung 42 auch so ausgebildet sein, daß sie eine Schwellwertstufe am Eingange wenigstens einer Torschaltung, gegebenenfalls je einer Torschaltung für jede Verstellrichtung, aufweist, wogegen dem anderen Eingang der Torschaltung das Aus gangs signal der Vergleichsschaltung unmittelbar zugeführt wird. Sobald der Schwellwert erreicht ist, öffnet dann das Tor und läßt das Differenzsignal der jeweiligen Vergleichsstufe ( beispielsweise der Vergleichsstufe 35' aus Fig, 4 ) zur Steuerung der Hystereseeinstellstufe 40 hindurch.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt Il O C O 7 Dipl.-lng. W. Jackiech :.:;:: β J U 0/1 Menzetstr.40,7000 Stuttgart 1 ': : "EUMIG" ELEKTRIZITÄTS- U3SID METALLWAREN-ESTOUSTRIE Gesellschaft mit t>e-A-2351 Wiener Neudorf, Eumigstraße 2 - 8 ( Österreich ) schränkter Haftung Patentansprüche

1.:) Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagneti-

sehen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches, mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem Signalempfänger für den Empfang der vom Objekt reflektierten Meßsignale einer der Frequenz der weiterhin ausgesandten Signale entsprechenden im wesentlichen vorbestimmten Frequenz und einer Zeitmeßeinriehtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signalempfänger ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Einrichtung einen Signalgenerator ( 6 ) aufweist, der sowohl zumindest zur Ansteuerung des Signalsenders (10, L₀₁ ) als auch zur Steuerung des Signalempfängers (1 bis 8 ) vorgesehen ist, und daß eine Filterstufe (1 ) zur empfangsfrequenzmäßigen Abstimmung des Signalempfängers (1 bis 8 ) und zur Ausfilterung von Fremdfrequenzen mit dem Signalgenerator verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator ( 6 ) ein strom- oder spannungsgesteuerter Referenzosillator eines einen Phasenregelkreis ( 2 ) aufweisenden frequenzselektiven Filters (1 ) ist, das vorzugsweise mit Hilfe eines Phasen-Quadratur-Detektors ( 3 ), als Demodulator für das empfangene Meßsignal vorgesehen ist.

3, Einrichtung nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Ausgangssignal des Signalgenerators ( 6 ) über

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mindestens eine Verstärkerstufe (10 ) zur Speisung eines Transformators ( L₀₁ ) vorgesehen ist, und daß dieser Transformator mit zwei miteinander in Serie geschalteten, symmetrischen Sekundärwicklungen (17, 18 ) versehen ist, die über ihren Mittenabgriff mit den Bezugspotential verbunden sind und mit ihren anderen Anschlüssen zumindest mittelbar an den Klemmen eines Signalwandlers, vorzugsweise eines Ultraschall-Kondensator-Sender- und/oder Empfangswandlers (19 ) angeschlossen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (17, 18 ) symmetrisch jeweils eine Anzapfung (22, 23 ) für die Ansteuerung eines Piezo-Wandlers ( 21 ) im Sendebetrieb aufweisen, wobei im Empfangsbetrieb die beiden Sekundärwicklungen (17, 18 ) mit ihren symmetrischen Anzapfungen ( 22, 23 ) als Auto-Transformator für die durch den als Empfangswandler eingesetzten Piezo-Sendewandler (21 ) aufgenommenen Echo-Meßsignale vorgesehen sind.

5. Einr ichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß in an sich belcannter Weise der Seriensehaltung der beiden Sekundärwicklungen (17, 18 ) des Transformators ( L-, ) zur Resonanzanpassung des Sende-/Empfangs-Signalwandlers (19 ) ein Kondensator (C-) parallel geschaltet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangs signal des zweiten Operationsverstärkers ( S„ ) einem Phasendetektor ( 8 ) des den Phasenregelkreis ( 2 ) aufweisenden Filters (1 ) zugeführt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem strom- oder spannungsgesteuerten Oszillator ( 6 ) des den Phasenregelkreis ( 2 ) aufweisenden Filters (1 ) zumindest über einen Teilbereich jedes vom Signalwandler (19 oder 21 ) abgestrahlten Sendeimpulses in an sich bekannter Weise ein Signal zur Frequenzmodulation ( aus 27 ) des Sendesignals zuführbar ist.

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8. Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches, mit einem von einem Signalgenerator angesteuerten Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem einen Signalwandler und einen auf diesem verbundenen Transformator aufweisenden Signalempfänger für den Empfang der vom Objelct reflektierten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signalempfänger ableitbar ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander in Serie geschaltete, symmetrische Sekundärwicklungen (17, 18 ) aufweisender Transformator ( L_Ql ) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklungen (17, 18 ) über ihren Mittenabgriff mit dem Bezugspotential verbunden sind und mit ihren anderen Anschlüssen zumindest mittelbar an den Klemmen des Signalwandlers, vorzugsweise eines Ultraschall-Kondensator-Sender- und/oder Empfangswandlers (19 ), angeschlossen sind, beispielsweise aber auch eines über Anzapfungen an den Sekundärwicklungen liegenden Piezo-Wandlers ( 21 ), und daß die Ausgangesignale an den symmetrischen Sekundärwicklungen (1,7, 18 ) des Transformators ( L_fll ) jeweils über eine Impedanzwandlerstufe (Tl, T 2 ) an den invertierenden und an den nicht invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers ( Sh ) geführt sind, dessen Aus gangs signal über einen Resonanzkreis ( L„₂ ) für das Nutzsignal einem zweiten Operationsverstärker ( S ) zugeführt ist, dessen Ver-'

Stärkung für Wechselstromsignale größer als eins und für Gleichstromsignale gleich eins ist, wobei für beide Operationsverstärker ( S,, S„ ) zur Stabilisierung ihrer Arbeitspunkte eine gemeinsame Gegenkopplung und für den ersten Operationsverstärker ( S₁ ) ein Eingang ( 24 ) zu dessen stromabhängiger Verstärkungssteuerung vorgesehen ist.

9« Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die

stromabhängige Verstärkungssteuerung des ersten Operationsverstärkers ( S₁ )

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ein Stromgenerator (25 ) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal in an sich bekannter Weise über die Laufzeit eines Meßsignales einen logarithmischen Verlauf aufweist,

10. Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches, mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem Signalempfänger für den Empfang der vom Objekt reflektierten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signalempfänger ableitbar ist, wobei wenistens ein mit einem Transformator verbundener Signalwandler vorgesehen ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Sende- und Empfangsbetriebes der Laufzeitmeßeinrichtung ein Taktgenerator (12 ) vorgesehen ist, dessen periodischer Ausgangs impuls (U.) zumindest zur mittelbaren Ansteuerung einer Primärwicklung (16 ) des Transformators ( L₀₁ ), zur Ansteuerung eines Stromgenerators ( 25 ) für die Verstärkungssteuerung des Signalempfängers (S₁, S„, 1, 2 bis 8 ), vorzugsweise zur Aktivierung eines Funktionsgenerators (27 ) zur Frequenzmodulation des Sendesignales, und zur wenigstens mittelbaren Erzeugungeines Startimpulses für die Laufzeitmeßperiode, deren Länge vorzugsweise durch das Ausgangesignal (bei 26 ) den Phasenregelkreis aufweisenden Filters (1 bis 8 ) festgesetzt ist, vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der periodische Ausgangs impuls ( U. ) des Taktgenerators (12 ) einer monostabilen Kippstufe (14; 14' ) zur Bildung des Startimpulses zuführbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstärkungssteuerung des Signalempfängers ein Fensterimpuls generator (35) vorgesehen ist, durch den die Laufzeitmessung nur in der Öffnungszeit des Fenster impulses in Betrieb setzbar ist, wogegen in den Meß-

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pausen die Verstärkung im wesentlichen auf Null herabsetzbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgange des Taktgenerators (12 ) der Fenster impuls generator (35) _ZUr Erzeugung des die Öffnungszeit und die Pausehzeit bestimmenden Fensterimpulses vorbestimmter Gesamtzeit liegt, der zwei Zählstufen aufweist, von denen jede eine einer der drei genannten Zeiten entsprechende Zeitkonstante bei vorbestimmter Taktfrequenz besitzt.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgange der Zählstufen eine die monostabile Kippstufe umfassende Logikschaltung vorgesehen ist.

15. Einrichtung zur Laufzeitmessung von elektrischen, elektromagnetischen oder akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen, zumindest eines vorbestimmten Frequenzbereiches, mit einem Signalsender zur Aussendung von Meßsignalen zu einem Objekt und einem Signalempfänger mit wenigstens einem Empfangs verstärker für die vom Objekt reflektierten und mittels eines Signalwandlers umgewandelten Meßsignale und einer Zeitmeßeinrichtung zur Ermittlung der Laufzeit der Meßsignale zwischen Signalsender bzw. Empfänger und Objekt, aus der die Entfernung des Objekts vom Signalsender bzw. Signal-

■ insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , empfängers ableitbar ist7\dadurch gekennzeichnet, daß zur "laufzeitabhängigen und stromabhängigen Steuerung des Verstarkungsgrades des oder der Empfangsverstärker ( S₁ ) ein sich über die Zeit, insbesondere zumindest über einen Teilbereich der Dauer, des Sendeimpulses linear veränderndes Signal ( Up₀₃ ) zur Ansteuerung von, vorzugsweise zwei,Transistoren ( T 3 , T 4 ) herangezogen wird, in deren Lastkreisen ohm' sehe Widerstände ( R₁, E. ) vorgesehen sind,

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wobei die Ansteuerung der beiden Transistoren ( T 3, T 4 ) über Bas is vorwiderstände erfolgt, und daß einem ohm' sehen Widerstand ( R ) eine, insbesondere steuerbare, Halbleiterstrecke, vorzugsweise die Drain-Source-Strecke ( D, S ) eines Feldeffekttransistors (T 5 ), parallel geschlatet ist, die zumindest mittelbar ebenfalls vom sich hier verändernden Signal ( U^_n, ) angesteuert wird,

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wobei der Gesamtstrom ( L = L + L. +L, ) durch die ohm^f sehen Widerstände ( R_T, R₁ ) und die parallel geschaltete, sich über die Zeit in ihrem Wert verändern-

Ju 1

de Halbleiterstrecke (D, S, TS ) einen nicht linearen, vorzugsweise logarithmischen, bzw, exponentieIlen Verlauf während der Empfangsbereitschaftszeit des Meßsignalempfängers (1 bis 8 ) erbringt.

16. Verfahren zum Steuern bzw. Regeln, bei dem ein Istwert mit einem Sollwert verglichen und entsprechend ihrer Differenz und unter Berücksichtigung einer Hysterese eine Regelgröße gebildet wird, vorzugsweise zum Einstellen eines Regelgliedes in bzw. an einem Objektiv, beispielsweise zum Fokussieren desselben, insbesondere mit Hilfe einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hysterese entsprechend der Differenz, beispielsweise proportional,verändert wird,

17. Verfahrennach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hysterese stufenweise verändert wird«

18. Verfahren .nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe die Hysterese unverändert bleibt und in der, dem Sollwert benachbarten Stufe die Hysterese kontinuierlich verändert wird,

19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 16, 17 oder 18 mit einem Istwertgeber und einem Sollwertgeber am Eingange einer eine Hystereseeinstelleinrichtung aufweisenden Vergleichsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Hystereseeinstelleinrichtung als Steuerstufe ausgebildet ist, der das Ausgangesignal der Vergleichsstufe als Steuergröße zuführbar ist,

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs stufe ausgangsseitig eine mit der Hystereseeinstelleinrichtung versehene Schaltstufe umfaßt.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur stufenweisen Einstellung der Hysterese am Ausgange der Vergleichseinrichtung wenigstens eine Schwellwertstufe vorgesehen ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Schwellwertstufe am Eingange wenigstens einer Torschaltung, vorzugsweise je einer für jede Verstellrichtung,liegt, deren anderem Eingang das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung unmittelbar zuführbar ist.

23. Schaltungsanordnung zum Nachbilden einer Hyperbelcharakteristik;

der allgemeinen Formel — in einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung, ins-

x +a

besondere zum Nachbilden des mathematischen Zusammenhanges zwischen dem Verstellweg des Fokussiergliedes eines optischen Systems und der daraus resultierenden Entfernungseinstellung desselben, vorzugsweise in einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadirch gekennzeichnet, daß sie einen Spannungsteiler aufweist, der in wenigstens einem seiner Äste mehrere zueinander parallele und hinsichtlich ihres Widerstandswertes nach einer Inversfunktion gestaffelte Widerstände aufweist, die wahlweise mit Hilfe einer Schalteinrichtung zuschaltbar sind, wobei am Mittelabgriff des Spannungsteilers ein sich mit dem Schalten der Schalteinrichtung im wesentlichen entsprechend der Hyperbelcharakteristik änderndes Signal abnehmbar ist.·

24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler am Eingang eines Spannungs-Wandlers ,liegt,

25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Strom am Ausgange des Spannungs-Wandlers ein dort angeordnetes kapazitives Glied aufladbar ist,

26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Spannungs-Wandlers eine einen Widerstand erzeugende Rückkopplungsschaltung liegt.

27. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung wenigstens zwei elektronische Schalter aufweist, die vom Ausgange einer wenigstens ein Flip-Flop umfassenden Stufe, vorzugsweise einer Zählstufe, ansteuerbar sind,

28. Schaltungsanordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe Teil eines S ende impuls generators für die Laufzeitmessung ist.

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