DE3621819A1 - Verfahren und vorrichtung zur luftschall-abstandsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung zur Luftschall-Abstands­ messung, bei dem

• a) ein Schallimpuls in einem Sensor erzeugt,
• b) auf ein reflektierendes Objekt gerichtet,
• c) der zu einem Sensor zurückgelangende Anteil des Schall­ impulses erfaßt und
• d) über die Schallaufzeit die Laufstrecke des Schalls und damit die Entfernung zwischen Sensor und Objekt elek­ trisch ermittelt wird.

Abstandsmessungen mittels Luftschall werden heute in vielen Be­ reichen der Technik eingesetzt und durchgeführt, so beispiels­ weise in fotografischen Kameras zur Bestimmung des Abstandes eines abzulichtenden Objekts von der Kamera, an Armen von Industrierobotern zur Abstandsmessung des Armes von einem Gegenstand sowie allgemein zur Überwachung und Automatisierung der Fertigung.

Das Verfahren sowie die Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus dem Luftschall-Abstandsmeßgerät LAM 80 der Anmelderin bekannt. Bei diesem ist ein einziger Sensor für das Aussenden eines Schallimpulses und seinen Empfang vor­ gesehen, die Messung erfolgt in bekannter Weise nach der lmpuls- Echomethode. Der Sensor strahlt eine gerichtete und gebündelte Strahlwelle ab, die am reflektierenden Meßobjekt reflektiert wird, der reflektierte Anteil gelangt zum Sensor zurück und wird als Echoimpuls erfaßt.

Nach dem bekannten Verfahren und mit den bekannten Vorrich­ tungen ist aber eine Präzisionsmessung des Abstandes zwischen Sensor und Objekt nicht möglich. Eine Präzisionsmessung setzt vielmehr voraus, daß die zu überbrückende Gasstrecke, also zumeist Luftstrecke, zwischen Sensor und Objekt hinsichtlich der Schallausbreitung homogen ist, insbesondere eine möglichst konstante Temperatur aufweist und turbulenzfrei ist. Starker Wasserdampf, Rauch und Schwebeteilchen sowie thermische Gas­ bewegungen, beispielsweise offene Flammen oder Messungen an erhitzten Körpern oder Flüssigkeiten, beeinflussen das Meß­ ergebnis. So ist beispielsweise eine Abstandsmessung eines heißen Körpers dadurch erschwert, daß sich zwischen Sensor und heißem Körper Schichtungen unterschiedlicher Lufttemperatur ausbilden, die zu Störungen in der Laufstrecke des Schalls führen, die sich beispielsweise in Interferenzen im Laufweg, Schlieren, sporadischen Meßwertschwankungen und dergleichen wirken. Eine Messung über heißen Objekten ist zumeist nicht möglich. Eine Messung an heißen, bewegten Objekten wird dadurch ungenau, daß das bewegte Objekt eine erhitzte Lufthülle mit sich führt, so daß wiederum die Schallaufstrecke nur unge­ nau erfaßt werden kann.

Obwohl nach dem vorbekannten Verfahren und mit den vorbekannten Vorrichtungen prinzipiell sehr präzise Abstandsmessungen durch­ geführt werden können, wird in vielen praktischen Anwendungs­ fällen die theoretisch erreichbare Genauigkeit jedoch nicht erzielt, weil der Schall sich nicht homogen auf der gesamten Laufstrecke fortpflanzen kann. Nachteilig ist hierbei insbe­ sondere, daß ein Benutzer zwar in besonders deutlich inhomo­ genen Schallstrecken, beispielsweise der Messung über einem sehr heißen Objekt, den Meßfehler aufgrund der krassen Ab­ weichung und weil möglicherweise überhaupt kein Echoimpuls registriert wird, erkennt. Kritischer liegen die Fälle, in denen bei sonst homogener Ausbreitung der Schallwellen die homogene Luftsäule zwischen Sender und Objekt durch unvorher­ gesehene und möglicherweise nicht erfaßbare Einflüsse gestört wird, beispielsweise durch seitliche Zugluft, durch den unvor­ hergesehenen Einfluß einer Wärmequelle oder dergleichen. Hier schleichen sich Meßfehler ein, bei denen die Gefahr besteht, daß das zu messende Objekt zu unrecht als ungeeignet einge­ stuft wird, weil lediglich unbemerkt Störungen in der Schall­ ausbreitung aufgetreten sind.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die bei dem vorbekannten Verfahren und den nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen auftretenden Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, bei denen Unregelmäßigkeiten in der Schallausbreitung zwischen Sender und Empfänger weitgehend vermieden und eine möglichst homogene Schallausbreitung entlang der Laufstrecke des Schalls erzwungen wird.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß entlang der Laufstrecke des Schalls eine zeitlich konstante Luftströmung aufrecht erhalten wird, durch die Unregelmäßigkeiten der Schall­ ausbreitung entlang der Laufstrecke vermieden werden. Der grundlegende Gedanke der Erfindung besteht darin, den Weg der Schallausbreitung, also die Qualität der Laufstrecke des Schalls, aktiv zu beeinflussen und vorzugeben, also bewußt die Qualität der Luftsäule zwischen Sensor und Objekt so zu beeinflussen, daß unter den jeweiligen Meßbedingungen eine möglichst homogene, zeitkonstante Schallfortpflanzung sicher­ gestellt ist. Während man also bei den vorbekannten Verfahren den Zustand der Luftsäule zwischen Sensor und Objekt hinnahm und allenfalls spezielle Schutzmaßnahmen, beispielsweise ein Rohr, für den Einsatz zur genauen Abstandsmessung in stark turbulenten, staub- oder dampfförmigen Atmosphären vorschlug, wird nun bewußt und aktiv die Laufstrecke des Schalls ständig gespült, so daß Unregelmäßigkeiten unterdrückt werden.

Es soll hier sogleich angemerkt werden, daß zwar stets von einer Schallausbreitung in Luft gesprochen wird, damit eine Schall­ ausbreitung in einem beliebigen anderen Gas auch eingeschlossen ist. Die Spezifizierung auf Luft ist lediglich erfolgt, weil die allermeisten Anwendungsfälle eine Luftschallmessung sind. Eine Abstandsmessung in einem anderen Gas, beispielsweise unter Nutzung eines beim Schutzgasschweißen ohnehin benötigten Schutz­ gasstroms, ist hierdurch ausdrücklich nicht ausgeschlossen.

Vorteilhafterweise wird als Luftströmung ein Luftstrahl ver­ wendet, der gleichgerichtet und vorzugsweise gleichachsig mit dem Schallimpuls läuft. Zwar ist es erfindungsgemäß grund­ sätzlich möglich, beispielsweise eine konstante Querströmung aufrecht zu erhalten, eine dem Schallweg gleichgerichtete, strahlförmige Luftströmung hat aber den Vorteil, daß weniger Luft bewegt werden muß, eine bessere Homogenität des Schall­ weges erreicht wird und eine Anpassung an unterschiedliche Meßaufgaben wesentlich einfacher ist. Diese Anpassung wird insbesondere dann vereinfacht, wenn Luftstrahl und Schall­ impuls aus ein und demselben Gerät, also einem Meßkopf, ab­ gegeben werden.

In vorzugsweiser Weiterbildung wird die Schallgeschwindigkeit oder die Temperatur im Luftstrahl der Luftströmung erfaßt und der dabei erhaltene Meßwert zur Berechnung der Schallaufzeit genutzt. Dabei wird entweder die Schallaufzeit in der Luft­ strömung zwischen Hilfsobjekten, beispielsweise zu einem Hilfsreflektor, gemessen und die dabei ermittelte Schallge­ schwindigkeit für die Berechnung des Abstands genutzt, oder es wird die Temperatur der Luftströmung erfaßt und ihr Einfluß auf die Schallgeschwindigkeit bei der Auswertung des Abstandes berücksichtigt.

Sehr vorteilhaft ist es, strömende Luft und Schall durch eine gemeinsame Düse austreten zu lassen, wobei vorzugsweise der engste Düsenquerschnitt sich im Nahfeldende des Schallfeldes des Sensors befindet. Dadurch wird eine zur Schallausbreitung gleichgerichtete, strahlförmige Luftströmung erzielt und die Schallausbreitung durch die Düse möglichst wenig beeinflußt.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe ausgehend von der vorbe­ kannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß in einem Gehäuse eines Meßkopfs eine Eintrittsöffnung für Luft vorgesehen ist und die vorzugsweise runde Austrittsöffnung für Schall gleich­ zeitig als Austrittsöffnung für die Luft dient.

Bei diesem Meßkopf treten Schall- und Luftströmung gleichachsig aus der Austrittsöffnung, so daß ein universell einsetzbares Abstandsmeßgerät geschaffen ist, mit dem hochgenaue Messungen bis beispielsweise 0,5 Meter Abstand durchgeführt werden können. In vorzugsweiser Weiterbildung ist der Meßkopf so weit wie möglich zylindersymmetrisch aufgebaut, er hat also ein rohr­ förmiges Gehäuse, eine runde Sensorkapsel und einen axialen Einlaß für Luft sowie einen axialen Auslaß für Luft und Schall. Diese Anordnung ermöglicht eine homogene, weitgehend turbulenz­ freie und zeitlich konstante Luftströmung bei relativ geringem Luftdurchsatz.

Vorzugsweise ist im Gehäuse des Meßkopfes auch ein Ventilator, der vorzugsweise als Axialventilator ausgebildet ist, ange­ ordnet. Er ist wiederum gleichachsig zur Mittelachse des Ge­ häuses ausgerichtet und befindet sich bezogen auf die Austritts­ öffnung hinter dem Sensor, so daß die von ihm geförderte Luft­ strömung zunächst am Sensor vorbeistreicht und dann durch die Austrittsöffnung hindurchtritt. Diese ist vorzugsweise verengt, so daß entweder, bei einer Abrißkante, ein scharf begrenzter Luftstrahl gebildet wird, oder aber bei einem anschließenden Diffusor ein möglichst gleichmäßiges Einleiten des Luftstrah­ les in die umgebende, ruhige Luft erreicht wird.

Die Anordnung eines Ventilators im Gehäuse des Meßkopfes hat den Vorteil, die universelle Einsetzbarkeit des Meßkopfes weiter zu verbessern. Durch den Ventilator wird Luft ange­ saugt und durch die Austrittsöffnung gepreßt, eine separate Druckluft- oder Gaszufuhr ist nicht notwendig. Vorzugsweise läßt sich der Ventilator regeln, so daß die Strömungsgeschwin­ digkeit des austretenden Luftstrahls an die jeweiligen Erfor­ dernisse bei der Messung angepaßt werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung nun näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schnittbild durch einen Meßkopf und ein reflektie­ rendes Objekt, zur Erläuterung des Verfahrens und der Vorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Meßkopfes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnittbild einer im Meßkopf gemäß Fig. 1 ein­ setzbaren Austauschdüse, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung zweier Meßköpfe zur Dickenmessung eines zwischen diesen durchlaufenden Bandes.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden: Bei der Luftschall-Abstandsmessung wird ein Schallimpuls von einem Sensor 20 erzeugt, er breitet sich ent­ lang einer Ausbreitungsrichtung 22 (in der Darstellung nach Fig. 1) nach unten aus und gelangt auf ein Objekt 24. Dort wird ein Teil des Schallimpulses in Richtung der Ausbreitungs­ richtung 22 zurückreflektiert und gelangt wieder in den Sensor 20, der nach Senden des Schallimpulses nunmehr als Empfänger benutzt wird. Aus der Schallaufzeit wird in bekannter Weise die Laufstrecke des Schallimpulses und damit die Entfernung zwischen Sensor 20 und Objekt 24 elektrisch ermittelt. Die Aus­ breitung des Schalls ist durch Pfeile 26 angedeutet.

Erfindungsgemäß wird nun entlang der Laufstrecke des Schallim­ pulses eine Luftströmung aufrecht erhalten, um Unregelmäßig­ keiten der Schallausbreitung entlang der Laufstrecke, also in Ausbreitungsrichtung 22, zu verringern. In der Ausführung gemäß Fig. 1 strömt ein Luftstrahl, der durch Pfeile 28 angedeutet ist, in Ausbreitungsrichtung 22 und schafft dadurch für den Schall 26 einen wohldefinierten Weg, auf dem die Schallaus­ breitungsgeschwindigkeit konstant ist. Da der Luftstrahl sich zeitlich nicht ändert, vielmehr zeitlich konstant erhalten wird, bleibt die Schallgeschwindigkeit in Ausbreitungsrichtung 22 auch zeitlich konstant, so daß wiederholt durchgeführte Abstandsmessungen zu identischen Ergebnissen führen können.

Grundsätzlich könnte auch mit seitlichem Luftstrom gearbeitet werden, hierfür muß aber stets eine größere Luftmenge bewegt werden und die Anpaßbarkeit des Meßgerätes an unterschiedliche Meßanforderungen wird schlechter.

Der aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Meßkopf hat im ein­ zelnen ein Gehäuse 30 das, wie insbesondere Fig. 2 zeigt, im wesentlichen rohrförmig ausgeführt ist. Es wird durch ein Rohr­ stück 32 gebildet, an dessen unterem Endbereich eine Düse 34 lösbar, beispielsweise durch Schraubenbefestigung, befestigt ist und dessen oberer Endbereich durch eine scheibenförmige Abschlußwand 36 gebildet ist. ln der Abschlußwand 36 ist einer­ seits zentrisch ein Anschlußstecker 38 gehalten, andererseits befinden sich in ihr mehrere Bohrungen 40, die gemeinsam einen Lufteintritt ausbilden.

Dicht unterhalb dieser Bohrungen 40 ist ein scheibenförmiges Staubfilter 42 vorgesehen, es ist austauschbar. Unter ihm ist ein Axialventilator 44 gleichachsig zur Mittelachse des Rohrstücks 32 und damit zur Ausbreitungsrichtung 22 angeordnet. Unter ihm befindet sich eine scheibenförmige Platte 46, die als gedruckte Schaltung ausgeführt ist und elektronische Bau­ elemente aufnimmt. Dort ist in bekannter Weise einerseits ein Vorverstärker und ein Impedanzwandler für den Empfang und eine Senderstufe untergebracht. Andererseits ist ein Temperaturfühler 48 in Form eines NTC-Widerstandes vorgesehen. Direkt unterhalb der Platte 46 befindet sich der scheibenförmige Luftschall­ sensor 20, der ebenfalls gleichachsig angeordnet ist und als sogenannter Sell-Strahler ausgeführt ist, also nach dem Prinzip eines elektrostatischen Lautsprechers arbeitet. Er wird von einem Haltering 52 getragen, der zugleich als Sieb ausgebildet ist.

Im Betrieb saugt der Axialventilator 44 Luft (siehe Pfeile 28) durch die Bohrungen 40 und das Staubfilter 42, diese Luft strömt mit noch geringer Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile 28 zur Düse 34 hin. Im Bereich der Düse 34 befindet sich die Austrittsöffnung 54, die bei der Düse mit Diffusor gemäß Fig. 1 im Inneren der Düse 34 liegt, während sie bei der diffusorlosen Düse gemäß Fig. 3 zugleich mit dem unteren Ende der Düse 34 zusammenfällt. Im Bereich der Austrittsöffnung 54 wird der Querschnitt deutlich verengt, z. B. um den Faktor 4, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft deutlich erhöht wird, was durch die längeren Pfeile 28 angedeutet ist. Die Luft strömt sodann zentrisch zur Ausbreitungsrichtung 22 bis zum Objekt 24, wo sie, wie dies wiederum durch Pfeile 28 angedeutet ist, geringfügig reflektiert, zumeist aber seitlich wegströmt.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstrahls liegt typischer­ weise um 5 m/s, beispielsweise zwischen 2 und 10 m/s. Die Strömungsgeschwindigkeit muß jeweils nur so hoch gewählt werden, daß mögliche Störungseinflüsse, beispielsweise seitliche Zug­ luft, vom Objekt mitgeführte oder aufsteigende, warme Gasmassen, Verunreinigungen in der Luft, Dämpfe und dergleichen das Meß­ ergebnis nicht beeinflussen können. Bei einer normalen Abstands­ messung in einem geschützten Raum ohne zusätzliche Wärmequellen und an einem kalten Objekt wird man daher mit möglichst geringer Strömungsgeschwindigkeit arbeiten, während man bei der Messung des Abstandes zu einem heißen Objekt, beispielsweise einer stranggegossenen Bramme, eine wesentlich höhere Strömungsge­ schwindigkeit wählen muß, damit der Schall auch tatsächlich bis an die unmittelbare Grenzfläche zum Festkörper Bramme herange­ tragen wird. Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung erfolgt hauptsächlich über das Gebläse, das in seiner Leistung verstellbar ist. Durch Änderung der runden Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 54 kann jedoch auch Einfluß auf die Strömungsgeschwindigkeit genommen werden.

Bei dem soeben erläuterten Meßkopf dient ein Sensor 20 für das Senden und Empfangen. Es ist aber durchaus möglich, anstelle des einen Sensors 20 zwei voneinander getrennte Einzelsensoren, der eine für Empfang, der andere für das Senden, zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, die in Fig. 1 gezeigte Anordnung lediglich als Sender einzusetzen und einen separaten Empfänger zu benutzen. Hier tritt jedoch der Nachteil auf, daß ein Luft­ strahl an einem Objekt zumeist nicht so und in dieselbe Rich­ tung reflektiert wird wie der Schall. Sollen separate Sender und Empfänger verwendet werden, so empfiehlt es sich, beide, also auch den Empfänger, mit einer Einrichtung zur Ausbildung eines Luftstrahls auszurüsten, so daß die zum Empfänger re­ flektierten Anteile des Schallimpulses auch ihrerseits auf einem Wege sich fortpflanzen können, dessen Qualität der Schallausbreitung definiert ist.

Im folgenden wird auf die Führung des Schalls näher eingegangen: Der Sensor 20 hat eine kreisförmige, ebene abstrahlende (und empfangende), nach unten weisende Fläche, deren Durchmesser mit dem Durchmesser der Austrittsöffnung 54 abgestimmt ist. Die Austrittsöffnung 54 befindet sich am Ende des Nahfeldes des Sensors 20, der Abstand zwischen der emmitierenden Scheibe des Sensors 20 und der Austrittsöffnung beträgt D²/4λ, wobei D der Durchmesser des aktiven Schwingers des Sensors 20 und λ die Wellenlänge des verwendeten Schalls ist. Weiterhin ist der Durchmesser der Austrittsöffnung 54 größer als der Durch­ messer des Schallfeldes (begrenzt durch die sogenannte -6 dB- Linie) am Ende des Nahfeldes. Der Divergenzwinkel des Fernfeldes wird möglichst klein gewählt.

Alle Düsen 34, auch die ohne Diffusor (Fig. 3) konvergieren ausgehend vom Innendurchmesser des Rohrstücks 32 kegelförmig oder anderweitig (z. B. parabolisch) zur kreisrunden Austritts­ öffnung 54 hin. In diesem Bereich ist an der Innenwand ein Dämpfungsmaterial 56 angeordnet, das den gesamten Divergenz­ bereich ringförmig auskleidet und vermeiden soll, daß Schall­ wellen am Divergenzbereich reflektiert werden können. Im Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Düse 34 einen sich nach unten erweiternden Diffusor, sein Kegelwinkel entspricht dem Divergenzwinkel des Schalls im Fernfeld.

Bei Düsen entsprechend Fig. 3 mit scharfer Abreißkante (ohne Diffusor) wird im Bereich der Austrittsöffnung 54 ein (internes) Echosignal hervorgerufen. Dieser Umstand kann dazu benutzt wer­ den, die Schallgeschwindigkeit der Strecke zwischen Sensor und Austrittsöffnung 54 zu messen, da die Länge dieser Strecke be­ kannt ist. Auf diese Weise können insbesondere Temperaturschwan­ kungen der Luft im Luftstrahl 28 berücksichtigt und ihr Einfluß auf die Meßgenauigkeit kompensiert werden.

Andererseits ist ein internes Echosignal manchmal störend, ins­ besondere, wenn man unmittelbar vor der Austrittsöffnung messen will. Die Düse 34 gemäß Fig. 1, die einen Diffusor aufweist, hat den Vorteil, praktisch kein Echosignal hervorzurufen. Dann aber entfällt die Möglichkeit einer internen Referenzstrecke. Aus diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel auch der bereits besprochene NTC-Widerstand 48 vorgesehen, durch den allerdings trägere Berücksichtigung der Temperatur des Luftstrahls 28 erfolgt.

Im Fig. 1 ist gestrichelt ein Hilfsreflektor 60 eingezeichnet, der alternativ in den Schallweg eingeklappt und aus ihm heraus­ bewegt werden kann. Durch ihn wird wahlweise eine Referenzstrecke vorbekannter Länge zur Messung der Messung der aktuellen Schall­ geschwindigkeit gebildet.

Schließlich ist in Fig. 4 eine Anordnung zweier, gleichachsiger und gegeneinander gerichteter Vorrichtungen entsprechend Fig. 2 gezeigt, zwischen denen quer und in Richtung des Pfeiles sich ein Band 58 bewegt, dessen Dicke gemessen werden soll. Punktiert ist in dieser Figur der Luftstrahl 28 jeder einzelnen Meßvor­ richtung gezeigt, man erkennt auch, wie sich der Luftstrahl 28 in Nähe des Bandes 58 aufweitet. Innerhalb des Luftstrahls 28 bewegen sich die für die Messung verwendeten Schallimpulse, die hier wiederum durch Pfeile 26 angedeutet sind. Um jeglichen Einfluß einer Bewegung des Bandes 58 quer zu seiner Durchlauf­ richtung auf die Messung der Banddicke auszuschließen, werden die Schallimpulse beider Meßvorrichtungen gleichzeitig ausge­ sandt, so daß praktisch kein Meßfehler durch Querbewegungen des Bandes 58 auftreten kann. Sind derartige Querbewegungen nicht zu befürchten, können die beiden Meßvorrichtungen abwechselnd betrieben werden, dann ist lediglich eine Auswerteelektronik notwendig.

In einer alternativen Ausbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird vorgeschlagen, keinen Ventilator 44 vorzusehen, sondern die Anordnung aus Meßvorrichtung und zu messendem Objekt 24 in einem luftdicht geschlossenen Gehäuse anzuordnen, wobei sich die Bohrungen 40 außerhalb dieses Gehäuses, die Austrittsöff­ nung 54 aber innerhalb des Gehäuses befindet, und einen sau­ genden Ventilator vorzusehen, der beständig einen bestimmten Unterdruck im Inneren des Gehäuses bewirkt. Durch diesen Unter­ druck wird Luft von außen durch die Bohrungen 40 angesaugt und strömt, wie aus Fig. 1 ansonsten ersichtlich, in das Gehäuse und zum Objekt 24. Diese beschriebene Anordnung ist günstig, wenn mit einem anderen Gas als Luft gearbeitet werden soll, in diesem Fall wird der Auslaß des Ventilators mit den Bohrungen 40 dicht verbunden, so daß ein Kreislauf entsteht und die Messung mit einer relativ kleinen Gesamtgasmenge durchgeführt werden kann. Der Luftstrahl 28 hat schließlich den Vorteil, daß leichtere Objekte durch den Luftstrahl 28 gegen eine Referenzfläche ge­ drückt werden, so daß in vielen Fällen es nicht notwendig ist, das zu messende Objekt 24 anderweitig gegen eine Referenzunter­ lage zu drücken.

Claims (10)

1. Verfahren zur Luftschall-Abstandsmessung, bei dem

• - ein Schallimpuls in einem Sensor (20) erzeugt,
• - auf ein reflektierendes Objekt (24) gerichtet,
• - der zu einem Sensor (z. b. 20) zurückgelangende Anteil des Schallimpulses erfaßt und
• - über die Schallaufzeit die Laufstrecke des Schalls und damit die Entfernung zwischen Sensor (20) und Objekt (24) elektrisch ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Laufstrecke des Schalls eine zeitlich konstante Luftströmung (Luftstrahl 28) aufrecht erhalten wird, durch die Unregelmäßigkeiten der Schallausbreitung entlang der Laufstrecke vermieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftströmung ein Luftstrahl (28) verwendet wird, der gleich­ gerichtet und vorzugsweise gleichachsig mit dem Schallimpuls läuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeschwindigkeit oder die Temperatur der Luftströ­ mung gemessen und der erhaltene Meßwert zur Berechnung der Schallaufzeit benutzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß strömende Luft und Schall durch eine gemein­ same Austrittsöffnung (54) austreten, die vorzugsweise in einer Düse (34) ausgebildet ist und daß der Durchmesser des Luftstrahls so groß gewählt wird, daß der für die Messung verwendete Schall sich ausschließlich innerhalb des Luft­ strahls (28) bewegt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Meßkopf, der ein Gehäuse (30) aufweist, in dem ein sendender und vorzugsweise auch empfan­ gender Sensor (20) und eine Austrittsöffnung (54) für den Schall angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (30) eine Eintrittsöffnung (40) für Luft vorgesehen ist und die vorzugsweise runde Austrittsöffnung (54) für Schall gleichzeitig die Austrittsöffnung für die Luft ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie drehsymmetrisch zu einer Längsachse, die mit der Schallaus­ breitungsrichtung (22) und der Austrittsrichtung des Luft­ strahls (28) zusammenfällt, aufgebaut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (30) ein Ventilator, der vorzugsweise als Axialventilator (44) ausgebildet und koaxial zum Gehäuse (30) angeordnet ist, untergebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gasdicht abgeschlossene Meßkammer vorgesehen ist, in die die Austrittsöffnung (54) hineinragt und die einen Auslaß hat, daß die Eintrittsbohrungen (40) an eine Gasquelle anschließbar sind, und daß vorzugsweise der Auslaß der Meß­ kammer unter Zwischenschaltung eines Ventilators mit den Bohrungen (40) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Austrittsöffnung (54) in einer lösbar mit dem Gehäuse (30) verbindbaren Düse (34) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnung (34) eine Abreißkante vorgesehen ist, oder daß mit dem Gehäuse (30) ein Hilfsreflektor (60) verbunden ist, der starr oder in den Schallweg bewegbar ausgebildet ist.