DE3701521A1 - Apparat zum zwecke der lueckenlosen absicherung von stationaeren und/oder beweglichen objekten - Google Patents

Apparat zum zwecke der lueckenlosen absicherung von stationaeren und/oder beweglichen objekten

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    • G08B13/1636Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using active vibration detection systems using ultrasonic detection means using pulse-type detection circuits

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Zwecke der lücken­ losen Absicherung von stationären oder beweglichen Objekten gegenüber Annäherung fremder Objekte und Personen innerhalb einer exakt abgegrenzten Zone.

Es ist bekannt, daß man mit Hilfe von Ultraschall-Impuls- Echo-Laufzeitverfahren Objekte und Personen innerhalb des Erfassungsbereiches der Sensoren erkennen kann. Insofern baut die nachstehende Erfindung auf den Schutzrechten auf, die in den Erfindungen P 35 34 642.6, P 37 00 276.7, P 36 07 335.0, P 36 07 337.7, P 36 20 783.7, P 36 22 827.3, und P 36 26 709.0,

vorbekannt gemacht worden sind.

Ein wesentliches Merkmal von Ultraschall-Echo-Sensoren ist die Tatsache, daß die Entfernung der Objekte vom Sensor ei­ nigermaßen exakt bestimmt werden kann. Ebenfalls können Ob­ jekte außerhalb eines definierten Bereiches durch Einfügen eines sogenannten Zeittores einfach ausgeblendet werden.

Ebenfalls ist vorbekannt, z.B. durch die DE 35 18 590, daß mehrere Sensoren so miteinander geschaltet werden können, daß jeder einzelne Sektor einen bestimmten Bereich überwacht. Insofern ist die insgesamt zu überwachende Fläche bzw. der insgesamt zu überwachende Raum eine Funktion aus dem Öff­ nungswinkel der Sensoren und aus der Anzahl der Sensoren.

Bei der Benutzung solcher Anordnungen ist ein durchgängiges Problem, daß beim Vorhandensein mehrer Sensoren oder gar meh­ rer Objektschutzeinrichtungen sich dieselben stören können, indem die Sendesignale der Sensoren möglicherweise für Nutz­ echos gehalten werden, was zu Irritationen der Geräte führen kann, die bis hin zu massiven Fehlfunktionen gehen können. Soll die Apparatur im Rahmen z. B. eines innerbetrieblichen Transportsystems zur Absicherung der Transportmittel einge­ setzt werden, muß dafür gesorgt werden, daß die einzelnen Einrichtungen sich nicht gegenseitig "hören".

Gegenstand der nachstehend betriebenen Erfindung ist es, über geeignete Methoden der Codierung des Ultraschallsig­ nals dafür zu sorgen, daß ausschließlich die vom eigenen Gerät ausgesandten Impulse als Echo-Impuls akzeptiert wer­ den, andere Schallereignisse dagegen verworfen werden. Der Grundaufbau der Erfindung ist in Fig. (1) dargestellt. Je­ dem Sensor ist mindestens ein Sender und Empfänger zugeor­ dnet, bei bestimmten, nachstehend beschriebenen Codierungs­ verfahren können es mehrere Sender/Empfänger sein, die je­ weils unterschiedlichen Frequenzen zugeordnet sind. Jeder Sender/Empfänger verfügt über einen eigenen, meist selek­ tiven Verstärker und über einen Ultraschall-Impulssender. Diese Sender-Empfänger-Einrichtung (7) oder (8) wird von einem Steuersystem (5) kontrolliert, was vorzugsweise ein Mikroprozessor ist.

Diese Sensoren arbeiten über einen Daten-Befehls-Bus (4) quasi-parallel und werden von einer zentralen Auswerte­ und Befehlseinheit (1) kontrolliert.

Wesentlich ist, daß der Apparat zu ausgelegt ist, daß fast beliebig viele Sensoren angeschlossen werden können. Denn das ist die Vorraussetzung, um einen lückenlosen Schutzman­ tel um Objekte bilden zu können, wie sie beispielsweise ein innerbetriebliches Transportfahrzeug sein kann.

Über ein entsprechend ausgerüstetes Interface (2) kommuni­ ziert die zentrale Auswerte- und Befehlseinheit (1) mit ei­ ner Alarmeinrichtung, oder einem weiteren Befehlsgerät, was dem Objekt zugeordnet ist.

Ebenfalls kann eine Bedienung- und Anzeigeeinheit (3) ange­ schlossen werden, die den aktuellen Status des Apparates anzeigt und über beispielsweise die Tiefe des Schutzmantels eingestellt werden kann. Auch sind Fehlermeldungen vorgese­ hen.

Wie erwähnt, ist es wesentlich, die Signale der einzelnen Objekte voneinander unterscheiden zu können, indem diese codiert werden. Erfindungsgemäß werden nachstehend beschrie­ bene Codierungsverfahren vorgestellt:

  • 1. Im einfachsten Fall ist es möglich, den jeweiligen Ob­ jektschutzeinrichtungen unterschiedliche Schallfrequenzen zuzuordnen, die über hochselektive Empfänger trennbar sind.
  • Da der nutzbare Ultraschallfrequenzbereich begrenzt ist, sind damit die denkbaren Kombinationsmöglichkeiten eben­ falls begrenzt, was andere verfeinerte Verfahren fordert.
  • 2. Ebenfalls ist ein Verfahren erprobt worden, bei dem die Codierung erfolgt, indem die Impulsrate, in der die Aus­ sendung von Ultraschallimpulsen erfolgt, variiert wird. Hier sind - entsprechend den Reaktionszeiterfordernissen- Abtastraten zwischen 10 bis 50 Hz möglich. da innerhalb der Auswertelogik die Echosignale daraufhin untersucht werden, ob sie jeweils in etwa an der gleichen Position der Zeitachse auftreten, führt eine abweichende Frequenz dazu, daß sich das scheinbare Echo auf der Zeitachse stark verschiebt, woraus geschlossen werden kann, daß es sich nicht um einen Nutzecho, sondern um einen fremden Impuls handelt. Insofern ist diese Tatsache innerhalb eines Plausibilitäts-Prüfung-Programms der Kontrolleinheit (5) zu erkennen.
  • 3. Eine weitere Variation ist erprobt worden, bei der die Meßrate nicht in einem gleichmäßigen Takt erfolgt, son­ dern in unregelmäßiger Reihenfolge, ähnlich einem Morse­ zeichen. Auch hier ist es zur Auslösung eines Alarms er­ forderlich, daß die Echos, bzw. die empfangenen Signale jeweils an der gleichen Stelle der Zeitachse auftreten. Dieses ist logischerweise nur gewährleistet, wenn es sich um ein Nutzecho handelt. Die Wahrscheinlichkeit, daß sol­ che Situationen von zufälligen oder anders codierten Sen­ soren herrühren könnten, kann vernachlässigt werden.
  • 4. In einer weiteren Ausgestaltung wird jeder Sensor nicht aus einem Sender und Empfänger, sondern aus einer Viel­ zahl von Sendern und Empfängern gebildet, die jeweils unterschiedlichen Frequenzen zugeordnet werden. Die Ab­ folge der Aussendungen von Impulsen kann, vergleichbar einer 16 1/2 Rufeinrichtung verändert werden, woraus sich ein Code bilden läßt. Ferner ist es möglich, daß auch hier sowohl die Taktfrequenz generell als auch die In­ tervallzeit zwischen der Aussendung der einzelnen Fre­ quenzen verändert werden kann.

Selbstverständlich ist es möglich, die vorstehend be­ schriebenen Codierungsmöglichkeiten miteinander zu kombinieren. Damit ist es möglich, eine derartig hohe Anzahl von Codes zu bilden, daß der gleichzeitige Be­ trieb einer Vielzahl von Ultraschall-abgesicherten-Objekten in z.B. einer Halle möglich wird.

Ein weiteres Codierungsverfahren besteht darin, den Sende­ impuls nicht als gleichmäßigen "burst", also Folge einer bestimmten Anzahl von Schwingungen, zu gestalten, sondern im Verlaufe der Aussendung die Phasenlage des Signals sprunghaft zu wechseln. Bei Empfang dieses so codierten Signals kommt es an den Phasensprungstellen zu typischen Einbrüchen bei der Amplitude. Wenn die Impulse über einen Kreuzkorrelator ausgewertet werden, ist es möglich, damit Signale zu unterscheiden.

Vorteilhaft wird mit dieser Erfindung das Problem gelöst, eine Vielzahl von sich nicht gegenseitig störenden Objekt­ schutzeinrichtungen gleichzeitig und in unmittelbarer Nach­ barschaft voneinander betreiben zu können.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das Medium Ultraschall begrenzt, sondern kann sinngemäß auch auf andere Medien angewandt werden, insbesondere auf Elektro­ magnetische Wellen und auf Lichtwellen.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Blockschaltplan der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß auch bei unterschiedlichen oder variablen Taktverhältnissen das Nutzecho (x) stets an der gleichen Position auf der Zeitachse auftritt.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche Frequenzen a, b und c, die nacheinander, also seriell ausgestrahlt werden, wobei die Abstände zwischen den Aussendungen variabel sind und be­ stimmt werden können.

Claims (11)

1. Apparat zum Zwecke der lückenlosen Absicherung von sta­ tionären oder beweglichen Objekten gegenüber Annäherung fremder Objekte und Personen innerhalb einer abgegrenz­ ten Zone, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung mit Ultraschall-Impuls-Echo-Laufzeitsensoren erfolgt, die in einer beliebigen und ausreichenden Anzahl einen lückenlosen Schutzmantel um das Objekt aufbauen, wobei jeder Sensor mindestens einen Ultraschall-Sender und Empfänger (8, 7) besitzt, der von einer zugeordneten Aus­ werte- und Befehlslogik (5) kontrolliert wird, die über ein codierbares Interface, was den Anschluß mehrerer Sen­ soren gleichzeitig zuläßt, über einen Daten- und Be­ fehlsbus mit einer zentralen Auswerte- und Befehlsein­ heit (1) verbunden ist/sind.
2. Apparat nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Ultraschall-Signal-Codierung mehrerer Ul­ traschallsender und -empfänger (7, 8) unterschiedlicher Frequenz den/die Sensor(en) bilden/bildet.
3. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzen meh­ rer Sensoren die jeweiligen Sensoren codierte Signale abstrahlen, die sich von denen der anderen Sensoren un­ terscheiden, indem die Meßrate (Zykluszeit) variiert werden kann, und daß die einzelnen Sensoren codierte Signale benutzen, die jeweils von anderen Sensoren nicht erkannt werden.
4. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrate kein gleichmäßiger Takt ist, sondern unregelmäßig ist, wo­ bei Nutzsignale diejenigen sind, die jeweils im glei­ chen Fenster der Zeitachse auftreten. (Fig. 2)
5. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Code durch das Benutzen einer Vielzahl von Frequenzen, der dem Sensor zugeordneten Sender/Empfänger ist, wobei die Abfolge zum Zwecke der Codierung variiert werden kann. (Fig. 3)
6. Apparat nach Anspruch (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten zwischen der Aussendung der jeweiligen Im­ pulse zum Zwecke der Codierung variiert wird.
7. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierungs­ verfahren der Ansprüche (4), (5), (6) und (7) miteinan­ der kombiniert werden.
8. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeimpuls mit Hilfe eines oder mehrere Phasensprünge, die nach Art eines Barker-Codes angeordnet sind, codiert ist, wobei die Erkennung des Echos über Kreuzkorrelation erfolgt.
9. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die zentrale Auswerte- und Befehlseinheit, die von einem Mikropro­ zessor gesteuert wird, eine problem- und anlageorien­ tierte Schnittstelle bedient wird.
10. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der zentralen Auswerte- und Befehlseinheit ein Bedien- und Anzeige­ teil angesprochen wird, über das die Tiefe des Schutz­ bereiches wählbar sind und beliebig aufteilbare Grup­ pen von Sensoren, wobei der Betriebszustand über eine LCD- und/oder LED- und/oder Braunsche Röhre ange­ zeigt wird.
11. Apparat nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium nicht Ultraschall benutzt wird, sondern eine andere sich wellenförmige ausbreitende Signalform genutzt wird, insbesondere Mikrowellen und Licht, wobei allerdings die in den vorangegangenen Ansprüchen genannten Ver­ fahrensmerkmale im Prinzip erhalten bleiben.
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