DE3811113A1 - Detektorvorrichtung zur erfassung bewegter objekte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung zur Erfassung von Objekten, die sich in einer überwachten Zone bewegen, durch Ausstrahlen von Ultraschallwellen, Mikrowellen oder dergleichen und Erfassen von bewegungsbedingten Fre­ quenzabweichungen der an einem bewegten Objekt reflektierten Wellen.

Derartige Detektionsvorrichtungen sind im allgemeinen ausgelegt, um die Ausstrahlung von Ultraschallwellen, Mikrowellen oder dergleichen mit einer vorbestimmten Frequenz in der Überwachungszone zu gewährleisten und Frequenzabweichungen zu erfassen, die an reflektierten Wellen festgestellt werden und durch den Doppler-Effekt aufgrund der Objektbewegung in der Überwachungszone verursacht werden.

In der US-PS 42 87 579 ist eine Detektionsvorrichtung für bewegte Objekte beschrieben, bei der Ultraschallwellen aus einer Strahlungsquelle über die überwachte Zone ausgestrahlt werden und die von irgendwelchen in dieser Zone vorhandenen Objekten reflektierten Wellen von einem Empfänger aufgenommen und in elektrische Signale umgesetzt werden. Diese elektrischen Signale werden in Zwischensignale (Schwebungssignale) umgesetzt. Je zwei Zwischensignale werden in binäre Axialcode-Signale umgesetzt, welche der Polarität der Zwi­ schensignale entsprechen. Eine Logiksumme der zwei Zwischensignale wird gebildet, um die Anwesenheit eines Objektes innerhalb der überwachten Zone zu diskriminieren. Weiterhin wird ermittelt, in welchem Quadrant einer Vektorebene, welche die Zwischensignale als Hauptachsen aufweist, die von dem Objekt reflektierten Wellen angetroffen werden. Eine Po­ sitionsveränderung in den Quadranten sowie die Bewegungsrichtung des Objektes werden festgestellt. Diese Objektinformationen werden durch geeignete Anzeigemittel angezeigt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt die Bestimmung der Anwesenheit eines bewegten Objektes anhand des Kriteriums, daß sich das Objekt während einer Zeitspanne kontinuierlich in einer festen Richtung bewegt. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß Gegenstände, die sich innerhalb der überwachten Zone langsam bewegen, aber als ortsfeste Gegenstände anzusehen sind, beispielsweise ein Vorhang, der langsam schwingt, zur Erzeugung von Signalen führen, welche die Schwingungsrichtung anzeigen, wenngleich der Gegenstand praktisch keine bedeutende Verlagerung erfahren hat, so daß eine Fehlfunktion auftreten kann. Wenn man versucht, eine solche Fehlfunktion zu vermeiden, indem in eine Stufe der Vorrichtung, welche der Anzeigevorrichtung vorausgeht, ein Zeit­ konstantenelement wie eine Integriereinrichtung eingefügt wird, um die Zeitkonstante zu verlängern, tritt die Schwierigkeit auf, daß ein sich innerhalb der überwachten Zone schnell bewegendes Objekt nicht mehr erfaßt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Detektions­ vorrichtung zur Erfassung bewegter Objekte zur Verfügung zu stellen, welche die Anwesenheit eines bewegten Objektes innerhalb der überwachten Zone exakt und mit hoher Genauigkeit unabhängig von seiner Bewegungsgeschwindigkeit anzeigt.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Detektionsvorrichtung erreicht, bei der das Ausgangssignal eines auf einer vorbestimmten Frequenz arbeitenden Oszillators an einen Wellenstrahler angelegt wird, um in die überwachte Zone eine kontinuierliche Welle abzustrahlen. Die an einem in der überwachten Zone vorhandenen Objekt reflektierten Wellen werden von einem Empfänger aufgenommen. Das Empfangssignal wird in zwei Zwischensignale umgesetzt, welche die Hauptachsen einer Vektorebene bilden. Die Positionsverlagerung und Bewegungs­ richtung des Objektes in der Vektorebene werden bestimmt. Die so gewonnene Erfassungsinformation über das bewegte Objekt kann durch eine Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Gemäß der Erfindung wird ein Winkel des Empfangssignals zu jedem Zeitpunkt bezüglich der Hauptachsen der Vektorebene in einer zeitlichen Folge durch eine Winkeldetektoreinrichtung bestimmt, und jegliche Winkeldifferenz zu den jeweiligen Zeitpunkten wird durch eine Operationseinrichtung ausgewertet; wenn eine vorbestimmte Größe dieser Differenz festgestellt wird, liefert eine Signalverarbeitungseinrichtung ein Objekt- Erfassungssignal an eine Erfassungs-Anzeigeeinrichtung.

Mittels einer solchen Detektionsvorrichtung für bewegte Objekte können diese in der überwachten Zone mit hoher Genauigkeit und unabhängig von ihrer Bewegungsgeschwindigkeit erfaßt werden, indem in zeitlicher Folge eine Winkelabweichungsinformation über das bewegte Objekt ausgehend von den zwei Zwischensignalen insbesondere durch eine Umsetzung der Ener­ gieabweichungskomponenten des Empfangssignals gewonnen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Detektionsvorrichtung für bewegte Objekte nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Detektionsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Detektionsvorrichtung;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 4;

Fig. 6 ein Signaldiagramm, das an den Hauptbestandteilen der Vorrichtung nach Fig. 4 aufgenommen wurde;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Detektionsvorrichtung zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Signalform an den Hauptbe­ standteilen der Vorrichtung nach Fig. 7 zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, welches weitere Signalformen zeigt, die im Betrieb anderer Hauptbestandteile der Vorrichtung nach Fig. 7 auftreten; und

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Detektionsvorrichtung.

Bei der folgenden Beschreibung wird zur Vereinfachung angenommen, daß mit Ultraschallwellen gearbeitet wird. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung arbeitet die Detek­ tionsvorrichtung mit Mikrowellen oder anderen kontinuierlich ausgestrahlten Wellen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsformen umfaßt die De­ tektionsvorrichtung für bewegte Objekte einen Wellenstrahler 11, der Ultraschallwellen kontinuierlich in eine überwachte Zone ausstrahlt, und einen Wellenempfänger 12, an dem die von einem Objekt in der überwachten Zone reflektierten Wellen aufgenommen werden. Der Wellenstrahler 11 wird durch ein Ausgangssignal einer Oszillatorschaltung 13 angesteuert, die sequentiell mit konstanter Frequenz schwingt. Wenn das Objekt sich innerhalb der überwachten Zone befindet und die an ihm reflektierten Ultraschallwellen auf dem Wellenempfänger 12 auftreffen, wird ein elektrisches Empfangssignal Ein in dem Empfänger 12 erzeugt. Dieser Wellenstrahler 11 und Wellen­ empfänger 12 sind jeweils durch ein piezoelektrisches Element gebildet, so daß das Empfangssignal Ein am Ausgang des Empfängers 12 die vom Wellenstrahler 11 ausgestrahlte Frequenz aufweist.

Das Empfangssignal Ein wird an einen Umsetzer angelegt, um es in zwei Zwischensignale E 1 und E 1 a umzusetzen. Dieser Umsetzer umfaßt einen Phasenschieber 12, um die Phase des Ausgangssignals der Oszillatorschaltung 13 um 90° voreilen zu lassen, zwei Mischer 15, 15 a, welche die zwei Zwischen­ signale E 1 und E 1 a liefern, bei denen es sich um Schwebungs­ signale des Ausgangssignals EO des Phasenschiebers 14 mit dem Empfangssignal Ein bzw. des Ausgangssignals EOa der Os­ zillatorschaltung 13 mit dem Empfangssignal Ein handelt, sowie zwei Verstärkerschaltungen 16, 16 a zum Verstärken der beiden Zwischensignale E 1 und E 1 a. Die Ausgangssignale dieser Verstärkerschaltungen 16, 16 a werden einer Diskriminierung in Pegeldetektorschaltungen 17, 17 a unterzogen, um zu bestimmen, ob sie einen vorbestimmten Pegel überschreiten oder nicht. Wenn wenigstens eines der Zwischensignale E 1, E 1 a den vorbestimmten Pegel überschreitet, gelangt ein Ausgang einer OR-Schaltung 18 auf dem Pegel "H". Wenn das Empfangssignal Ein aus der überwachten Zone dasjenige Signal ist, welches mit einer Frequenzabweichung aufgrund der Objektbewegung gegenüber dem Ausgangssignal der Oszillatorschaltung 13 behaftet ist, so liefert die OR-Schaltung das Ausgangssignal mit dem Pegel "H".

Es wird nun auch auf Fig. 2 Bezug genommen. Das Ausgangssignal EO wird als Referenzvektor angenommen, und sein Phasenwinkel gegenüber dem Empfangssignal Ein wird als 0 angenommen. Es ist dann folgende Beziehung zwischen den beiden Zwischensignalen E 1 und E 1 a erfüllt, wie sich aus Fig. 2 ableiten läßt:

E 1 = |Ein| · cos R, E 1 a = |Ein| · sin R

Eines dieser beiden Zwischensignale, nämlich das Signal E 1, weist eine Phasenvoreilung von 90° gegenüber dem anderen Signal E 1 a auf, wie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie verdeutlicht ist, wenn das Objekt sich an den Empfänger 12 innerhalb der überwachten Zone annähert; wenn sich das Objekt von dem Empfänger 12 entfernt, ergibt sich eine Phasenverschiebung von 90°, wie die in Fig. 2 mit durchgezogener Linie gezeichnete Kurve verdeutlicht. Zwar sind in der Zeichnung die Zwischensignale E 1 und E 1 a durch Sinuskurven dar­ gestellt, jedoch weist das bewegte Objekt in der Praxis eine komplexe Form auf und besitzt eine mit Wellungen versehene Oberfläche, so daß das Empfangssignal Ein ein zusammengesetzter Vektor aus an verschiedenen Stellen der gewellten Oberfläche reflektierten Wellen ist; die Zwischensignale E 1 und E 1 a besitzen daher eine verzerrte Form, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. In jedem Falle bezeichnet das Empfangssignal Ein einen einzigen Punkt P in einer Ebene aus rechtwinkligen Koordinaten, deren Hauptachsen die Zwischensignale E 1 und E 1 a sind, auch wenn das Empfangssignal Ein ein aus zahlreichen Komponenten zusammengesetzter Vektor ist.

Es wird nun besonders auf Fig. 3 Bezug genommen. Die Werte E 1 (t 1) und E 1 a(t 1) der Zwischensignale E 1 und E 1 a zu einem Zeitpunkt T 1 sind in der Ebene der rechtwinkligen Koordinaten aufgetragen, deren Hauptachsen die Zwischensignale E 1 und E 1 a sind. Das Empfangssignal Ein kann auch dann korrekt reproduziert werden, wenn das Signal Ein sehr komplex ist. Bei der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung werden Ver­ änderungen des Winkels bezüglich der Hauptachsen und die Signalstärke des Empfangssignals Ein erfaßt. Die Zwischensignale E 1 und E 1 a werden an eine Winkelmoment-Erfassungs­ schaltung 19 angelegt, worin diese Signale abgetastet werden, zur Bestimmung eines Winkels R (t) des Empfangssignals Ein, dessen Hauptvektor das Zwischensignal E 1 hinter dem Phasenschieber 14 zu jedem Zeitpunkt t ist. Dieser Winkel R (t) wird über folgende Formel aus den Zwischensignalen E 1 (t 1) und E 1 a(t 1) zum Zeitpunkt t bestimmt:

R (t) = tan^-1 {E 1 a(t 1)/E 1 (t 1)}

Die Winkelmoment-Erfassungsschaltung 10 bestimmt den Winkel beim Empfang eines Ausgangssignals der OR-Torschaltung 18, das geliefert wird, wenn wenigstens eines der Zwischensignale E 1 und E 1 a einen festen Pegel erreicht hat, was durch die Pegeldetektorschaltungen 17 und 17 a festgestellt wird. Solange der Pegel der beiden Zwischensignale E 1 und E 1 a unterhalb des festen Pegels liegt, bleibt die Winkelmoment-Erfas­ sungsschaltung 19 rückgesetzt. Ein Ausgangssignal dieser Schaltung 19 wird an eine Operationsschaltung 20 angelegt, die eine zeitliche Folge der Änderungskomponenten des Winkels über folgende Formel bestimmt:

ΔR (ti) = R (ti) - R (ti - 1)

worin i = 1, 2, 3 usw. Die so gewonnene Folge ΔR (ti) wird an eine Signalverarbeitungsschaltung 21 angelegt, um darin eine sequentielle Addition durchzuführen. Als Ergebnis bildet das Empfangssignal Ein eine Bestätigung über das Ausmaß seiner Abweichung in der Vektorebene selbst dann, wenn das Signal nicht über zwei Quadranten der Vektorebene verschoben wird, d. h. selbst dann, wenn das Signal sich nur innerhalb eines einzigen Quadranten verschiebt; wenn das Additionsergebnis den geltenden Schwellwert überschreitet, wird ein Detektionssignal an eine Anzeige-Treiberschaltung 22 angelegt, um die Anwesenheit eines bewegten Objektes zu melden.

Die in der Schaltung 21 durchgeführte Signalverarbeitung kann in solcher Weise erfolgen, daß anstelle einer sequentiellen Addition der Winkeländerungskomponenten - wie zuvor beschrieben - nur die Polarität der Winkeländerungskomponente zu jedem Zeitpunkt erfaßt wird, wobei der Wert +1 positiven Komponenten und der Wert -1 negativen Komponenten zugewiesen wird und die so zugewiesenen Werte sequentiell addiert werden. Wenn das Gesamtergebnis einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wird ein Detektionssignal geliefert. Man erhält also ein Detektionssignal, wenn eine Differenz zwischen der Häufigkeit des Erscheinens der positiven und negativen Komponenten einen Wert oberhalb des vorbestimmten Wertes erreicht hat. Die Winkelmoment-Erfassungsschaltung 19, die Operationsschaltung 20 und die Signalver­ arbeitungsschaltung 21 können als einzelne Schaltkreise oder als integrierte Schaltungsanordnung unter Verwendung eines Mikrocomputers verwirklicht werden, dem ein geeignetes Programm zur Durchführung der beschriebenen Vorgänge zugewiesenen ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Anordnung zur Erfassung der Bewegungsstrecke des Objektes vorgesehen, wobei diese Größe gewonnen wird, indem die Anzahl von Verschiebungen in den Quadranten der Vektorebene bestimmt wird, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Frequenz­ abweichungskomponente in dem Empfangssignal Ein vom bewegten Objekt innerhalb der überwachten Zone, also die Doppler-Frequenz Δ f, durch folgende Formel gegeben ist:

|Δ f| = 2 v fo/c

worin v die Geschwindigkeit des bewegten Objektes, c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen und fo die Ultra­ schallfrequenz ist. Diese Frequenzabweichung ist proportional der Geschwindigkeit v des bewegten Objektes. Die Wellenzahl N des Doppler-Signals, das bei der Bewegung des Objektes über eine Streckeneinheit erzeugt wird, läßt sich aus obiger Formel ableiten:

N = 2 fo/c

Solange die Ausbreitungsgeschwindigkeit c und die Frequenz fo der Ultraschallwellen konstant sind, bleibt die Wellenzahl N konstant, unabhängig von der Geschwindigkeit des bewegten Objektes. Auch die Anzahl von Verschiebungen in der Vektorebene ist daher konstant. Wenn die Vektorebene in vier Quadranten (oder acht Quadranten) unterteilt wird, so erfolgen 4 × N (oder 8 × n) Verschiebungen. Es ist hier anzumerken, daß der Verschiebungswinkel in der Vektorebene durch Addition und Subtraktion der Verschiebungszahl auf der Grundlage der Verschiebungsrichtung bestimmt werden kann, so daß die Bewegungsstrecke und Richtung des Objektes bestimmt werden können. Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, worin die Komponenten, die denen in Fig. 1 im wesentlichen entsprechen, durch gleiche, jedoch um 100 erhöhte Bezugszahlen bezeichnet sind. Ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 1 werden die Zwischensignale E 1 und E 1 a in Verstärkern 116, 116 a verstärkt. Diese Zwischensignale E 1 und E 1 a werden an eine Quadrantensignal-Generatorschaltung 123 angelegt, worin jeglicher Quadrant oder jegliche Quadranten bestimmt werden, in denen das Empfangssignal Ein in der Vektorebene, deren Hauptachsen die Zwischensignale E 1, E 1 a sind, vorhanden ist. Wenn die Vektorebene in vier Quadranten unterteilt wird, um die Quadrantendetektion durchzuführen, so wird in der Quad­ rantensignal-Generatorschaltung 123 die in der folgenden Tabelle I gezeigte Diskriminierung durchgeführt, um die Qua­ drantensignale I bis IV abzuleiten:

Tabelle I

Wenn die Vektorebene in eine viel größere Anzahl von Teilen unterteilt wird, so führt die Schaltung 123 die in der folgenden Tabelle II gezeigte Diskriminierung aus:
BedingungenQuadrantensignal

E 1, +; E 1 a, +; |E 1||E 1 a|Ia E 1, +; E 1 a, +; |E 1|<|E 1 a|Ib E 1, -; E 1 a, +; |E 1||E 1 a|IIa E 1, -; E 1 a, +; |E 1|<|E 1 a|IIb E 1, -; E 1 a, -; |E 1||E 1 a|IIIa E 1, -; E 1 a, -; |E 1|<|E 1 a|IIIb E 1, +; E 1 a, -; |E 1||E 1 a|IVa E 1, +; E 1 a, -; |E 1|<|E 1 a|IVb

Es ist ersichtlich, daß eine Unterteilung der Vektorebene in eine größere Anzahl von Quadranten, so daß mehr als 16 Quadranten vorhanden sind, eine Steigerung der Genauigkeit bei der Erfassung eines bewegten Objektes gewährleistet.

Die Quadrantensignale I bis IV, welche die Quadrantensignal- Generatorschaltung 123 liefert, werden an eine Speicherschaltung 124 angelegt, um darin vorübergehend gespeichert zu werden, und gleichfalls an eine Verschiebungsrichtung-Erfas­ sungsschaltung 125 angelegt, um darin mit zuvor in der Spei­ cherschaltung 124 abgespeicherten Daten verglichen zu werden und die Verschiebungsrichtung zu bestimmen. Aus der Quadran­ tensignal-Generatorschaltung 123 wird ferner ein Verschie­ bungssignal an eine Operationsschaltung 120 geliefert, die ferner ein Ausgangssignal der Verschiebungsrichtung-Erfas­ sungsschaltung 125 erhält, so daß die Verschiebungszahl durch Addition und Subtraktion gewonnen wird. Unter der Vor­ aussetzung, daß ein Empfangssignalvektor einen Ort beschreibt, der in Fig. 5 als durchgezogene Linie gezeigt ist, so wird eine Addition durchgeführt, wenn der Vektor nach links verschoben wird, also von dem ersten Quadranten zum zweiten Quadranten, jedoch wird bei einer Verschiebung nach rechts, also aus dem ersten Quadranten I zum vierten Quadranten IV, eine Subtraktion durchgeführt. Die Addition wird also an den Punkten A, B, D und E durchgeführt, wo der Vektor die Achse E 1 oder E 1 a schneidet, während am Punkt C eine Subtraktion durchgeführt wird.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen. Die Quadrantensignal- Generatorschaltung 123 empfängt die in Fig. 6 unter (a) bezeichneten Signale, welche jeweils die Quadranten bezeichnen, in denen der Empfangssignalvektor vorhanden ist, bezogen auf die Hauptachsen der Doppler-Signale, also die Zwischensignale E 1 und E 1 a, während die Verschiebungsrichtung- Erfassungsschaltung 125 beim Erscheinen der Quadran­ tenverschiebung in dem Empfangssignalvektor die in Fig. 6 unter b) aufgeführten Signale "+" oder "-" als Ergebnis des Vergleichs mit den vorhergehenden, in der Speicherschaltung 124 abgespeicherten Daten liefert. In der Operationsschaltung 120 wird daher die Verschiebungszahl der erfolgten Ver­ schiebungen durch Addition und Subtraktion wie in Fig. 6 unter (c) gezeigt, abgeleitet. Wenn das Ergebnis der Addition oder Subtraktion einen zuvor eingestellten Schwellwert S 1 oder S 2 an einer Schwellwertschaltung 126 überschreitet, liefert diese Schaltung 126 ein Erfassungssignal an die Anzeige- Treiberschaltung 122, um die Anwesenheit eines bewegten Objekes über die Anzeigeeinrichtung zu melden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Wellenzahl N der Doppler-Signale proportional zur Bewegungsstrecke des Objektes, wie oben beschrieben, wird jedoch durch den Pegel oder die Frequenz Δ f des Doppler-Signals in keiner Weise beeinflußt; selbst wenn also die Schwellwerte S 1 und S 2 unter Be­ rücksichtigung der Bewegungsstrecke des Objektes eingestellt werden, kann das bewegte Objekt unabhängig von seiner Ge­ schwindigkeit mit hoher Genauigkeit gemeldet werden.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung kann eine hochgenaue Erfassung eines bewegten Objektes auch dann erfolgen, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes extrem hoch ist. Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen. Darin sind die Kom­ ponenten, die denen in Fig. 1 oder 4 im wesentlichen entsprechen, durch gleiche, jedoch um 200 bzw. 100 erhöhte Bezugszeichen bezeichnet. In gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden die Zwischensignale E 1 und E 1 a in Verstärkern 216, 216 a verstärkt. Weiterhin werden in gleicher Weise wie bei Fig. 1 die Zwischensignale E 1 und E 1 a über Pegeldetektorschaltungen 217, 217 a an eine OR- Schaltung 218 angelegt, um die logische Summe zu bilden. Gleichzeitig werden die Zwischensignale E 1 und E 1 a an Umsetzer 217′, 217 a′ zur Umsetzung in die Mehrzahlen X und Y angelegt. Ein Ausgangssignal der OR-Schaltung 218, welches die Anwesenheit oder Abwesenheit eines bewegten Objektes in der überwachten Zone darstellt, und die Ausgangssignale der Umsetzer 217′, 217 a′, welche die Quadrantensignale des Em­ pfangssignalvektors liefern, wobei die Zwischensignale E 1 und E 1 a als Hauptachsen verwendet werden, werden als Ein­ gangsgrößen an eine Quadrantensignal-Generatorschaltung 223 angelegt.

In dieser Quadrantensignal-Generatorschaltung 223 wird jegliches oder werden jegliche Quadrantensignale I bis IV, die im Maßstab 1 : 1 irgendeinem oder irgendwelchen Quadranten entsprechen, worin die Empfangssignale Ein in der Vektorebene liegen, in Form einer Kombination oder von Kombinationen der Mehrzahlen X und Y erzeugt, um an eine Quadranten-Verschie­ bungsrichtung-Erfassungsschaltung 227 angelegt zu werden, worin eine Diskriminierung dahingehend erfolgt, aus welchem Quadranten das Quadrantensignal zu jedem Zeitpunkt verschoben wurde, um ein positives oder negatives Signal zu erzeugen, je nach Verschiebungsrichtung. Diese Ausgangssignale der Erfassungsschaltung 227 werden in einer Integrierschaltung 228 integriert, der Ausgangssignale an eine Schwellwertschaltung 226 angelegt werden, die einen voreingestellten Schwellwert aufweist. Sobald das Ausgangssignal der Inte­ grierschaltung den voreingestellten Schwellwert überschreitet, wird ein Ausgangssignal an die Anzeige-Treiberschaltung 222 abgegeben, um die Anwesenheit eines bewegten Objektes zu melden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Ausgangssignal der Quadranten-Verschiebungsrichtung-Erfassungsschaltung 227 ferner an eine Zählsignal-Generatorschaltung 229 angelegt, worin ein Aufwärts-Zählimpulssignal A oder Abwärts- Zählimpulssignal B erzeugt wird, um an einen Aufwärts/ Abwärts-Zähler 230 angelegt zu werden. Die Verschiebungs- Wellenzahl für den Vektor des Empfangssignals wird durch diesen Aufwärts/Abwärts-Zähler 230 gezählt, um die Entfernungsstrecke berechnen zu können, wenn sich das bewegte Objekt in derselben Richtung bewegt; wenn die Verschiebungs- Wellenzahl einen voreingestellten Schwellwert der weiteren Schwellwertschaltung 231 überschreitet, wird an die Anzeige-Treiberschaltung 222 ein Ausgangssignal abgegeben.

Der anhand der Fig. 2 und 3 erläuterte Sachverhalt, der für die Detektionsschaltung nach Fig. 1 gilt, ist auch bei der vorliegenden Ausführungsform gegeben, so daß auch ein stark komplexes Empfangssignal Ein korrekt reproduziert werden kann und jegliche Änderung des Empfangssignals Ein bezüglich der Hauptachsen erfaßt werden kann.

Insbesondere werden die Binärsignale X und Y auch miteinander kombiniert, und die Quadrantensignale I bis IV werden gemäß der folgenden Tabelle III erzeugt:

Tabelle III

In der obigen Tabelle III bezeichnet das Signal "1" die Abwesenheit des Empfangssignals Ein in dem entsprechenden Quadranten, während das Signal "0" die Anwesenheit des Signals in dem entsprechenden Quadranten bezeichnet; diese Signale werden an die Quadranten-Verschiebungsrichtung-Er­ fassungsschaltung 227 angelegt, so daß die Quadrantensignale vorübergehend gespeichert werden. Eine Verschiebung zu einem neuen Quadranten und die Richtung dieser Verschiebung wird erfaßt. Für die Speicherung in der Verschiebungsrichtung-Er­ fassungsschaltung 227 werden zwei RS-Flip-Flops FF 1 und FF 2 verwendet. Die Ausgangssignale dieser Flip-Flops FF 1 und FF 2, welche die Binärzahlen X und Y sowie die Quadrantensignale I bis IV begleiten, sind in der folgenden Tabelle IV aufgeführt:

Tabelle IV

Es wird nun im einzelnen auf Fig. 8 Bezug genommen. Die Signalformen (a) und (b) in Fig. 8 zeigen die Zwischensignale E 1 und E 1 a und die Binärsignale X und Y; wenn die Binärsignale X, Y gleich (1, 1) sind, so haben die Signale in dem ersten Quadranten I die in Fig. 8 als Kurve (c) gezeigte Form. Wenn die Signale gleich (0, 1) sind, so ist das Signal im zweiten Quadranten II von der Form nach Kurve (d); wenn es gleich (0, 0) ist, so hat das Signal für den dritten Quadranten III die Form der Kurve (e). Wenn es gleich (1, 0) ist, so hat das Signal für den vierten Quadranten IV die Signalform (f). Das oben erwähnte Flip-Flop FF 1 wird durch die Quadrantensignale I und III umgesteuert, um die Ausgangssignale p und q als Signalformen (g) und (h) in Fig. 8 zu erzeugen; das Flip-Flop FF 2 wird durch die Quadrantensignale II und IV angesteuert, um die Ausgangssignale r und s als Signalformen (i) und (j) in Fig. 8 zu erzeugen.

Diese Ausgangssignale werden in der Verschiebungsrichtung- Erfassungsschaltung 227 verarbeitet, wie die Signalformen (k) bis (r) in Fig. 8 zeigen, woraufhin die oben aufgeführte Tabelle IV für die Quadranten-Verschiebungsrichtung die in Tabelle V gezeigte Form annimmt:

Tabelle V

Weiterhin besitzen die Ausgangssignale p, q, r und s der Flip-Flop FF 1 und FF 2 die in der folgenden Tabelle VI angegebene Konfiguration:

Tabelle VI

Die in Tabelle VI angegebenen Ausgangssignale, d. h. die Ausgangssignale der Quadranten-Verschiebungsrichtungs-Er­ fassungsschaltung 227, welche durch die Signalform (s) in Fig. 8 dargestellt sind, werden an die in der nächsten Stufe vorhandene Schaltung angelegt.

Ansprechend auf das in Fig. 9(a) gezeigte Eingangssignal, welches an die Zellsignal-Generatorschaltung 229 bei jeder Verschiebung in den Quadranten angelegt wird, werden in dieser Schaltung 229 die positiven Signale erzeugt, welche das Aufwärts-Zählimpulssignal A wie in Fig. 9(b) gezeigt bilden, und die in Fig. 9(c) gezeigten negativen Signale, welche das Abwärts-Zählimpulssignal B bilden, wobei diese Signale durch Addition und Subtraktion in dem Aufwärts/Abwärts- Zähler 230, wie in Fig. 9(d) veranschaulicht, verarbeitet werden; wenn die voreingestellten Schwellwerte S 1 und S 2 der Schaltung 231 überschritten werden, wird das in Fig. 9(e) gezeigte Ansteuer-Ausgangssignal an die Anzeige-Treiberschaltung 222 geliefert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein weiteres Konzept der Detektionsvorrichtung zur Erfassung bewegter Objekte vorgeschlagen, um bewegte Objekte mit hoher Genauigkeit unabhängig von ihrer Geschwindigkeit zu melden. Es wird auf Fig. 10 Bezug genommen. Der Wellenstrahler 311 empfängt Ausgangssignale einer Oszillatorschaltung 313; diese Aus­ gangssignale der Schaltung 313 werden ferner an einen Mischer 315 angelegt, an den ferner das Empfangssignal aus einem Wellenempfänger 312 angelegt wird; die Signale werden ferner an eine Frequenz-Diskriminierschaltung 332 angelegt. Ein Ausgangssignal des Mischers 315 wird über einen Verstärker 316 an eine Operationsschaltung 320 angelegt, an die ferner ein Ausgangssignal der Frequenz-Diskriminierschaltung 332 angelegt wird; ein Ausgangssignal der Operationsschaltung 320 wird einer Schwellwertschaltung 326 zugeführt. Wenn ein vor­ eingestellter Schwellwert in dieser Schaltung 326 durch das Ausgangssignal der Operationsschaltung 320 überschritten wird, wird ein Ausgangssignal an eine Anzeige-Treiberschaltung 322 angelegt.

Bei dieser Ausführungsform ist die Frequenz-Diskriminierschaltung 332 so ausgelegt, daß sie ein Ausgangssignal mit dem Pegel "H" beispielsweise dann liefert, wenn die Frequenz des empfangenen Signals höher ist als die des ausgestrahlten Signals, wenn also das bewegte Objekt sich an den Wellenempfänger 312 annähert; hingegen wird ein Ausgangssignal mit dem Pegel "L" abgegeben, wenn die Frequenz des Empfangssignals niedriger ist als die des gesendeten Signals, wenn also das bewegte Objekt sich von dem Empfänger 312 entfernt. Beim Auftreten eines Ausgangssignals der Frequenz-Diskriminierschaltung 332 mit dem Pegel "H" werden also die vom Mischer 315 über den Verstärker 316 an die Operationsschaltung 320 abgegebenen Doppler-Signale bei jedem Nulldurchgang der Signale addiert; wenn hingegen das Ausgangssignal der Schaltung 232 den Pegel "L" aufweist, werden die Doppler-Signale sequentiell bei jedem Nulldurchgang derselben subtrahiert. Das Ergebnis der Operation in der Operationsschaltung 320 ist also proportional zur Anzahl von Nulldurchgängen der Doppler-Signale oder, mit anderen Worten, der Anzahl von Signalformen der Doppler-Signale, und ein bewegtes Objekt kann zuverlässig mittels einer vereinfachten Anordnung erfaßt werden, indem der Schwellwert in der Schwellwertschaltung 326 geeignet eingestellt wird, wobei die Bewegungsge­ schwindigkeit des Objektes berücksichtigt wird, in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

Claims (8)

1. Detektionsvorrichtung für bewegte Objekte, bei welcher das Ausgangssignal einer Oszillatoreinrichtung, die auf einer vorbestimmten Frequenz arbeitet, an einen Wellenstrahler geliefert wird, der kontinuierliche Energiewellen in eine Überwachungszone ausstrahlt, wobei die entsprechenden, an einem Objekt innerhalb der überwachten Zone reflektierten Wellen auf einem Wellenempfänger auftreffen, wobei ferner jegliche Frequenzabweichungskomponente in einem Empfangssignal aus dem Wellenempfänger durch einen Umsetzer in zwei Zwischensignale umgesetzt wird, die eine verschiedene Phasenlage aufweisen, wobei die Anzahl und Richtung der Verschiebungen des Empfangssignals in einer Vektorebene, welche die Zwischensignale als Hauptachsen aufweist, durch eine Detek­ tionseinrichtung erfaßt werden und eine so erfaßte Information über das Objekt über eine Anzeigeeinrichtung gemeldet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Winkel des Em­ pfangssignals zu jedem Zeitpunkt bezüglich der Hauptachsen in der Vektorebene in einer zeitlichen Folge durch eine Win­ kelerfassungseinrichtung erfaßt werden und jegliche Differenz dieser Winkel mit positivem oder negativem Vorzeichen zu den jeweiligen Zeitpunkten durch eine Operationseinrichtung erfaßt wird sowie ein Objekterfassungssignal von einer Signal­ verarbeitungseinrichtung an die Anzeigeeinrichtung geliefert wird.

2. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinrichtung eine sequentielle Addition der Winkeländerungskomponenten mit positivem und negativem Vorzeichen der Winkel, welche von der Winkelerfas­ sungseinrichtung geliefert werden, durchführt.

3. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinrichtung Operationen auf die Anzahl des Erscheinens positiver und negativer Vorzeichen ausübt.

4. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinrichtung Operationen auf die Anzahl Erscheinens der positiven und negativen Vorzeichen ausübt.

5. Detektionsvorrichtung zur Erfassung bewegter Objekte, mit einer Einrichtung, die auf einer vorbestimmten Frequenz schwingt, einem Wellenstrahler, der ein Ausgangssignal der Oszillatoreinrichtung empfängt und Energiewellen kontinuierlich in eine Überwachungszone ausstrahlt, und einem Wellen­ empfänger, auf dem die entsprechenden, an einem Objekt in der überwachten Zone reflektierten Wellen auftreffen, wobei ein Umsetzer an den Wellenempfänger angeschlossen ist, um eine Frequenzabweichungskomponente eines Empfangssignals aus dem Empfänger in zwei Zwischensignale umzusetzen, die eine voneinander verschiedene Phasenlager aufweisen, und wobei Mittel an den Umsetzer angeschlossen sind, um die Quadranten festzustellen, in denen ein Empfangssignalsvektor in einer Vektorebene vorhanden ist, deren Hauptachsen durch die zwei Zwischensignale gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel an die Quadranten-Erfassungsschaltung angeschlossen sind, um vorübergehend die erfaßten Quadrantensignale aus dieser abzuspeichern, daß diese Quadrantensignale von Mitteln empfangen werden, welche sie mit zuvor in der Speicher­ einrichtung gespeicherten Datensignalen vergleichen, um eine Verschiebungsrichtung in den Quadranten festzustellen, daß Mittel vorgesehen sind, welche ein Ausgangssignal aus der Richtungs-Quadranten-Erfassungsschaltung empfangen, um eine Operation durch Addition und Subtraktion auszuführen und so die Anzahl von erfolgten Quadrantenverschiebungen festzustellen, und daß Mittel vorgesehen sind, welche ein Ausgangssignal der Operationseinrichtung empfangen, wenn das Ausgangssignal einen voreingestellten Schwellwert überschritten hat, um eine erfaßte Information über das Objekt anzuzeigen und diese Information zu melden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinrichtung ferner Operationen auf die Anzahl von Quadrantenverschiebungen ausübt, welche in gleicher Richtung in dem Empfangssignalvektor aufgetreten sind.

7. Detektionsvorrichtung zur Erfassung bewegter Objekte, mit einer Einrichtung, die auf einer vorbestimmten Frequenz schwingt, einem Wellenstrahler, der das Ausgangssignal der Oszillatoreinrichtung empfängt und Energiewellen kontinuierlich in eine überwachte Zone abstrahlt, und mit einem Wellen­ empfänger, auf dem die entsprechenden, an einem Objekt in der überwachten Zone reflektierten Wellen auftreffen, wobei ein Umsetzer an den Wellenempfänger angeschlossen ist, um eine Frequenzabweichungskomponente eines Empfangssignals aus dem Empfänger in zwei Zwischensignale umzusetzen, die eine voneinander verschiedene Phasenlage aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß an an diesen Umsetzer Mittel angeschlossen sind, die aus ihm eine logische Summe und Binärzahlen entsprechend den zwei Zwischensignalen empfangen, um Quadrantensignale zu erzeugen, daß eine Quadranten-Verschiebungsrichtungs- Erfassungseinrichtung diese Quadrantensignale empfängt und positive und negative Signale erzeugt, welche die Verschiebungsrichtung eines Vektors des Empfangssignals anzeigen, daß Mittel vorgesehen sind, welche die positiven und negativen Signale aus der Quadranten-Verschiebungsrichtungs- Erfassungseinrichtung empfangen, um diese Signale zu integrieren, daß auch ein Ausgangssignal der Integrierschaltung Mittel ansprechen, wenn dieses Ausgangssignal einen vor­ eingestellten Schwellwert überschritten hat, um eine erfaßte Information über das bewegte Objekt anzuzeigen und die Information zu melden, daß weiterhin Mittel vorgesehen sind, welche das Ausgangssignal aus der Quadranten-Verschiebungsrichtungs- Erfassungseinrichtung empfangen, um positive und negative Zählsignale zu erzeugen, und daß Mittel vorgesehen sind, welche diese Zählsignale empfangen, um eine Addition und Sub­ traktion der Zählsignale durchzuführen, um die Richtung und Anzahl von Verschiebungen des Empfangssignalvektors zu zählen und, wenn ein so bearbeiteter Wert einen voreingestellten Schwellwert überschritten hat, ein Ausgangssignal an die An­ zeigeeinrichtung abzugeben.

8. Detektionsvorrichtung zur Meldung bewegter Objekte, mit einem Oszillator, der auf einer vorbestimmten Frequenz arbeitet, einem Wellenstrahler, der das Ausgangssignal des Oszillators empfängt und kontinuierlich Energiewellen in eine überwachte Zone ausstrahlt, einem Wellenempfänger, auf dem die entsprechenden, an einem Objekt innerhalb der überwachten Zone reflektierten Wellen auftreffen, einem Umsetzer, der an den Wellenempfänger angeschlossen ist, um eine Frequenzabwei­ chungskomponente eines Empfangssignals aus dem Empfänger in zwei Zwischensignale umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die das Ausgangssignal des Oszillators als ausgestrahltes Signal und das Empfangssignal empfangen, um sie miteinander zu vergleichen und herauszufinden, ob die Frequenz des Empfangssignals höher ist oder niedriger ist als die Frequenz des ausgestrahlten Signals, daß an diese Frequenz-Diskriminiermittel eine Einrichtung angeschlossen ist, um eine Addition und Subtraktion der Anzahl von Wellen in den Zwischensignalen aufgrund des empfangenen Signals auf der Grundlage eines Ausgangssignals aus der Frequenzdiskrimi­ niereinrichtung durchzuführen und daß an die Operationseinrichtung Mittel angeschlossen sind, um ein Ausgangssignal an eine zugeordnete Anzeigeeinrichtung abzugeben, wenn ein Aus­ gangssignal der Operationseinrichtung einen voreingestellten Schwellwert überschritten hat.