DE3929243A1 - Apparat und verfahren zur verkuerzung der ausklingzeit in ultraschall-impuls-sendeeinrichtungen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß insbesondere Piezo-Ultraschallschwinger elek­ trisch zu mechanischen Schwingungen angeregt werden können, die vom Schwinger an die Umgebung weitergegeben werden.

Es ist ebenfalls bekannt, daß diese Schwinger, im folgenden auch Wandler genannt, in einem mechanischen System in Resonanz betrie­ ben werden. Daraus folgt, daß im allgemeinen die Schwingung nicht unmittelbar nach Einspeisung eines elektrischen Signals gestoppt ist, sondern gedämpft ausschwingt.

Diese Ausschwingzeit wirkt sich insbesondere nachteilig auf das Betreiben z. B. eines Echo-Impuls-Laufzeitmeßgerätes im Nahbe­ reich aus, da die minimale Entfernung durch Sendezeit und Aus­ schwingzeit begrenzt wird.

Der nachteilige Effekt wird dann verstärkt, wenn eine Kapsel so­ wohl zum Senden als auch zum Empfangen benutzt wird, was durchaus üblich ist. Fig. 1 zeigt, wie die Amplitude des Schwingers in der Sendezeit (1) einen maximalen Wert annimmt, der in der Auskling­ zeit (2) langsam gegen Null geht.

Aus der Europäischen Patentanmeldung, Deutsche Priorität DE 37 42 137 vom 11. 12. 87 ist eine Einrichtung bekannt, die diese Nach­ teile verkleinert, indem die Einrichtung selbsttätig feststellt, in welcher Entfernung sich das Objekt befindet. Befindet sich das Objekt im Nahbereich, wird der Wandler selbsttätig auf eine andere Frequenz umgeschaltet, die vorzugsweise oberhalb der Re­ sonanzfrequenz des Systems liegt. Es liegt auf der Hand, daß sich dadurch sowohl die Amplitude als auch die Ausschwingzeit erheb­ lich ändert, was selbstverständlich die Ausschwingzeit und damit die kürzest möglichste Entfernung positiv beeinflußt.

Nachteilig an der obengenannten Erfindung ist, daß die Reak­ tionszeit relativ verlangsamt ist, da mindestens ein Meßzyklus benötigt wird, um die Einrichtung den Verhältnissen entsprechend einzustellen.

Die nachstehend beschriebene Erfindung hat sich zur Aufgabe ge­ stellt, vorteilhaft die Ausschwingzeiten zu verkürzen, ohne die obenerwähnten Nachteile in Kauf zu nehmen.

Prinzipiell liegt beiden Erfindungen die gleiche Beobachtung zu­ grunde, nämlich daß eine außerhalb der Resonanzfrequenz betrie­ bene Wandlereinheit relativ schneller ausschwingt.

Im Gegensatz zur obengenannten Erfindung nutzt die hier be­ schriebene Erfindung das aus Fig. 3 erkennbare Verfahren:

Jeder Sendeimpuls wird in einer bestimmten Zeit (1) auf der Re­ sonanzfrequenz betrieben. Innerhalb dieser Zeit hat der Wandler seinen höchsten Wirkungsgrad und erreicht seine maximale Ampli­ tude.

Übergangslos wird unmittelbar anschließend (2) die Frequenz der­ artig verschoben, daß der Wandler mit hoher Leistung zwangsge­ führt auf eine andere Frequenz gezwungen wird, die deutlich außerhalb seiner Resonanzfrequenz liegt.

Aufgrund der Tatsache, daß der Wandler nicht frei schwingt, son­ dern mit relativ hoher Leistung in die Schwingung "gezwungen" wird, sind die Zeiten, die der Wandler benötigt um die neue Fre­ quenz anzunehmen, vergleichsweise kurz. Die Abklingzeit (3) ist entsprechend erheblich kürzer, als wenn der Wandler in der Re­ sonanzfrequenz betrieben würde und aus der Resonanzfrequenz her­ ausklingen würde.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, daß in jedem Fall die durch diese Maßnahme hervorgerufene kurze Abklingzeit es ermöglicht, die minimale Entfernung deutlich geringer zu gestalten, als ohne diese Maßnahme. Vorteilhaft ist auch, daß die abgestrahlte Ampli­ tude in der Resonanzfrequenz - im Gegensatz zur oben beschrie­ benen Erfindung DE 37 42 137 - stets konstant ist, was die Erken­ nungssicherheit auch für kleinere Objekte im Nahbereich positiv beeinflußt. Vorteilhaft ist - wie erwähnt - daß durch diese Maß­ nahme keinerlei Reaktionszeit verloren geht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird aus Fig. 2 deutlich, daß als Blockschaltbild skizziert ist.

Ein Schallwandler (1) wird von einem Sender (2) in der Resonanz angeregt, wenn die Steuereinheit (5) über die elektrische Ver­ bindung (4) einen Startbefehl herausgibt. Hat dieser Sendeimpuls seine vorgegebene Schwingungszahl erreicht, wird der Generator (2) von der Steuereinheit (5) über die elektrische Verbindung (3) gezwungen, seine Frequenz so zu verändern, daß der Wandler (1) deutlich außerhalb seiner Resonanzfrequenz betrieben wird.

Als Steuereinheit wird bevorzugt ein Mikroprozessor bzw. Mikro­ controler eingesetzt. Es sind selbstverständlich auch andere Re­ alisierungsmöglichkeiten mit dem Verfahren vorstellbar.

Vorteilhaft bei dieser Erfindung ist, daß die Arbeitsfrequenz des Sensors und damit auch des Empfängers stets die gleiche ist. In­ sofern werden - sofern der Empfänger selektiv ist, was sich aus Störschutzgründen empfiehlt - keinerlei Maßnahmen erforderlich.

Claims (3)

1. Einrichtung und Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung mit mindestens einem elektroakustischen Wandler zum Aussenden eines Ultraschallsignals und anschließendem Empfangen eines von einem Objekt reflektierten Ultraschallsignals, das von einem elektrischen Generator zur Aktivierung des Wandlers erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler durch einen Sendeimpuls angeregt wird, dessen Frequenz während der Sende­ zeit von einer auf die Resonanzfrequenz des Wandlers bezogenen Frequenz auf eine willkürlich gewählte andere Frequenz über­ gangslos für eine kurze, frei wählbare Zeit umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Um­ schaltung des Generators von der Resonanzfrequenz auf eine Frequenz erfolgt, die höher als die Resonanzfrequenz ist.

3. Siehe Anspruch 2, lediglich wird die Frequenz nach unten ver­ stimmt.