DE4102068C2 - Abtastvorrichtung zum Erkennen eines entfernten Ziels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zum Erkennen ei­ nes entfernten Ziels nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Abtastvorrichtung zum Erkennen eines entfernten Ziels ist aus der DE 28 22 261 A1 bekannt.

Auch diese bekannte Abtastvorrichtung umfaßt einen einzigen Ul­ traschallwandler mit einer Sende-/Empfangseinrichtung zum peri­ odischen Senden und Empfangen von durch den Ultraschallwandler umgewandelten Signalen. Der Wandler wird mit Hilfe einer An­ triebseinrichtung angetrieben, um diesen über einen bestimmten Schwenkwinkel zu bewegen, wobei zwei Federelemente vorgesehen sind, welche die Form von elektrisch leitenden Blattfedern ha­ ben und die Teil der elektrischen Leitungen zwischen Sende- /Empfangseinrichtung und dem Ultraschallwandler sind.

Der Abtastantrieb dieser bekannten Konstruktion enthält ferner eine elektromagnetische Spule im Gehäuse und einen am Ultra­ schallwandler angebrachten Permanentmagneten, wobei der Abta­ stantrieb dabei durch Anlegen eines Stromimpulses an die ge­ nannte Spule erfolgt und die Winkelstellung des Wandlers aus der Größe der jeweils angelegten Stromimpulse bestimmt wird.

Aus der US-PS 3 406 564 ist ebenfalls bereits eine Abtastvor­ richtung zum Erkennen eines entfernten Ziels bekannt, die einen einzigen Wandler aufweist, wobei eine einzige Spiralfeder vor­ handen ist, die zwischen dem Gehäuse und dem Wandler wirkt und ähnlich wie eine Uhrfeder arbeitet, nämlich den Wandler in eine Schwingbewegung versetzt, wobei diese Bewegung bei Resonanzfre­ quenz stattfindet. Die hier eingesetzte Spiralfeder hat also wie bei einem Uhrwerk die Aufgabe, eine konstante Schwingfre­ quenz sicherzustellen. Die Signalübertragung erfolgt hierbei über gesonderte Leitungen.

Aus der Firmenschrift der Firma Hartmann & Braun AG, Frankfurt "Meßwerkbilder elektrischer Meßinstrumente", Druckschrift Nr. 637b vom 6.11.1955, Seite 11 sowie aus W.H. Bartak "Elektrische Meßgeräte und ihre Anwendung in der Praxis", Richard Pflaum Verlag KG, ISBN 3-7905-0192-1, 1973, Seiten 36 bis 39, ist es in Verbindung mit analogen Meßwerken zur Messung elektrischer Größen bekannt, ein Meßwerk bzw. den Zeiger des Meßwerkes mit Hilfe von zwei Spiralfedern in der Null-Lage festzuhalten, wo­ bei die Spiralfedern gleichzeitig als Stromzuleitungen dienen.

Aus der US-PS 4 841 979 ist eine Abtastvorrichtung mit einem Wandler bekannt, der unter den wechselnden Kräften, die von ei­ ner Spule eines Linearmotors ausgehen, um eine Achse schwingbar gelagert ist. Zu der genannten Spule besteht dabei eine flexi­ ble Verbindung, die sich durch eine Mittelöffnung einer Halte­ rungsvorrichtung erstreckt. Die flexible Verbindung wird über mehrere Rollen geführt, wobei eine Rolle fest auf der Achse des Wandlers angeordnet ist. Die Hin- und Herbewegung der Spule des Linearmotors führt über die flexible Verbindung zu einer ent­ sprechenden Schwingbewegung des Wandlers. Der Linearmotor wirkt hierbei zwar gegen die Kraft einer Feder, die Feder stellt den Wandler jedoch nicht in eine Null-Position ein sondern in eine von zwei Endlagen. Dabei ist die von der Feder ausgeübte Kraft weitgehend ohne Einfluß auf die momentane Position des Wand­ lers. Bei dieser bekannten Konstruktion wird somit die Position des Wandlers ausschließlich durch den Linearmotor bestimmt.

Bei einer aus der US-PS 4 375 818 bekannten Abtastvorrichtung dient eine Feder ebenfalls nur dazu, um einen flexiblen An­ triebsdraht straff zu halten. Die dabei verwendete Zugfeder dient zugleich als Signalübertragungsmittel.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Abtastvorrichtung zum Erkennen eines entfernten Ziels der ange­ gebenen Gattung zu schaffen, bei der die Abtastbewegung des Wandlers sehr genau und feinfühlig gesteuert und eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungs­ teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer auf einer Platt­ form angebrachten Ultraschallwandler-Anordnung nach einer Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt in einer durch die Schnittlinie 2-2 in Fig. 1 angedeuteten Ebene;

Fig. 3 einen Schnitt im wesentlichen in einer durch die Schnittlinie 3-3 in Fig. 2 angedeuteten Ebene;

Fig. 4 einen Teilschnitt im wesentlichen in einer durch die Schnittlinie 4-4 in Fig. 2 angedeuteten Ebene;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das das zu der in den Fig. 1 bis 4 gezeichneten Wandleranordnung gehörige Steuerungs­ system veranschaulicht;

Fig. 6 einen Signalflußplan zur Veranschaulichung der zu dem in Fig. 5 schematisch angedeuteten Mikrocomputer gehörigen Funktionsmerkmale;

Fig. 7 einen Programmablaufplan zur Darstellung des zu dem in Fig. 5 angegebenen Mikrocomputer gehörigen Abtastantriebs­ programms;

Fig. 8 eine kurvenmäßige Aufzeichnung der Signalmerkmale der Spannungen, die mit dem Betrieb des in Fig. 5 in Verbindung mit dem in Fig. 7 dargestellten Programm des Ab­ tastantriebs zusammenhängen;

Fig. 9 einen Programmablaufplan des zu dem Betrieb des Wandlers gehörigen Wandlerpuls-Zeitsteuerprogramms in bezug auf den Abtastantriebsvorgang und

Fig. 10 eine kurvenmäßige Darstellung der Nachweis-Hüll­ kurven, die durch die Aussendung von Ultraschallenergie von dem Wandler in Verbindung mit der in den Fig. 1 bis 9 dar­ gestellten Anordnung und Betriebsweise des Wandlers entstehen.

Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Anordnung eines elektroakustischen Wandlers, der ein insgesamt mit 12 bezeich­ netes rohrförmiges Gehäuse aufweist, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und auf einem Plattformkörper befestigt werden kann, mit dem ein Nachweissystem für einen entfernten Gegenstand verbunden ist. Das rohrförmige Gehäuse 12 weist zwei Ausschnitte 14 auf, die um 180° gegeneinander versetzt in Längsrichtung verlaufen und an dem stirnseitig axialen Ende des Gehäuses in einander gegenüberstehende gekrümmte Endstücke 16 und 18 auslaufen, wobei das Endstück 18 in Längsrichtung über das Endstück 16 hinausragt.

Der der Stirnseite abgewandte rückwärtige Endabschnitt des rohrförmigen Gehäuses 12 ist eingetieft, so daß ein flacher Wandabschnitt 20 entsteht, der mit dem übrigen rohrförmigen Gehäuse durch einen kreissektorförmigen Wandteil 22 verbunden ist, wie Fig. 2 zeigt. Das hintere Ende der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Gehäuseanordnung ist von einem Abdeckteil 24 verschlossen, das in die Gehäuseanordnung zwischen dem fla­ chen Wandabschnitt 20 und dem insgesamt rohrförmigen oder zy­ lindrischen Abschnitt 26 der Gehäuseanordnung einspringt. Das Abdeckteil 24 dient als Halterung für einen Stiftstecker 28, durch den elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Wand­ leranordnung 10 und dem System für dessen Steuerung herge­ stellt werden, wie das weiter unten beschrieben wird.

Das rohrförmige Gehäuse 12 der Wandleranordnung weist zwei An­ schlagelemente in Form von Gummibändern 30 auf, die mit ihren entgegengesetzten Enden fest mit dem Gehäuse verbunden sind, so daß sie die Ausschnitte 14 überspannen, wie in den Fig. 1 und 3 deutlich zu erkennen ist. Die Ausschnitte geben seit­ liche Teile eines insgesamt zylindrischen, mit einer Rückwand 34 versehenen Wandlerhalterungsteils 32 frei (vgl. Fig. 2 und 3). Ein Wandler 36 in Form eines Ultraschallwandler-Elements an sich bekannter Bauart ist in der Wandlerhalterung 32 fest angeordnet, wobei seine Energie aussendende und aufnehmende Fläche 38 in der dargestellten Weise durch das offene stirnseitige Ende des rohrförmigen Gehäuses nach außen gerichtet ist. Zwei Lager­ elemente 40 nach Art von Uhrfederlagern sind miteinander fluchtend in das rohrförmige Gehäuse geschraubt und legen da­ durch eine Drehachse fest, die die Längsachse des rohrförmigen Gehäuses 12 rechtwinklig schneidet. Zapfenelemente 42 sind fest an der zylindrischen Wandlerhalterung 32 angebracht; sie werden von den Lagerelementen 40 aufgenommen (vgl. Fig. 2), so daß eine praktisch reibungsfreie Winkelverstellung des Wand­ lerelements 36 um die durch die Lagerelemente 40 gebildeten Drehachse möglich wird.

Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, ist an den beiden Na­ benteilen der Lagerungszapfen 42 jeweils ein Endstück 44 einer spiraligen Rückstellfeder (Federelement) 46 verankert. Die Enden 48 der aus Stahl oder einem anderen elektrisch leitenden Material beste­ henden Spiralfedern sind durch Anschluß-Gewindeschrauben 50 mit dem rohrförmigen Gehäuse fest verbunden und stehen in lei­ tender Verbindung mit Leitern 52. Die Anschlußschrauben 50 sind innerhalb der Gehäuseanordnung fest angebracht mit Hilfe einer Montagewand 54, die die rohrförmige Gehäuseanordnung 12 im Inneren in eine vordere Kammer mit dem Wandlerelement 36 in seiner Halterung 32 und eine hintere Kammer mit einem insge­ samt mit 56 bezeichneten elektromagnetischen Abtasterantrieb unterteilt.

Der in den Fig. 2 und 3 gezeichnete Abtastantrieb 56 um­ faßt eine elektromagnetische Spule 58, die sich innerhalb ei­ nes Ringraums befindet, der zwischen einem inneren rohrförmi­ gen Kernteil 60 und einem äußeren, von der Montagewand 54 axial vorspringenden zylindrischen Gehäuseteil 62 gebildet ist. Die beiden Enden der elektromagnetischen Spule 58 sind durch Anschlüsse 64 und 66 mit isolierten Signalleitungen 68 und 70 verbunden, die an den erwähnten Stecker 28 führen. Durch die Leitungen 68 und 70 wird in die elektromagnetischen Spule 58 Strom geleitet, der ein Magnetfeld in Längsrichtung des inneren rohrförmigen Kerns 60 erzeugt.

Wie deutlicher in Fig. 3 zu erkennen ist, verläuft die Längs­ achse durch den inneren rohrförmigen Kern 60 des Abtastan­ triebs 56 mit axialem Abstand versetzt gegen die Endfläche 72 eines stabförmigen Permanentmagneten 74, der an der Abschluß­ wand 34 der Wandlerhalterung 32 in einer Position Null als Ru­ hestellung befestigt ist, in die sie durch eine Vorbelastung liefernde Kräfte der erwähnten Spiralfederelemente 46 gebracht wird. Die Erregung der Spule 58 des Abtastantriebs 56 durch Stromfluß in nur einer Richtung ruft eine abstoßende magneti­ sche Kraft hervor, die auf die Magnetfluß aussendende Fläche 72 des Permanentmagneten 74 einwirkt, um zunächst eine Schub­ kraft auf den Wandler 36 im Gegenuhrzeigersinn auszuüben, zum Beispiel, wie in Fig. 3 erkennbar, um Bewegung von der Spulen­ fläche weg zu bewirken. Die Versetzung der Polfläche 72 gegen­ über der Achse der Spule 58 in der Position Null gewährleistet diese Bewegung gegen den Uhrzeiger und ermöglicht es dem an­ schließend zu beschreibenden Datenverarbeitungssystem, die Richtung der Auslenkung des Wandlers richtig vorherzusagen.

Die Auslenkung des Wandlers um die Drehachse seiner Halterung durch die Lagerelemente 40 wird in entgegengesetzten Winkel­ richtungen begrenzt durch Anstoß des Permanentmagneten 74 an den Gummibandanschlägen 30, wenn der Permanentmagnet 74 durch die Aus­ schnitte 14 des rohrförmigen Gehäuses nach außen tritt. Die entgegengesetzten Vorbelastungskräfte der Spiralfedern 46 su­ chen den Wandler 36 in seine Position Null gemäß Fig. 3 zurück­ zuschwenken und stellen auch elektrische Verbindungen zwischen dem Wandlerelement 36 und den isolierten elektrischen Leitun­ gen 76 und 78 her, die an die Anschluß- und Verankerungs­ schrauben 50 führen, mit denen die Spiralfederelemente 46 in der erwähnten Weise verbunden sind. Die elektrischen Leitun­ gen 76 und 78 führen außerdem in den Steckerstift 28, durch welchen elektrische Impulse in das Wandlerelement geleitet werden, damit dieser Ultraschallenergie aussendet, und durch die in elektrische Signalenergie umgeformte Rückechos dem Steuerungssystem zugeführt werden, das zu der Wandleranordnung 10 gehört und das anschließend im einzelnen beschrieben werden wird.

Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, ist die Wandleranordnung 10 über den Steckerstift 28 mit dem erwähnten, insgesamt mit 80 be­ zeichneten Steuerungssystem verbunden. Dem Wandlerelement 36 werden durch das Steuerungssystem durch ihm über die erwähnte Leitung 76 zugeführten Strom Impulse zugeleitet, damit Ultra­ schallenergie in einer durch den Pfeil 82 angegebenen Richtung in einer durch die Hüllkurve 84 gekennzeichneten Nachweiszone ausgesandt wird. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Nachweiszonenhüllkurve gebildet im Verlauf eines Ab­ fragezyklus von etwa 11,36 ms Dauer, während dessen jedes Ob­ jekt oder Ziel innerhalb dieser Nachweiszone effektiv Ultra­ schallenergie reflektiert, die von dem Wandler aufgenommen, in elektrische Energie umgewandelt und über die Leitung 76 in das Steuerungssystem 80 übertragen wird. Nach dieser Ausführungs­ form der Erfindung bietet die Nachweishüllkurve 84 eine Nach­ weisreichweite 86 von deren Rotationsachse 88 aus bis zu etwa 2,1 m (7 ft.), welche während jedes Ultraschall-Abfragezyklus im wesentlichen zeitunverändert gehalten wird. Ferner hat die in Fig. 5 gezeichnete Nachweishüllkurve einen maximale Sektor­ abmessung von etwa 20°.

Gemäß Fig. 5 tastet das Wandlerelement 36 eine Abtastzone ab, die deutlich größer ist als diejenige, die durch eine einzelne Nachweishüllkurve 84 erfaßt wird, indem das Wandlerelement 36 um seine Drehachse 88 über einen Schwenkwinkel von weniger als 360°, z. B., wie gezeichnet, 180°, bewegt wird. Diese Abtast­ bewegung des Wandlers erfolgt durch Winkelbewegung um 90° in entgegengesetzten Richtungen von der in Fig. 5 gezeigten Posi­ tion Null aus, nach Maßgabe des obenerwähnten Pulsens der elektromagnetischen Spule des Abtastantriebs 56. Fig. 10 ist ein Diagramm der Nachweishüllkurve 84 in einer Mehrzahl von Schwenkwinkelpositionen, in denen sie nach dem Beginn jedes Abfragezyklus, gekennzeichnet durch einen dem Wandler zuge­ führten Impuls von etwa 250 µs Dauer, steht. Der Spule 58 zu­ geführte elektrische Antriebsimpulse werden nach Intensität und Zeitsteuerung variiert, um die geforderten Operationsbe­ ziehungen zwischen Wandleremission und Position in Reaktion auf den Nachweis der Position Null des Wandlers und dessen Schwenkwinkel und Positionen herbeizuführen und aufrechtzuer­ halten, begrenzt durch das Anstoßen an den Gummibandanschlägen 30. Das Pulsen des Wandlerelements 36 zur Abgabe von Ultra­ schallenergie aus dem Wandler erfolgt über die Leitung 76, die elektrisch leitenden Zentrierfederelemente 46 und einen Puls­ treiber 92 in einer Sende-Empfang-Schaltung 102 mit Steuerung von pulserzeugenden Signalen und Schaltsignalen, die dieser von den Signalausgangsports 94 und 96 eines Mikrocomputers 98 zugeführt werden. Von dem Wandlerelement als Ergebnis von Re­ flexionen an Gegenständen innerhalb der Nachweiszone abgelei­ tete Echosignale werden ferner durch die Spiralfederelemente 46 und die Leitung 76 einem rauscharmen Verstärker 100 in der Sende-Empfang-Schaltung 102 zugeführt. Die verstärkten Echo­ signale werden in einen Negativ-Peak-Detektor 104 der Sende- Empfang-Schaltung gegeben, aus der ein Ausgangswert an den Eingangsport 106 des Mikrocomputers 98 gelangt. Die durch den Eingangsport 106 des Mikrocomputers aufgenommenen Signaldaten werden benutzt, um Zielobjekte, von denen Echos reflektiert werden, zu analysieren und um andere Funktionen auszuüben nach Maßgabe von Programm-Algorithmen, einschließlich der Anzeige von Informationen über Abstand und Art des nachgewiesenen Ziels auf einem Display 108. Diese Analyse der Echosignale durch den Mikrocomputer hängt natürlich ab von der zeitlichen Beziehung zu dem Pulsen der elektromagnetischen Spule 58 und dem Nachweis der erwähnten Null- und Grenzpositionen des Wand­ lers während seiner Abtastschwenkung. Das Bewegen des Wand­ lers und der Nachweis von dessen Positionen erfolgt durch eine Abtastantriebs- und Sensor-Komponente 110, wie in Fig. 5 sche­ matisch angegeben. Die Komponente 110 umfaßt einen löschbaren Antriebskreis 112 und einen Positionssignalumformer 114. Die elektromagnetische Spule 58 ist über den löschbaren Antriebs­ kreis 112 und die erwähnte Leitung 68 an einen Impulssignal­ ausgangsport 116 des Mikrocomputers angeschlossen. Die Wand­ lerpositionssignale werden von dem Positionssignalumformer 114 nachgewiesen, der ebenfalls über die Leitung 68 mit der Spule 58 verbunden ist. Der Positionssignalumformer 114 ist an ei­ nen Positionssignaleingangsport 118 des Mikrocomputers ange­ schlossen.

Außerdem umfaßt das Steuerungssystem 80 eine Spannungsquelle in Form einer Batterie 120, deren positiver Polanschluß an die löschbare Treiberschaltung 112, den Pulstreiber 92 und einen Spannungsregler 122 angeschlossen ist. Der Spannungsregler 122 liefert zwei Ausgangsspannungen unterschiedlicher Höhe, und zwar eine 1,8 V-Bezugsspannung in der Leitung 124, die mit dem Mikrocomputer 98 und dem Positionssignalumformer 114 ver­ bunden ist, und eine positive 5 V-Spannung in die Leitung 126, die mit dem Pulstreiber 92, dem rauscharmen Verstärker 100 und dem Negativ-Peak-Detektor 104 zum Liefern der Betriebsspannung verbunden ist. Die Vorspannungsleitung 124 liefert einen Be­ zugswert gegen Erde gegenüber den Wechselstromsignalen in dem Mikrocomputer 98.

Der Mikrocomputer 98, der über den Sende-Empfang-Kreis 102 und die Treiber/Sensor-Komponente 110, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben, mit der Wandleranordnung 10 in Schnittstellenverbindung steht, steuert das Arbeiten der Komponenten und stellt Wechselwirkung zwischen ihnen her und übt verschiedene Datenanalysefunktionen aus, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt. Danach werden die Wandlerim­ pulssignale an dem Signalausgangsport 94 des Computers gleichzeitig mit der Erzeugung von an den Port 96 gegebenen Steuersignalen erzeugt. Die reflektierten Echosigna­ le, die von dem Sende-Empfang-Kreis 102 an den Computerport 106 gegeben werden, gelangen zu einem Echosignalempfänger, von dem aus sie zur späteren Analyse abgetastet werden. Ein Systemzeitschalter taktet auch den Betrieb eines Treibimpulsge­ nerators 194, durch welchen Impulse an den Ausgangsport 116 des Computers geleitet werden für die Lieferung von Signalen an die löschbare Treiberschaltung 112. Positionsabtastsignale aus dem Positionssignalumformer 114 gegenüber der Position Null des Wandlers, werden von dem Port 118 einem Null-Positionsdetektor 195, einem Detektor 197 für Wellenformperiodenabweichung und einem Rechner 196 zugeführt, um die augenblicklichen physikalischen Ortskennwerte des Ziel­ objekts gegenüber der augenblicklichen Position des Wandlers zu berechnen. Der Rechner 196 erhält außerdem Echosignal­ information als Eingang, wie Fig. 6 zeigt.

Die Echosignalinformation wird durch den Computer aus dem Echosignalempfänger 186 entnommen, um Signalfehler zu vermei­ den. Der Ausgang des Signalabtasters 188 wird einem Impuls­ dauerkomparator 198 zugeführt, mit dem der Systemzeitschalter 190 verbunden ist, um die entnommene Information auf Echoim­ pulse von vorbestimmter Dauer zu beschränken, die gültige Da­ ten darstellen. Der Ausgang des Komparators 198 wird dann ei­ nem Impulssperrkreis 200 zugeführt, durch welchen ungültige Echoimpulse ausgeschieden werden, bevor diese Echoimpulse auf einen Impuls-Überlappungs-und Rausch-Kompensator 202 übertra­ gen werden. Der Impulssperrkreis scheidet außerdem Signalim­ pulse aus, die infolge Systemrauschens auftreten, das von dem Detektor 204 umgeformt und dem Komparator 206 zum Vergleich mit dem abgetasteten Echosignalausgang des Abtasters 188 zuge­ führt wird. Die Ausgangsgröße des Impulsdauerkomparators 198 wird außerdem einem Bezugsspeicher 208 zugeführt, der parallel zu dem Ausgang des Systemzeitschalters und einem Impulsampli­ tudenschwellwertdetektor 210 liegt, die Ausgangsgröße des ab­ getasteten Echosignals ebenfalls zugeführt wird. Der Ausgang des Impulsamplitudenschwellwertdetektors 210 ruft den erwähn­ ten Impulsüberlappungs- und Rausch-Kompensator 202 auf, um das Ausscheiden von ungültiger Echoinformation aus den Daten abzu­ schließen, die dem erwähnten Zielortrechner 196 zugeführt wer­ den, und aus seiner berechneten Ausgangsgröße durch einen Echosignalanalysator 212. Die Ausgangsgrößen des Rechners 196 und des Analysators 212 liefern somit Informationen hinsicht­ lich Ort und Art des Ziels, die an dem erwähnten Zielinforma­ tionsdisplay 108 abgelesen werden können.

Um die Schwingung des Wandlers über seinen Schwenkwinkel hin­ weg konstant zu halten, wird das Arbeiten des Impulserzeugers 194 durch den Antriebseinsteller 199 und die Richtungssteue­ rung 201 kontrolliert. Der Antriebseinsteller 199 verändert die Dauer der erzeugten Impulse, die nach Maßgabe von Abwei­ chungen in der Periode der Spulenwellenform erzeugt werden, reflektiert durch Ausgangssignale von Detektor 197. Die Ar­ beitsweise der Richtungssteuerung 201 andererseits wird durch Ausgangsgrößen von den beiden Detektoren 195 und 197 bestimmt.

Um die zuvor in Fig. 6 schematisch dargestellten Funktionen auszuüben, wird der Computer 98 programmiert in Verbindung mit den Antriebsoperationen, die durch den elektromagnetischen Abtastan­ trieb 56 und die damit zusammengeschaltete Treiber/Sensor-Kom­ ponente 110 gemäß einem Programm 238 vorgenommen wurde, wie in dem Programmablaufplan nach Fig. 7 angegeben.

Wie bereits erwähnt, wird das Wandlerelement 36 unter Rechner­ kontrolle veranlaßt, um die Vertikalachse 88 zu schwingen (vgl. Fig. 5), um alle Gegenstände innerhalb einer Halbkugel­ zone nachzuweisen, die eine Reichweite von etwa 2,1 m hat. Dazu ist der Computer 98 programmiert, eine Ab­ tastschwenkung des Wandlerelements aus einer Winkelposition Null des Vektors 82 in Fig. 5 in einander entgegengesetzten Richtungen zu beginnen. Der Beginn dieser Bewegung des Wand­ lerelements ist in dem Programmablaufplan nach Fig. 7 bei Start 214 angegeben. Antriebsimpulse unterschiedlicher Dauer werden erzeugt, wie bei 216 in Fig. 7 angegeben, durch den Wandler-Im­ pulsgenerator 194, wie früher im Zusammenhang mit Fig. 6 er­ wähnt, was zu dem früher beschriebenen Impulsbetrieb der elek­ tromagnetischen Spule 58 führt. Die Messung der Spulenfeld- Wellenform, die von der elektromagnetischen Spule 58 hervorge­ rufen ist, hinsichtlich Periode und Amplituden­ höchstwert, erfolgt durch Signale, die durch den früher be­ schriebenen Positionssignalumformer 114 erzeugt werden und an den Port 118 des Computers geführt werden. Aus der Analyse derartiger Wellenformmessungen, die von dem Computer durch De­ tektoren 195 und 197 vorgenommen werden, wird die Schwenkperi­ ode überwacht, so daß, wenn sie gleich einem vorgegebenen Wert P₁ ist oder ihn übersteigt, wie in dem Entscheidungsblock 220 aus Fig. 7 angezeigt, der Computer die Werte von Periode und Amplitudenhöchstwert dieser Wellenformmessung speichert, wie bei 222 in Fig. 7 angegeben. Die von dem Computer aufgezeich­ neten, zeitlichen Abstand aufweisenden Amplitudenhöchstwerte werden verglichen, wie bei 224 angegeben, um eine Einstellung durch die Einstelleinrichtung 199 für die Antriebsimpulserzeu­ gung vorzunehmen. Derartige Einstellungen werden vorgenommen, um eine gleichbleibende Schwingung des Wandlers über den 180°-Bogen gemäß der oben beschriebenen Ausführung der Erfindung aufrechtzuerhalten. Wenn dann die an dem Ent­ scheidungsblock 220 bestimmte Schwenkperiode größer ist als der vorbestimmte Wert P₁, wird eine Leistungsherabsetzung vor­ genommen durch eine Verzögerungs-Operation 228, wenn sie durch die Operation 224 des Amplitudenhöchstwertvergleichs ausgelöst wird. Eine derartige Leistungs-Einstellung durch die Verzöge­ rungs-Operation 228 wird herbeigeführt durch die Zeitsteuerung der Antriebsimpulserzeugung bei 216, die dadurch gemäß Fig. 7 zum Zweck der Leistungseinstellung stabilisiert wird. Eine Verzögerungsoperation 226 stellt ferner die Zeitsteuerung für die Antriebsimpulse ein, vorausgesetzt, die Schwenkperiode der gemessenen Spulenwellenform ist gleich dem oder größer als der Wert P₁, wie in dem Entscheidungsblock 220 angegeben, wenn der Antriebsimpuls eine Schwenkperiode zur Hälfte durchlaufen hat, wie bei Entscheidungsblock 230 angegeben. Falls der Antriebs­ impuls den Ort der halben Wegstrecke in der Schwenkperiode nicht erreicht hat, wird der Meßvorgang wiederholt.

Es ist zu beachten, daß, wenn die Schwingbewegung des Wandler­ elements begonnen hat, eine gewisse Verzögerung vor der ver­ langten Bewegung durch den 180°-Boden auftritt. Wenn der Am­ plitudenhöchstwert der Wellenform um den eingestellten richti­ gen Schnitt größer geworden ist (vgl. Entscheidungsblock 232 in Fig. 7), wird die Erzeugung von Antriebsimpulsen fortge­ setzt. Anderenfalls wird die Leistungseinstelloperation aus­ gelöst.

Fig. 8 zeigt in Kurvenform den Beginn der dem Wandlerelement erteilten Schwingbewegung, wiedergegeben durch eine typische Spulenwellenform 234₁ mit Bereichen mit verhältnismäßig nied­ rigen Amplitudenhöchstwerten 236₁, gemessen beispielsweise, wenn das Wandlerelement nach einer Ausführungsform der Erfin­ dung eine 10°-Auslenkung aus der Winkelposition Null nach ei­ ner Ausführungsform der Erfindung erfährt. Wenn das Wandler­ element eine Position 40° erreicht, zeigen die Bereiche des Amplitudenhöchstwerts 236₂ der Wellenform 234₂ höhere Werte. Ferner hat die Dauer der Impulse 236₂, wie man sieht, von t₁ auf t₂ abgenommen. In der 60°-Position des Wandlerelements hat die maximale Amplitude 236₃ des Impulses weiter zugenom­ men, während die Impulsdauer sich weiter auf t₃ verkürzt hat. Wenn die normale Bewegung in der 90°-Position des Wandlerele­ ments erreicht ist, haben die Maximalwerte 236₄ der Impulse in der Wellenform 234₄ ihren höchsten Wert erreicht, und ihre Dauer hat ihren kleinsten Wert t₄. Die Perioden der Wellen­ form während der Bewegung des Wandlers zwischen den Grenzposi­ tionen von 90° in beiden Richtungen gegenüber der Position Null, wie durch den Positionsabtastkreis nachgewiesen, bleiben mit P₁ im wesentlichen konstant, wie in Fig. 8 erkennbar. Wenn die Tendenz besteht, daß das Wandlerelement über seine Grenz­ positionen hinaus bewegt wird, berührt der Permanentmagnet 74 die erwähnten Gummibandanschläge 30 und verursacht ei­ ne Herabsetzung der Wellenformperiode auf einen Wert P₂, wie aus der Wellenformkurve 234₅ erkennbar, die außerdem durch ei­ ne weitere Herabsetzung der Impulsdauer t₅ und eine weitere Zunahme der Amplitude der Impuls-Höchstwerte 236₅ gekennzeich­ net ist. Die normale Bewegung des Wandlerelements wird wie­ derhergestellt und danach beibehalten als Ergebnis des Nach­ weises der Winkelposition Null des Wandlerelements und der Wirkung des Anstoßens an die Gummibandanschläge in den Schwenkwinkelgrenzpositionen des Wandlerelements unter Rech­ nersteuerung gemäß dem im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Schwenkantriebsprogramm 238.

Wenn der Wandler sich seiner Winkelposition Null nähert oder sich von ihr entfernt, verdeckt das Erregen der Spule 58 durch einen Antriebsimpuls den Positionssignalumformer 114, so daß dessen Betrieb vorübergehend gesperrt wird. Wegen der Verset­ zung zwischen der Polfläche 72 und der Achse der Spule 58 in der Winkelstellung Null des Wandlers, wie zuvor erwähnt, und der vorübergehenden Sperrung des Positionssignalumformers 114 wird die Wellenformperiodenmessung um einen kleinen Betrag entweder verlängert oder verkürzt, je nach der Richtung der zugeführten, magnetischen Bewegungskraft oder des Spulenerre­ gungsstroms. Der Computer erhält dadurch die Möglichkeit über die Detektoren 195 und 197 die Richtung vorauszusagen, in wel­ cher der Wandler aus seiner Winkelposition Null bewegt werden wird, um die Impulserzeugung richtungsmäßig in diese Position zu steuern, wie oben in Verbindung mit dem Funktionsdiagramm der Fig. 6 beschrieben.

Fig. 9 ist ein Programmablaufplan, der das Wandlerimpuls-Zeit­ steuerung-Programm im Zusammenwirken mit dem Schwenkantriebs­ programm 238 darstellt, um das richtige Pulsen des Wandlerele­ ments zur Aussendung von Ultraschallenergie aus dem Wandler, wie beschrieben, zu bewirken. Wie in Fig. 9 gezeigt, beginnt das Zeitsteuerungsprogramm mit dem Start 240, hervorgerufen durch das Abtasten der Position des Wandlerelements durch den Puls-Positionssignalumformerkreis 114 und den Detektor 195. Wenn festgestellt wird, daß der Wandler sich in der Position Null befindet, wie durch den Entscheidungsblock 242 in Fig. 9 angegeben, werden dem Wandlerelement Impulse zugeführt, wie durch die Operation 244 angegeben. Wenn die Bewegung des Wandlerelements beendet ist, wie bei Entscheidungsblock 246 angezeigt, wird die Impulserzeugung beendet, wie bei 248 ange­ geben, und der Vorgang wiederholt. Wenn die Bewegung des Wandlerelements nicht beendet ist, wird ein weiterer Impuls zugeführt, wie bei Entscheidungsblock 246 angegeben.

Mit dem Beenden der Impulserzeugung, wenn die Bewegung des Wandlerelements in seiner Winkelposition Null endet, wird eine Richtungsumkehr der Bewegung vorgenommen durch Richtungssteue­ rung 201, wie bei 250 in Fig. 9 angedeutet, wodurch das vorer­ wähnte Schwenkantriebsprogramm 238 eingeleitet wird. Dieses Programm steht in Verbindung mit der Abfragezyklussteuerung 192 bzw. einer Wartezeitsteuerung 252, um die Zeitsteuerung der Pulsoperation 244 bzw. Pulsabschlußoperation 248 zu stabi­ lisieren, damit der Wandlerpulsprozeß mit dem Prozeß des Schwenkantriebsprogramms koordiniert wird.

Als Ergebnis des Computer-Steuerprogramms, das dem Pulsen des Wandlerelements und seiner Bewegung unter der Steuerung des elektromagnetisch Abtastantriebs 56 aufgeprägt ist, ergibt sich ein Nachweishüllkurvenmuster, wie in der erwähnten Fig. 10 dar­ gestellt. Der Ort eines beliebigen Gegenstands 254 innerhalb der durch die Nachweishüllkurven 84 in den verschiedenen Win­ kelpositionen überdeckten Zone, wie in Fig. 10 gezeichnet, ruft an Zielobjekten Echoreflexionen hervor, mit deren Hilfe der Ort und die Art eines solchen Gegenstands oder Ziels bestimmt wird durch Analyse dieser aufgenommenen und an den Computer übermittelten Echosignale, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 be­ schrieben.

Claims (5)

1. Abtastvorrichtung zum Erkennen eines entfernten Ziels, mit einem einzigen Wandler (36),
mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (102) zum periodischen Senden und Empfangen von durch den Wandler (36) umgewandelten Signalen,
mit einem Abtastantrieb (56), der in Wirkverbindung mit dem Wandler (36) steht, um diesen zur Abtastung über einen Schwenk­ winkel von weniger als 360° zu bewegen,
mit Anschlußmitteln (76, 78), die den Wandler (36) und die Sende-/Empfangs­ einrichtung (102) elektrisch miteinander verbinden,
mit zwei Federelementen (46), die jeweils zwischen dem Gehäuse (12) der Abtastvorrichtung und dem Wandler (36) angeordnet sind, aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehen und Teil der elektrischen Anschlußmittel sind, wobei der Abtastantrieb (56) eine elektromagnetische Spule (38) im Gehäuse und einen am Wandler (36) angebrachten Permanentmagneten (74) aufweist und an die Spule (38) ein Stromimpuls anlegbar ist, dessen Größe die Winkelstellung des Wandlers (36) bestimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Abtastantrieb (56) durch eine versetzte Anordnung von Spule (38) und Permanentmagnet (74) unsymmetrisch ausgebildet ist, und
• b) die Federelemente (46) so angeordnet sind, daß sie eine Zen­ trierung des Wandlers (36) im Ruhezustand bewirken.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spule (38) zugeführten Stromimpulse eine solche Polarität haben, daß der Permanentma­ gnet (74) von der Spule (38) abgestoßen wird.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Anschlagsmittel (30) zum Begrenzen der Ab­ tastbewegung des Wandlers (36) aus der Position Null heraus.

4. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit dem Abtastantrieb (56) verbundene Positionsabtasteinrichtung (110, 112, 114) zum Nachweis des Anstoßens des Wandlers (36) an die Anschlageinrichtung (30) und eintreffen des Wandlers (36) in der Position Null während sei­ ner genannten Abtastbewegung, sowie durch eine einstellbare Einrichtung (98) zum steuerbaren Verändern der Bewegungskräfte nach Größe und Phase, um die genannte Bewegung des Wandlers (36) über einen Schwenkwinkel nach Maßgabe des genannten Nach­ weises der Position Null und des Anstoßens an die Anschlagein­ richtung (30) aufrecht zu erhalten.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Sende-/Empfangseinrichtung (102) verbundene Impulssteuerungseinrichtung (in 98 und 102) zum Stabilisieren der periodischen Erzeugung der Signalenergie in zeitgesteuerter Beziehung zu der Abtastbewegung des Wandlers (36).