DE4143557C2 - 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 Ultraschallwandler mit einer Sende-/Empfangseinrichtung zum periodischen Senden und Empfangen von durch den Ultraschallwandler umgewandelten Signa­ len. Der Wandler wird mit Hilfe einer Antriesbseinrichtung an­ getrieben, um diesen über einen bestimmten Schwenkwinkel zu be­ wegen, wobei zwei Federelemente vorgesehen sind, welche die Form von elektrisch leitenden Blattfedern haben und die Teil der elektrischen Leitungen zwischen Sende-/Empfangseinrichtung und dem Ultraschallwandler sind. Der Abtastantrieb dieser be­ kannten Konstruktion enthält ferner eine elektromagnetische Spule im Gehäuse und einen am Ultraschallwandler angebrachten Permanentmagneten, wobei der Abtastantrieb dabei durch Anlegen eines Stromimpulses an die genannte Spule erfolgt und die Win­ kelstellung 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.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art zum Erkennen eines entfernten Ziels zu schaffen, bei der die Abtastbewegung des Wandlers sehr genau und feinfühlig gesteuert und einge­ stellt werden kann.

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

Im folgenden wird die Erfingung anhand eines Ausführungsbei­ spiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer auf einer Plattform angebrachten Ultraschallwandler-Anordnung;

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

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

Fig. 4 ein 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 Steuerungssystem ver­ anschaulicht;

Fig. 6 ein Detailschaltbild einiger der in Fig. 5 schematisch angedeuteten Schaltungskreise;

Fig. 7 ein Programmablaufplan zur Darstellung des zu dem in Fig. 5 angegebenen Mikrocomputers gehörigen Abtastantriebspro­ gramms;

Fig. 8 ein Programmablaufplan des zu dem Betrieb des Wandlers gehörigen Wandlerpuls-Zeitsteuerungsprogramms in bezug auf den Abtastantriebsvorgang; und

Fig. 9 eine kurvenmäßige Darstellung der Nachweis-Hüllkurven, die durch die Aussendung von Ultraschallenergie von dem Wandler in Verbindung mit der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten An­ ordnung 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 wer­ den kann, mit dem ein Nachweissystem für einen entfernten Ge­ genstand 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 Ultraschallwandler-Element 36 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 auf genommen (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 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 Abtasterantrieb 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 Abtasteran­ 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 Abtasterantriebs 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 Anstoßen des Stabmagneten 74 an den Gummibandanschlägen 30, wenn der Stabmagnet 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 58 des Antriebs 56. Fig. 11 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- Ernpfang-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 rücksetzbaren 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 Bateterie 120, deren positiver Polanschluß an den rücksetzbaren Antriebskreis 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, den, 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.

Die zu dem Sende-Empfang-Kreis 102 gehörige Schaltung ist im einzelnen in Fig. 6 dargestellt. Der Pulstreiber 92 umfaßt zwei hintereinandergeschaltete Transistoren 128 und 130, die an Erde und an den Pluspol der Batterie geschaltet sind, um einen Impulsausgang von ihren zusammengeschalteten Kollektoren über die Leitung 76 auf das Wandlerelement 36 zu geben, wenn ein Signaleingang von 200 kHz Frequenz von dem Ausgangsport 94 des Mikrocomputers über den Widerstand 132 an die Basis des Transistors 134 gegeben ist, um über den Widerstand 136 eine Steuervorspannung an die Basis des Transistors 128 zu geben. Der Ausgang von den zusammengeschalteten Kollektoren der Tran­ sistoren 128 und 130 wird gesteuert durch das Steuersignal, das von dem Port 96 über den Widerstand 138 an die Basis des Steuer-Transistors 140 gelangt und ihn veranlaßt, periodisch einzuschalten und Basisvorspannung an die Basis des Transi­ stors 130 zu geben, um diesen leitfähig zu machen. Das Impuls­ eingangssignal an dem erwähnten Port 94 wird außerdem über den Widerstand 142 an die Basis des Steuertransistors 144 gegeben, dessen Kollektor an den Verknüpfungspunkt zwischen dem Wider­ stand 146 und der Basis des Transistors 130 geschaltet ist und dessen Emitter zusammen mit den Emittern der Transistoren 130 und 134 an Erde liegt.

Die von dem Ultraschall-Wandler 36 nachgewiesenen Echosignale werden über die Leitung 76 und den Kondensator 148 an die Ba­ sis des Transistors 150 in dem rauscharmen Verstärker 100 ge­ geben, der auf hohe Verstärkung und niedriges Rauschen abge­ stimmt ist durch die geerdete regelbare Drossel 152, die über den Kondensator 154 mit dem Emitter des Transistors 150 ver­ bunden ist, der durch den Widerstand 156 über Erdpotential ge­ halten wird. Der Ausgangskollektor des Transistors 150, dem über den Widerstand 158 Vorspannung aus der 5 V-Spannungsquel­ le 126 zugeführt wird, ist mit der Basis des Transistors 162 verbunden, abgestimmt durch die regelbare Drossel 164, die über den Kondensator 166 an den über den Widerstand 168 mit positiver Vorspannung von der Spannungsquelle 126 versorgten Emitter, des Transistors 162 angeschlossen ist. Weitere Abstim­ mung erfolgt dadurch, daß der Ausgang am Kollektor des Transi­ stors 162 an die Basis des Transistors 170 geführt ist, dessen Emitter über den Kondensator 172 mit einer geerdeten regelba­ ren Drossel 174 verbunden ist, um ein Q von etwa 20 für den rauscharmen Verstärker 100 herbeizuführen, mit einer Verstär­ kung von etwa 100.000 bei Ultraschallfrequenzen. Der verstärk­ te und gefilterte Signalausgang am Kollektor des Transistors 170 wird der Basis des Transistors 176 zugeführt, der in Ver­ bindung mit seinem Emittervorspannungswiderstand 178 und ge­ erdeten Kondensator 180 einen einfachen Negativ-Peak-Detektor mit Filter bildet. Die Ausgangsgangsgröße des Transistors 176 an dessen Emitter wird an den erwähnten Signal-Eingangsport 106 des Mikrocomputers 98 zur Analog/Digital-Umwandlung und Analyse gegeben. Diese einlaufenden Ultraschall-Reflexions- Signale werden von dem Mikrocomputer alle 138 µs abgetastet und liefern dadurch ein effektives Einweg-Entfernungs-Auflö­ sungsvermögen von etwa 7,5 cm (etwa 3 inches).

Aus den Fig. 5 und 6 ist weiterhin zu entnehmen, daß der rücksetzbare Antriebskreis 112 den Transistor 182 umfaßt, des­ sen Basis über den Widerstand 184 an den Impulstreiberaus­ gangsport 116 des Mikrocomputers angeschlossen ist. Der Aus­ gangs-Kollektor 182 ist über den Widerstand 186 mit der Basis des Leistungstransistors 188 verbunden, wodurch dieser zum Einschalten veranlaßt wird und Strom von dem Batterieanschluß an den Eingangsanschluß der Spule 58 über die erwähnte Leitung 68 leitet.

Der Anschluß der Spule 58 ist außerdem über die Reihenschal­ tung von Kondensator 190 und Widerstand 192 mit dem Negativ­ eingang des Rechenverstärkers 194 des Positionssignalumformers 114 verbunden. Der positive Bezugsanschluß des Verstärkers 194 liegt an der Vorspannungsleitung 124. Die Rückkopplung für den Rechenverstärker wird durch die Parallelschaltung von Rückkopplungskondensator 196 und Widerstand 198 hergestellt, um Signale aus der Spule 58 nachzuweisen, sie zu bandfiltern und dreißigfach zu verstärken. Eine Diode 200, welche die Lei­ tung 68 von der Spule 58 mit Erde verbindet, verhindert es, daß induktive Rückstoßspannungen den Transistor 188 des Treibers zerstören, wenn die Spule abgeschaltet wird.

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 Halbkugelzo­ ne nachzuweisen, die eine Reichweite von etwa 2,1 m (etwa 7 ft) hat. Dazu ist der Computer 98 programmiert, eine Abtastschwen­ kung des Wandlerelements aus einer Winkelposition Null des Vek­ tors 82 in Fig. 5 in einander entgegengesetzten Richtungen zu beginnen. Der Beginn dieser Bewegung des Wandlerelements ist in dem Programmablaufplan nach Fig. 7 bei Start 214 angegeben. An­ triebsimpulse unterschiedlicher Dauer werden erzeugt, wie bei 216 in Fig. 7 angegeben, was zu dem früher beschriebenen Im­ pulsbetrieb der elektromagnetischen Spule 58 führt. Die Messung der Spulenfeld-Wellenform, die von der elektromagnetischen Spu­ le 58 hervorgerufen (vgl. 218) ist, hinsichtlich Periode und Amplitudenhöchstwert, erfolgt durch Signale, die durch den frü­ her beschriebenen Positionssignalumformer 114 erzeugt worden und an den Port 118 des Computers geführt werden. Aus der Ana­ lyse derartiger Wellenformmessungen, die von dem Computer durch Detektoren vorgenommen werden, wird die Schwenkperiode über­ wacht, 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 Amplituden­ höchstwert dieser Wellenformmessung speichert, wie bei 222 in Fig. 7 angegeben. Die von dem Computer aufgezeichneten, zeitli­ chen Abstand aufweisenden Amplitudenhöchstwerte werden vergli­ chen, wie bei 224 angegeben, um eine Einstellung für die An­ triebsimpulserzeugung (vgl. 216) vorzunehmen. Derartige Ein­ stellungen werden vorgenommen, um eine gleichbleibende Schwin­ gung des Wandlers über den 180°-Bogen gemäß der oben beschrie­ benen Ausführung der Erfindung aufrechtzuerhalten. Wenn dann die an dem Entscheidungsblock 220 bestimmte Schwenkperiode grö­ ßer ist als der vorbestimmte Wert P₁, wird eine Leistungsherab­ setzung vorgenommen durch eine Verzögerungs-Operation 228, wenn sie durch die Operation 224 des Amplitudenhöchstwertver­ gleichs ausgelöst wird. Eine derartige Leistungs-Einstellung durch die Verzögerungs-Operation 228 wird herbeigeführt durch die Zeitsteuerung der Antriebsimpulserzeugung bei 216, die da­ durch gemäß Fig. 8 zum Zweck der Leistungseinstellung stabili­ siert 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 angege­ ben. Falls der Antriebsimpuls den Ort der halben Wegstrecke in der Schwenkperiode nicht erreicht hat, wird der Meßvorgang wie­ derholt.

Es ist zu beachten, daß, wenn die Schwingbewegung des Wandlere­ lements begonnen hat, eine gewisse Verzögerung von der verlang­ ten Bewegung durch den 180°-Boden auftritt. Wenn der Amplitu­ denhöchstwert der Wellenform um den eingestellten richtigen Schritt größer geworden ist (vgl. Entscheidungsblock 232 in Fig. 7), wird die Erzeugung von Antriebsimpulsen fortgesetzt. Anderenfalls wird die Leistungseinstelloperation ausgelöst.

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 ent­ weder verlängert oder verkürzt, je nach der Richtung der zuge­ führten magnetischen Bewegungskraft oder des Spulenerre­ gungsstroms.

Fig. 8 ist ein programmablaufplan, der das Wandlerimpuls- Zeitsteuerungs-Programm im Zusammenwirken mit dem Schwenkan­ triebsprogramm 238 darstellt, um das richtige Pulsen des Wand­ lerelements zur Aussendung von Ultraschallenergie aus dem Wand­ ler, wie beschrieben, zu bewirken. Wie in Fig. 8 gezeigt, be­ ginnt das Zeitsteuerungsprogramm mit dem Start 240, hervorgeru­ fen 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. 8 angegeben, werden dem Wandlerelement Impulse zugeführt, wie durch die Operation 244 angegeben. Wenn die Bewegung des Wand­ lerelements beendet ist, wie bei Entscheidungsblock 246 ange­ zeigt, wird die Impulserzeugung beendet, wie bei 248 angegeben, und der Vorgang wiederholt. Wenn die Bewegung des Wandlerele­ ments 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. 8 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 stabilisie­ ren, damit der Wandlerpulsprozeß mit dem Prozeß das Schwenkan­ triebsprogramms koordiniert wird.

Als Ergebnis des Computer-Steuerprogramms, das dem Pulsen des Wandlerelements und seiner Bewegung unter der Steuerung des elektromagnetischen Antriebs 56 aufgeprägt ist, ergibt sich ein Nachweishüllkurvenmuster, wie in der erwähnten Fig. 9 darge­ stellt. Der Ort eines beliebigen Gegenstandes 254 innerhalb der durch die Nachweishüllkurven 84 in den verschiedenen Winkelpo­ sitionen überdeckten Zone, wie in Fig. 9 gezeichnet, ruft an Zielobjekten Echoreflexionen hervor, mit deren Hilfe der Ort und die Art eines solchen Gegenstandes oder Ziels bestimmt wird durch Analyse dieser aufgenommenen und an den Computer übermit­ telten Echosignale.

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 Schwenkwinkel von weniger als 360° zu bewegen,
mit Anschlußmitteln (76, 78), die den Wandler (36) und die Sende-/Empfangseinrichtung (102) elektrisch miteinander verbinden, und
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 (58) im Gehäuse und einen am Wandler (36) angebrachten Permanentmagneten (74) aufweist und an die Spule (58) ein Stromimpuls anlegbar ist, dessen Größe die Winkelstellung des Wandlers (36) bestimmt, und
wobei die Sende-/Empfangseinrichtung einen Impulstreiber (92; 192) enthält, welcher von einem Mikrocomputer (98) puls­ erzeugende Signale und Schaltsignale empfängt, sowie einen rauscharmen Verstärker (100), der die Echosignale von dem Wandler (36) empfängt und verstärkt,
einen Spitzendetektor (104), welcher die verstärkten Echosi­ gnale aufnimmt und dessen Ausgangssignal an den Mikrocomputer (98) zur Auswertung abgegeben wird,
eine Abtastantriebs- und Sensoreneinrichtung (110) mit einem rücksetzbaren Antriebskreis (112) und einem Positionssignal­ umformer (114), wobei die elektromagnetische Spule (58) über den rücksetzbaren Antriebskreis (112) mit dem Mikrocomputer (98) verbunden ist und der Positionssignalformer (114) einerseits mit der elektromagnetischen Spule (58) und anderer­ seits mit dem Mikrocomputer (98) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abtastantrieb (56) durch eine versetzte Anordnung von der Spule (38) und des Permanentmagneten (74) unsymmetrisch ausgebildet ist und
daß die Federelemente (46) so angeordnet sind, daß sie eine Zentrierung des Wandlers (36) im Ruhezustand bewirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulstreiber (92; 192) zwei hintereinander geschaltete Transistoren (128, 130) aufweist, die in Reihe zwischen eine Spannungsquelle geschaltet sind und einen Impulsausgang an ihren zusammengeschalteten Kollektoren an den Wandler (36) abgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulserzeugende Signal eine Fre­ quenz von 200 kHz aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rauscharme Verstärker (100) abstimmbar ausgebildet ist und für seine Abstimmung mehrere regelbare Drosseln (164, 152, 174) ent­ hält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendetektor (104) aus einem Detektor für negative Span­ nungsspitzen besteht.