DE4208294A1 - Verfahren zur ultraschall-detektion - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionserfassung eines Gegenstandes nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US-PS 33 42 284 und der DE-PS 34 42 154 bekannt. Im bekannten Fall werden die Ultraschall (US)-Sendewandler vorzugsweise in ihrer Eigen­ resonanzfrequenz angeregt, da man dann ein Maximum des abge­ strahlten US-Signales erzielt. Der US-Empfangswandler, der im Durchstrahlverfahren als separater Wandler angeordnet oder im Reflexverfahren auch durch den gleichen Wandler vorgegeben sein kann, ist in seiner Eigenresonanzfrequenz auf die Frequenz der empfangenen Ultraschallwellen abgestimmt, so daß er in Eigen­ schwingung gerät und ein entsprechend lang andauerndes elektrisches Schwingungssignal erzeugt.

Um Fehlimpulse auf Grund von unerwünscht reflektierten Wellen oder durch stehende Wellen auszuschließen, ist es im eingangs genannten Stand der Technik ferner bekannt, ein Zeitfenster für den Empfang der Ultraschallwellen vorzugeben, dessen zeitliche Lage auf die direkte Ultraschall-Laufzeit zwischen Sende- und Empfangswandler abgestimmt ist. Da der Empfangswandler in seiner Eigenresonanz auf die Frequenz der empfangenen Ultraschallwellen abgestimmt ist, schwingt er über die Dauer der Anregungsimpulse hinaus und es ist daher erforderlich, den Abtastbereich beim Empfang zu begrenzen. Ferner führt das lange Nachklingeln zu einer Beschränkung der Meßzyklusfrequenz.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß der Empfang der Ultraschallwellen in einfacher Weise detektiert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausge­ staltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf eine Maximierung des abgestrahlten Ultraschallsignales verzichtet werden. Dies kann man sich in bestimmten Anwendungsfällen, wie beispielsweise einer Bandkantenabtastung, bei der Sende- und Empfangswandler in wenigen Zentimetern voneinander angeordnet sind, erlauben. Der US-Sendewandler sendet einen Ultraschallimpuls aus, dessen Frequenz außerhalb der Eigenfrequenz des US-Empfangswandlers liegt. Hierdurch entstehen anstelle eines anschwingenden und ausschwingenden lang anhaltenden Empfangssignales in der Eigenfrequenz relativ kurze an- und abklingende Wellenpakete, von denen vorzugsweise das erste durch eine entsprechende Amplitudendetektion zur Auswertung herangezogen wird.

Aus der EP-PS 02 59 512 ist es bereits bekannt, das Anregungs­ signal eines US-Sendewandlers von seiner Eigenfrequenz auf eine außerhalb der Eigenfrequenz liegende Frequenz umzuschalten. Dies geschieht jedoch nur, um das Ausrasten einer Phasenverriegelungs­ stufe auf der Empfangsseite zu erzwingen. Grundsätzlich wird auch dort der Ultraschall-Sendewandler zwecks Erzeugung eines maximalen Sendesignales in seiner Eigenresonanzfrequenz angeregt.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine beispielhafte Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2a, 2b Signaldiagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 steuert ein Impulsgenerator 10 einen US-Sende­ wandler 12 mit Impulsen einer Frequenz f_o±Δf an, wobei diese Frequenz um einen vorgebbaren Betrag Δf von der Eigenresonanz­ frequenz f_o eines US-Empfangswandlers 16 abweicht.

Befindet sich die Kante einer Materialbahn 14 ganz oder teilweise außerhalb des abgestrahlten Ultraschallsignales, so empfängt der US-Empfangswandler 16 das mit der Frequenz f_o±Δf modulierte Ultraschallsignal. Da der US-Empfangswandler 16 die Eigenresonanzfrequenz f_o aufweist, wird er zunächst in Schwingungen versetzt, die jedoch auf Grund der auftretenden wachsenden Phasenverschiebung rasch gedämpft werden, dann wieder anschwingen usw. Es entsteht somit ein Schwebungssignal auf der Empfangsseite.

Dieses empfangene und in ein elektrisches Signal umgesetzte Ultraschallsignal wird in einem Verstärker 18 verstärkt, sodann in einem Gleichrichter 20 gleichgerichtet und anschließend in einem Detektor 22 durch Schwellwertbildung oder Spitzenwert­ bildung detektiert, um am Ausgang A ausgegeben zu werden.

In den Fig. 2a und b sind das von dem US-Sendewandler 12 abgestrahlte Ultraschallsignal und das von dem US-Empfangs­ wandler 16 erzeugte Signal dargestellt.

Man erkennt, daß sich auf Grund der gewählten Ansteuerung des US-Sendewandlers 12 ein einfach zu detektierendes Signal auf der Empfangsseite ergibt, ohne daß irgendwelche Ausblendungen hinsichtlich des Empfangssignales erforderlich wären. Die anderen aus dem Stand der Technik bekannten Mittel zur Ausübung des Verfahrens, wie beispielsweise Vorgabe eines Zeitfensters, finden im vorliegenden Fall ebenfalls ihre vorzugsweise Anwendung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Positionserfassung eines Gegenstandes, insbesondere der Bandkante einer Materialbahn, mit einem einen Sendewandler und einen Empfangswandler aufweisenden Ultraschall-Detektor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sendewandler mit einer Impulsfolge angesteuert wird, deren Frequenz (f_o±Δf) außerhalb der Eigenfrequenz (f_o) des Empfangswandlers liegt und daß das von dem Empfangswandler erfaßte Schwebungssignal ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spitzenwert der ersten empfangenen Schwebung ausgewertet wird.