DE7510851U - Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung - Google Patents

Description

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DIPL-ING. HANS-MARTIN VIERING

8 München 19 - Llerstr. 20 a

Anualtsakte 3028

7. April I975

Ualter Landsrath
66 Saarbrücken, Riottastr. 7

Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung in einsm gasförmigen Medium, insbesondere in Luft, zu einom im Nahbereich, d. i. im Abstandsbereich einiger Zentimeter bis zu einigen zehn Metern, befindlichen Fleßobjakt, insbesondere derartige Vorrichtung in einem Gehäuse im Taschenformat, mit einem zu der einen Vorrichtungsseite hin weisenden, ein Meßsignal zum Meßobjakt hin aussendenden Sender und einem das

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vom Meßobjekt reflektierte Signal empfangenden Empfänger, und mit die Laufzeit des Signals vom Sender über das MeS-objekt zum Empfänger messenden Auswertgliedern.

Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere ein üblicher Zollstock oder ein Maßband ersetzt werden. Entsprechend groß ist der Meßbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Er kann jedoch auch größer sein, als für Maßbänder oc

er dgl. Im allgemeinen reicht der Meßbereich

der erfindungsgemäßan Uorrichtung bis zu etua hundert Meter, beispielsweise 5Q oder 25 Metern.

Eine »?rfindungsgemäßa Uorrichtung kann auch beispielsueise als Entfernungsmesser für Kameras und Fotoapparate verwendet werden. Dann kann die Vorrichtung als Entfernungsmesser in einem gesonderten Gehäuse untergebracht sein. Sie kann jedoch auch zur Ermöglichung einer v/allautomatischen Entfernungsmessung in eine Kamera oder einen Fotoapparat eingebaut sein, wobei die Auswertglieder in Abhängigkeit vom Heßergebnis das Objektiv selbsttätig einregeln. In solchen Anwendungsfällen reicht der Meßbereich mit Rücksicht auf den vorhandenen Tiefsnschärfenbereich üblicher Objektive im allgemeinen bis zu zehn Metern.

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Ein Abstandsmesser mit den eingangs eruähnten Merkmalen uurde bereits vorgaschlagen tafcwa» 0er bereits vorgeschlagene Abstandsmesser arbeitet auf der Basis elektromagnetischer Strahlen, uobei durch den Sender ein elektromagnetischer Richtstrahl auf das Meßobjekt ausgesendet, von diesem reflektiert und von dem auf dieselbe Meßstelle am Objekt ausgerichteten Senüer empfangen wird. Die halbe Laufzeit des elektromagnetischen Signals gibt dabei die Ent fernung des Meßobjekts von dem Abstandsmesser an. Bei dem bereits vorgeschlagenen Abstandsmesser ist es auch möglich, ein elektromagnetisches Signal durch das Anordnen entsprechender Senda- und Empfangseinrichtungen zu entgegengesetzten Saiten des Abstandsmessers hin auszusenden, um den Abstand zwischen zwei einander gegenüberstehenden Meßobjekten, etwa zweier gegenüberstehender Wände eines Zimmers, messen zu können. Hierbei werden der Abstandsmesser zwischen die beiden Meßobjekte gehalten und die beiden auf jeder Seite des Abstandsmessers erhaltenen Meßergebnisse selbsttätig zu einem Gesamtwert addiert, welcher dsm Abstand der beiden Meßobjekte voneinanüsr entspricht ο

Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, anstelle eines elektromagnetischen Signals ein alaktroakustisches

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Signal zu verwenden. Demgemäß ist die erfindungsgemäQe Vorrichtung mit den eingangs erwähnten Merkmalen dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein Schallsender und der Empfänger ein Schallempfänger ist. Dabei arbeiten der Sender und der Empfänger insbesondere im Ultraschallbereich, möglicherueise auch im Hyperschallbereich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet somit im Prinzip, uie das bekannte Echolot. Während -jedoch das bekannte Echolot für die Abstandsmessung in flüssigen Medien, insbesondere Wasser, verwendet wird, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung !entsprechend dem oben erwähnten Anuendungszueck als Ersatz fjür Zollstöcke und dgl. für Messungen insbesondere in Luft vorgesehen. In Anpassung an den erfindungsgemäßen Anuendungszueck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem als leichte tragfähige Baueinheit vorgesehen, die als verhältnismäßig leichtes Meßgerät im Westentaschenformat ausgebildet uerden kann, wohingegen die bekannten Echolote mehrteilige Meßgeräte sind und auf die Verwendung zur uassertiefen Messung angepaßt sind. Auch die Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anpassung an den Verwendungszweck anders als bei den bekannten Echoloten.

Nach dem Echolotprinzip arbeitende Meßgeräte sind auch aus der Uerkstoffprüfung bekannt. Diese bekannten Prüfgeräte

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sind jedoch v/ollständig auf Messungen in festen Körpern meist im Bereich bis allenfalls zu einigen Millimetern abgestellt und entsprechend dem Anuendungszueck ebenfalls nicht zu einer tragfähigen Baueinheit zusammengefaßt, i/an diesen bekannten Prüfgeräten unterscheidet sich die erfindungsgemäQa Vorrichtung außerdem durch den Meßbereich, den Anuendungszueck, die Meßieistung und die Raumform.

Uie der eruähnte, bereits vorgeschlagene Abstandsmesser, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung verhältnismäßig einfach aufgebaut uerden und als verhältnismäßig leichtes Meßgerät im Taschenformat ausgebildet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet somit ebenfalls eine gebrauchsfertige Einheit, deren sämtliche Teile in einem ihnen gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die automatisch arbeitenden Ausuertglieder steuern insbesondere das Meßergebnis angebende Anzeigeglieder. Dabei kann das Meßergebriis auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen uerden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend dem bereits vorgeschlagenen Abstandsmesser mit einem üblichen Taschenrechner kombiniert uerden, uelcher ebenfalls in dem Gehäuse untergebracht ist und die Auswertung des Meßergebnisses übernehmen kann. Zusätzlich können mit einem derartigen elektronischen Taschenrechner die üblichen Rechenoperationen durchgeführt und zur Anzeige gebracht uerden.

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Schließlich bietet die Kombination der erfindungsgemäßen Abstandsiüsßvorrichtung mit einem elektronischen Taschenrechner auch die Möglichkeit, das fteßergebnis in gewünschten Rechenoperationen weiterzuverarbeiten. Hierzu ist vorzugsweise ein Speicher vorgesehen, der im Rechner bereits vorhanden ist oder zusätzlich geschaffen wird und in welchem das von der Abstand'smeßvorrichtung erhaltene MeQergebnis gespeichert wird, so daß es während einer gewünschten Rechenoperation aus dem Speicher abgerufen und verarbeitet werden kann.

Als Schallsender und Schallempfänger können in entsprechender Anpassung an den erfindungsgemäßen Anwendungszwack bekannte Schallgeber und Schallempfänger verwendet werden. Bevorzugt werden Schallsender und Schallempfänger, die verhältnismäßig klein aufgebaut sind, beispielsweise piezoelektrisch arbeitende Bauelemente. Es kann jeweils ein gesonderter Schallsender und ein gesonderter Schallempfänger vorgesehen sein. Bevorzugt wird jedoch ein einziges Element, welches in bekannter L'eise zuerst als Schallsender arbeitet, und dann nach dem Aussenden des Signals auf Empfang umgestellt wird und so als Schallempfänger arbeitet.

Die Auswertglieder werden jeweils in Abhängigkeit vom Aus-

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senden bzu. Empfangen des Signals gesteuert. Auch für die Auauertglieder können bekannte Bauelemente verwandet werden, welche in geeigneter Ueise die erstrebte Laufzeitmessung durchführen können. Bevorzugt uerden elektronische Ausuertglieder, die insbesondere als integrierte Schaltung zusammengefaßt ueroen. Die Ausuertglieder können je nach Anwendungszweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ein Stellglied für die Einstellung eines Objektiv/es umfassen. Insbesondere sind an sich bekannte Anzeigeglieder zum zahlenmäßigen Anzeigen des Meßergebnisses vorgesehen.

Zur Bestimmung der Laufzeit des Signals umfassen die Ausuertglieder der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere eine Frequenzuhr, d. h. eine Anordnung, die eine konstante, stets reproduzierbare Frequenz erzeugt und uelche in ihrer frequenz an die Ausbreitungsgeschuindigkeit des Signals angepaßt ist, so daß ein Zeitmeßuert in Abnängit]keit von der Laufzeit des Signals erhalten wird. Zur Ausbildung einer solch3n Frequenzuhr können beispielsweise ein schwingender Quarz cder eine Stimmgabel verwendet werden. Auch andere, eine reproduzierbare konstante Frequenz abgebende SchuingungserzeugeT'oder Taktimpulserzeuger sind möglich.

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Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das ausgesendete Signal einen Ueg von der Vorrichtung zum Meßobjekt und zurück zurücklegt, uelcher der doppelten Meßstrecke entspricht, ist vorzugsweise die Frequenz der Frequenzuhr derart an die Ausbreitungsgeschuindigkeit des Signals angepaßt, daß die Zeitdauer für eine volle Schwingung derjenigen Zeitspanne entspricht, in uelcher das Signal den doppelten Ueg der kleinsten auszuwertenden Maßeinheit zurücklegt. Die Schwingungsdauer der Zeituhr kann auch einem bestimmten Bruchteil oder einem bestimmten Vielfachen dieser Zeitspanne entsprechen.

In der bevorzugten Lösung weisen die Auswertglieder einen auf die Frequenz der Frequenzuhr oder einen bestimmten Bruchteil davon ansprechenden Zähler auf. Durch einen solchen Zähler kann also beispielsweise jeder Schuingungsimpuls der Frequenzuhr gezählt und durch einen entsprechenden Zahlenuert zur Anzeige gebracht werden. Es kann auch beispielsweise jeder zweite oder dritte Schuingungsimpuls durch den Zähler gezählt werden. Dies richtet sich im allgemeinen nach der kleinsten auszuwertenden Maßeinheit. Baispielsweise ist es möglich, die Frequenz der Frequenzuhr so an die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals anzupassen, daß der Schwingungsdauer, d. h. dem seitlichen

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Abstand zueier aufeinanderfolgender Schuingungsimpulse, als kleinste Maßeinheit ein Wert von 1 mm entspricht. Dann kann die Möglichkeit geschaffen werden, daß der Zähler entweder jeden Schuingungsimpuls, oder nach entsprechender Umschaltung nur jeden zehnten Schuingungsimpuls registriert, so daß die kleinste Naßeinheit nach der Umschaltung einem Uert von 1 cm entspricht.

Eine entsprechende Umschaltung des Meßbereiches der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch entsprechende Änderung der Frequenz der Frequenzuhr erreicht uerden.

Die Möglichkeit einer Einstellung der Frequenzuhr hinsichtlich ihrer Frequenz und/oder der Zählfrequenz des Zählers ist auch vorteilhaft, um das erfindungsgemäße Gerät an eine Änderung der Ausbreitungsgeschuindigkeit des Signals anpassen zu können. Bekanntlich ändert sich die Ausbreitungsgeschuindigkeit des Schalls mit der Dichte des Ausbreitungsmediums. Durch eine entsprechende Einstellmöglichkeit läßt sich tiisr eins Anpassung an die Höhenlage über Meereshöhe, in welcher gemessen wird, oder an die Lufttemperatur erreichen. Im allgemeinen kann jedoch bei üblichen Meßgenauigkeiten eine derartige Änderung der Ausbreitungsgeschuindigkeit des Signals vernachlässigt uerden.

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Wie der erwähnte, bereits vorgeschlagene Abstandsmesser, uird auch die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß mit ihr der Abstand zwischen zwei Fleßobjekten gemessen werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Schallsender und der Schallempfänger in entgegengesetzte Richtungen weisend am Vorrichtungsgehäuse angeordnet sind. Hierbei wird das Signal durch den Sender zu dem Meßobjekt auf der einen Vorrichtungsseita hin ausgesendet, dort zu dem anderen Fleßobjekt hin reflektiert und nach dort erfolgender erneutsr Reflektion vom Schallempfänger auf der anderen Gehäuseseite empfangen.

In der bevorzugten Lösung sind jedoch zwei Sender-Empfänger-Paare in entgegengesetzte Richtungen weisend an der Vorrichtung angeordnet. Hierbei wird somit auf beiden Seiten der Vorrichtung je ein Meßsignal auf das zugeordnete Meßobjekt gestrahlt und von diesem reflektiert, so daß es vom zugeordneten Empfänger empfangen wird. Hierbei können die beiden Sender-Empfänger-Paars gleichzeitig arbeiten, wobei die beiden erhaltenen Meßwerte von den Auswertgliedern registriert, beispielsweise in einen Speicher eingelesen werden, und dann vorzugsweise selbsttätig zu einem Gesamtwert addiert werden.

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Eine einfachere Möglichkeit, die sich insbesondere für das Bestimmen der Laufzeit mittels einer Frequenzuhr und einen Frequenzzähler eignet, besteht jedoch darin, daß der Sender des einen Sender-Empfänger-Paares durch das Empfangen des Signals am Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares einschaltbar ist und die Ausuertglieder in Abhängigkeit UQm Einschalten des Senders des einen Sender-Empfänger-Paares einschaltbar und vom Empfangen des Signals am Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares ausschaltbar sind. Hierbei kann nämlich der Zähler von demjenigen Zeitpunkt, in welchem der eine Sender das Signal aussendet, bis zu dem Zeitpunkt, in welchem dar Empfänger des anderen Sender-Empfänger-Paares das Signal empfängt, durchlaufen. Sobald der Empfänger des einen Sender-Empfänger-Paares das von dem einen Fleßobjekt reflektierte Signal empfängt, wird der Sender des anderen Sender-Empfänger-Paares zur Aussendung des zweiten Signals aktiviert. Uie oben bereits eruähnt, kann hierbei jedes Sender-Empfänger-Paar aus einem einzigen elektroakustisch arbeitenden Element gebildet sein, welches von der Funktion als Sender nach den Aussenden des Signals auf die Funktion als Empfänger umschaltbar ist.

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Damit bsi einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei uelcher auf jeder Vorrichtungsseite ein Sender-Empfänger-Paar vorhanden ist, auch die Möglichkeit besteht, eine Abstandsmessung nur zu einem Meßobjekt durchzuführen, wobei der ^eßuert auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen uird, sind in der bevorzugten Losung die Auswertglieder in Abhängigkeit vom Aussenden bzu. Empfangen des Signals am Sender und Empfänger desselben Sender-Empfänger-Paares ein-bzu. ausschaltbar.

Bei derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bei welchen das Signal auf unterschiedlichen Gehäuseseiten empfangen bzu. gesendet uird, kann ggf. die Eigenlänge dar Vorrichtung, das ist der Abctand des Senders auf der einen Vcrrichtungsseite vom Empfänger auf der anderen Vorrichtungsseite, zu Meßwertverfälschungen führen, ueil diese Eigenlange für die Laufzeitmessung des Signals unberücksichtigt bleibt. Vorzugsweise ist daher die zwischen Sender und Empfänger, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, gemessene Eigenlänge der Vorrichtung kompensiert« Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Anfangswert des durch die Auswertgliedar gemessenen Meßwertes von Null verschieden iist, d« h. daß beispielsweise ein veruandeter Zähler für den Zählvorgang nicht beim Uert Null zu zählen anfängt, sondern bei einem Uert, uelcher der Hälfte der

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zu kompensierenden Eigenlänge entspricht. Es können auch entsprechend an die Eigenlänge angepaßte Verzögerungsglieder vorgesehen werden, ualche das empfangende Signal entsprechend v/erzögert weitergeben» so da? beispielsweise der Zähler nach dem Empfangen des NeBsignals entsprechend nachläuft. Solche Verzögerungsglieder können für die Übergabe des Signals vom Empfänger des einen Sender-Empfänger-Paares an den.Sander des anderen Paares und/oder für die Übergabe des Signals vom Empfänger des einen oder anderen Sender-Empfänger-Paares an eine den Ausuartvorgang beendende Abschalteinrichtung vorgesehen werden.

Uie bei dem bereits vorgeschlagenen Abstandsmesser sind auch bei der erfindungsgemäQen Vorrichtung vorzugsweise Einstellhilfen zur Ausrichtung der Vorrichtung an eine bestimmte Meßstelle am Objekt vorgesehene Beispielsweise können hierzu entsprechende, mit einem Fadenkreuz versehene Sucher vorgesehen sein. Da es in Anpassung an den erfindungsgemäQen Verwendungszweck meist darauf ankommt, daß die Senderichtung bzw. Empfangsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Erstreckung eines Meßobjektes verlaufen, beispielsweise senkrecht zu einer das.Meßobjekt bildenden Uand, und da

in den meisten Anwendungsfällen das FleGobjekt

vertikal oder horizontal verläuft, sind an der erfindungs-

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gemäßen Vorrichtung bevorzugt außerdem Dustiervorrichtungen, uie eine Setzwaage, zur Einstellung der Vorrichtung mit der Sender-Empfänger-Anordnung gegenüber der Horizontalen und/oder Vertikalen angeordnet. Es kann beispielsweise also eine Wasserwaage oder eine Blaiwaage vorgesehen sein. Wenn die Vorrichtung geeignet sein soll, in einem bestimmten Uinkel zur Horizontalen oder zur Vertikalen zu messen, können die Dustiervorrichtungen in an sich bekannter Weise auf den entsprechenden Neigungswinkel einstellbar sein.

Die Einzelheiten bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sind aus der schematischen Zeichnung ersichtlich und werden im folgenden beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche die

Messung des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberstehenden Maßobjekten ermöglicht,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung, die mit einem üblichen elektronischen Taschenrechner in einem gemeinsamen Gehäuse kombiniert ist,

Fig. 3 ein Schaitschama für die verwendeten Auswertglieder, beispielsweise für eine Vorrichtung nach Fig. 1, und

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Fig. 4 ein Schaltschema für die Ausuertglieder, beispialsueise für eine Vorrichtung nach Fig. 2.

Aus Fig. 1 ist eine Abstandsmeßvorrichtung 1 zur Nessung

des Abstandös zwischen zwei parallelen, einander gegenüberstehenden, strichpunktiert eingezeichneten Fießob-JGkten 2 und 3 ersichtlich. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht von außen auf die Vorrichtung 1. In einem flachen rechteckigen Gehäuse 4 im Westentaschenformat sind ein Schallsender 5 und ein Schallempfänger 5 untergebracht, dia in entgegengesetzte Richtung weisend an den beiden langen Schmalseiten des Gehäuses 4 münden. Ferner sind am Gehäuse 4 zuei entsprechend dem Sender 5 bzw. Empfänger 6 ausgerichtete Sucher 7 zur Ausrichtung der Vorrichtung auf die Meßobjekte ausgebildet. Die Sucher 7 sind, uie in der Zeichnung angedeutet, aus mit einem Fadenkreuz markierten schräggestellten Spiegeln und ggf. einer vorgeschalteten Linse gebildet. Weiter ist an dem Gehäuse eine Setzwaage θ zur Einstellung der Vorrichtung auf die Horizontale angeordnet. Als Setzwaage kann beispielsweise eina wasser- oder Bleiwaage v/erwendet werden. Schließlich sind am Gehäuse noch ein Hauptschalter 9, eine Meßtasts 10 und ein mehrstelliges Anzeigefeld 11 untergebracht.

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Nach Einschalten des Hauptschalters 9 und Niederdrücken der Meßtaste 10 uird durch den Schallsender 5 zur einen Gehäuseseite hin auf das dort befindliche Meßobjekt 2 ein Ultraschallsignal gebündelt ausgesendet, uie durch gestrichelte Linien und Pfeile angedeutet. Uie durch die strichpunktierten Linien und Pfeile ueiter ersichtlich, uird das Signal am Meßobjekt 2 zum gegenüberstehenden MeG-objekt 3 hin reflektiert und dort erneut zurückgeworfen. Durch den auf der anderen Gehäuseseite angeordneten Empfänger 6, der zum Meßobjekt 3 hinweist, wird die Reflexion empfangen. Während der Laufzeit des Signals zählt ein im Gehäuse 4 untergebrachter Zähler die Schwingungszahl einer ebenfalls, im Gehäuse 4 untergeDrachten Frequenzuhr, beginnend mit dem Aussenden des Signals am Schallsender 5 und endend mit dem Empfangen des Signals am Empfänger 6. Der Zähluert uird auf dem Anzeigefeld 11 zur Anzeige gebracht. Da das Signal vom Sender 5 über die Meßobjekte 2 und 3 zum Empfänger 6 den doppelten Abstand zwischen den Meßobjekten 2 u~:d 3 zurücklegt, ist die frequenzuhr in ihrer Schwingungszahl so geeicht, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwingungsimpulsen, d. h. die Schuingungsdauer der Frequenzuhr, der doppelten kleinsten Maßeinheit entspricht, die vom Zähler gezählt uird. Beträgt beispielsweise die

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Maßeinheit 1 mm, dann entspricht die Schwingungsdauer der Schwingungen der Frequenzuhr derjenigen Zeitspanne, in welcher das Signal 2 mm zurücklegt, uobei der Zähler den Zahlenuert 1 zur Anzeige bringt. Damit die Eigenlänga der Vorrichtung, d. h. die Strecke zwischen dem Punkt, an welchem das Signal den Schallsender 5 verläßt, bis zu demjenigen Punkt, an welchem das Restsignal auf den Schallempfänger 6 auftrifft,, ebenfalls berücksichtigt wird, kann dem Schallempfänger 6 ein Zeitverzögerungsglied nachgeschaltet sein, welches bewirkt, daß der mit dem Aussenden des Signals am Schallsender eingeschaltete Zähler um einen Zahlenwert nach dem Empfangen des Signals am Empfänger nachläuft, welcher der Hälfte dieser Eigenlänge entspricht. Es kann auch der Zähler mit dem Aussenden des Signals bei einem Anfangswert beginnen zu zählen, welcher die halbe Eigenlänge repräsentiert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist in die Vorrichtung mit einem üblichen elektronischen Taschenrechner kombiniert, der ebenfalls in dem Gehäuse 4 untergebracht ist. Dies ist durch die aus Fig. 2 ersichtlichen Rechentasten 12 angedeutet. Der Rechner umfaßt einen Speicher, in welchen das Abstandsmeßergebnis eingelesen werden kann und aus welchem es wahlweise im Verlauf einer Rechenoperation abgerufen

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werden kann. Hierbei zählt also der Zähler in den Speicher. Es kann auch ein gesonderter Speicher dafür vorgesehen sein.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 sind anstelle des Schallsenders 5 auf der einen Schmalseite des Gehäuses und des Schallempfängers 6 auf der anderen Schmalseite des Gehäuses uie in Fig. 1, an jeder Schmalseite des Gehäuses in entgegengesetzte Richtungen weisende Sender-Empfänger-Paare und 14 vorgesehen, die jeweils aus sinem Schallsender und einem Schallempfänger bestehen. Hierbei können der Schallsender und der Schallempfänger gesonderte Bauteile sein. Sie können jedoch auch durch dasselbe Bauteil gebildet sein, wobei es nach dem Aussenden des Signals auf Empfang zur Ausbildung des Empfängers umgestellt wird. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen

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der der Vorrichtung aus Fig. 1. Dedoch 'jird das jeweils ausgesendete Signal nur einmal am zugeordneten Meßobjekt reflektiert und dann unmittelbar vom zugeordneten Empfänger empfangen. Es werden somit insgesamt zi;ei Signale ^ur Messung des Abstarides zwischen zwei Maßobjekten von der Vorrichtung ausgesendet und nach der Reflektion empfangen. Die Laufzeit des Signals kann hierbei für jedes Signal gesondert bestimmt werden, wonach die beiden erhaltenen Msßergebnisse zu einem Gesamtwert zusammengefaßt werden. Dies

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erfordert zwei entsprechende Laufzeitmaßvorrichtungen. Durch Anordnen entsprechender Speicher ist es möglich, beide Teilergebnisse gesondert zu speichern und später uahlueise abzurufen, hierdurch ist die Vorrichtung nicht auf die Messung das Abstandes zwischen zwei Objekten beschränkt, sondern sie kann auch zur Messung des Abstandes der Vorrichtung von einem einzigen Meßobjekt verwendet werden, wobei der Abstand auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen wird. Bei einer derartigen Vorrichtung mit gesonderten ZeitlaufmeQeinrichtungen für jedes Sender-Empfängor-Paar 13, 14 können somit die Signale gleichzeitig oder auch nacheinander ausgesendet werden.

Es ist jedoch auch möglich, mit einer einzigen Laufzeitmeßeinrichtung für beide Meßsignale auszukommen. Dann werden die beiden Signale nacheinander ausgesendet, wobei z. B. ein Zähler mit dem Zählen beginnt, uenn das erste Signal am Sender des einen Sender-Empfänger-Paares ausgesendet wird. Sobald der Empfänger dieses Sender-Empfänger-Paares das reflektierte Signal erhält, wird es vorzugsweise durch entsprechende Verzögerungsgliedar zur Kompensation der Eigenlänge verzögert an den Sender des anderen Sender-Empfänger-Paares übsrgeben, uobei der Zähler weiter-

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läuft. Sobald dann das Signal nach dar Reflektion am zuaitan MeQobjekt vom Empfänger das zweiten Sender-Empfänger-Paares empfangen wird, ist der Zählvorgang für den Zähler beendet una das Gesamtmeßergebnis uird unmittelbar erhalten. Auch bei einer derartigen Ausführung ist eine Abstandsmessung zwischen einem einzigen Fleßobjakt und einem gehäusefesten Bezugspunkt der Vorrichtung möglich, uenn das Signal nach dem Empfangen durch den Empfänger das dem Maßobjekt zugeordneten Sender-Empfänger-Paares nicht auf das andere Sender-Empfänger-Paar übergeben uird, sondern der Zähler, möglicherueise durch zugeordnete Uerzögerungsglieder entsprechend verzögert, abgeschaltet uird, sobald das Signal am ersten Sender-Empfänger-Paar wieder ankommt.

Aus Fig. 3 ist ein Schaltschema für die Ausuertglieder zur Bestimmung der Laufzeit des Signals ersichtlich. Ausgegangen uird von einer Vorrichtung, bei welcher der Schallsender und der Schallempfänger 6 zur selben Vorrichtungsseite hin ausgerichtet sind. Das Schaltprinzip ist jedoch dasselbe uie für eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1, bei welcher der Schallsander und der Schallempfänger in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet sind. Uie aus dem Schaltschema nach Fig. 3 ersichtlich, wird das Signal nach Betätigen der Meßtaste 10 vom Schallsender 5 zi.i dem Meß-

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objekt 2 ader 3 hin ausgesendet, v/on dort reflektiert und vom Schallempfänger 6 empfangen. Beispielsweise uird der Schallseru'or 5, welcher in einem Frequenzbereich won 30 Kiloherz arbeitet, durch einen Stellsprung, ti tu. ütwa 1/2 Sekunde anstehen bleibt, durch Betätigen der Meßtaste 10 in Betrieb gesetzt. Zusätzlich hat der Sender einen logischen Ausgang, der das Stellsignal auf den einen Eingang eines ODER-Gliades 15 gibt. Der Ausgang dieses ODER-Gliedes 15 geht auf den statischen Eingang eines Flipp-Flopps 16, welches v/on logisch Null auf logisch Eins umstellt und seinen Ausgang Q auf den einen Eingang einer Torschaltung 17 schaltet, deren Ausgang auf einen Zähler 18 geht. Eine Frequenzuhr 19 liegt mit ihrem Ausgang am andersn Eingang der Torschaltung 17 an. Der Ausgang des Empfängers 6 ist auf den anderen Eingang des ODER-Gliedes 15 geschaltet.

Sobald somit das Flipp-Flopp 16 über die Torschaltung 17 den Zähler 18 aktiviert, was gleichzeitig mit dem Aussenden des Signals am Schallsender 5 stattfindet, beginnt der Zähler 1

3 zu zählen. LJird dann das vom Meßobjekt 2, 3

reflektierte! Signal am Empfänger 6 empfangen, uird von dessen Ausgang ein Signal mit dem Uert logisch 1 auf den anderen Eingang des ODER-Gliedes 15 gegeben, uodurch das Flipp-Flopp 16 kippt, das Tor 17 schließt und der Zähler

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seinen Zählvorgang beendet.

Die Frequenzuhr 19 kann beispielsweise so eingetrimmt sein» daß einer Laufzeit des Signals über eine Stracke von 2 m 1ODQ Schuingungsimpulse der Frequenzuhr 19 entsprachen, die vom Zähler gezählt werden. Da das Signal vom Sender 5 über das Meßobjekt 2, 3 zum Empfänger 6 den doppelten FleQueg zurücklegt, wird-somit vom Zähler bei einem Abstand der Vorrichtung vom Neßobjekt 2, 3 von 1 m entsprechend der Zahlenuert 1000 zur Anzeige gebracht.

Fig. 4 zeigt ein Schaltschema für zuei Sender S 1, 2 und

zuei Empfänger El, 2, entsprechend der Ausfuhrungsform nach Fig. 2. Aus dem Schaltschema nach Fig. 4 ist ein elektronischer Schalter 20 ersichtlich, der aus zuei Nand-Gliedern IC 1 und IC 3 besteht. Jeweils der eine Eingang der Nand-Glieder geht an den negierten Ausgang des jeweils anderen Nand-Gliedes. Der andere Eingang des einen Nand-Gliedes IC 1 geht zur Meßtaste 1O₄ Ein zweiter Eingang des Nand-Gliedes IC 3 gent an den Ausgang eines weiteren Nand-Gliedes IC 2, dessen einer Eingang zum einen Empfänger E 1 geht und dessen anderer Eingang auf logisch L gesetzt ist. Ein dritter Eingang des zweiten

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Nand-Gliedes IC3 geht auf einen Eingang eines weiteren Nnnd-Gliedas IC1Q, welches mit einem fünften Nand-Glied IC8 zu einem elektronischen Schalter 21 zusammengefaßt ist, welche? im Aufbau dem elektronischen Schalter 20 entspricht und dem zueiten Empfänger E2 zugeordnet ist.

Beim Niederdrücken der Meßtaste 10 schaltet der elektronische Schalter 20, so daß über das von dessen Nand-Glied IC3 kommende Signal über ein weiteres Nand-Glied IC4 der Sender S2 in Betrieb gesetzt uird. Gleichzeitig uira über das vom Nand-Glied IC1 des elektronischen Schalters 2G kommende Ausgangssignal eine Torschaltung IC5 geöffnet, welche die Frequenz v/on einer Frequenzuhr 19 über das ¹ and-Glied IC7 in den Zähler 18 durchläßt. Uird das vom Sendsr S2 ausgesendete Signal am Empfänger E1 empfangen, uird über das Nand-Glied IC2 der elektronische Schalter gekippt, was gleichzeitig das Einschalten des elektronischen Schalters 21 bauirkt, so daß durch diesen über ein Negationsglied IC9 der andere Sender S1 in Betrieb gesetzt uird und gleichzeitig die Torschaltung IC6 öffnet, uulche nun die Frequenz der Frequenzuhr 19 über das Nand-Glied IC7 in den Zähler 18 hineinläßt* Beim Empfang des zueiten Signals am Empfänger E2 schaltet der elektronische Schalter uiedar in die Ausgangsstellung um, wodurch die Torschaltung

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IC6 geschlossen uird und der Zähler 13 aufhört zu zahlen. Das vom Zähler 18 zur Anzeige gebrachte Fleßergebnis steht damit fest.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist nicht auf dia angegebenen Anuendungsgebiete als Ersatz für ein

r.aßband oder einen Zollstock oder als Entfernungsmesser für Kameras und optische Geräte beschränkt, wenngleich dies die bevorzugten Anuendungsgebiete sind. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei anderen Anwendungsgebieten mit Erfolg verwendet werden, uo es auf eine berührungslose Abstandsmessung insbesondere in Luft ankommt. Ein anderes derartiges Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Abstandsmessung bei Kraftfahrzeugen zur l/erhindarung eines zu dichten Auffahrens.

- Ansprüche -

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Claims (1)

1. S chut zanBTPrttche:

   1. Vorrichtlang zur berührungslosen Abstandsmessung in einem gasförmigen Medium, insbesondere in Luft, zu einem im. Nahbereich, das ist im Abstandsbereich einiger Zentimeter bis zu einigen zehn Metern befindlichen Meßobjekt, gekennzeichnet durch eine in einem gemeinsamen tragbaren Gehäuse (4) untergebrachte Anordnung aus einem zu der einen Gehäuseseite hin weisenden Schallsender (5), insbesondere Ultraschallsender, und einem zu derselben oder der dieser gegenüberliegenden Gehäuseseite hin weisenden Schallempfänger (6), insbesondere Ultraschallenpfanger, mit die Laufzeit des vom Schallsender ausgesendeten und vom Schallempfänger empfangenen Schallsignals messenden und zu einem Längenmeßwert auswertenden Auswertgliedern, deren Anzeigeglieder an der Außenseite des Gehäuses angeordnet sind.

   Telefon 089-175530 Posts

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   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenazeichneö, daß bei zu derselben Gehäuseseite hin weisendem Schallsender (5) und Schallempfänger (6) diese zu einem nach dem Aussenden des Schallsisnals auf Empfang umschaltbaren Bauteil zusammengefaßt sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertglieder eine in ihrer Frequenz an die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schallsignals angepaßte Frequenzuhr umfassen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertglieder einen auf die Frequenz der Freqivsnzuhr oder einen bestimmten Bruchteil davon ansprechenden Zähler (18) umfassen.

   5- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzuhr (19) zur Anpassung an die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals in ihrer Frequenz einstellbar ist.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Freqaenzuhr (19) in ihrer Frequenz und/oder der Zähler (18) in seiner Zählfrequenz zur Änderung des Meßbereichs verstellbar ist.

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   7- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallsender (5) und der Schallempfänger (6) in einander entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet sind.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sender-Empfänger-Paare (13» 14·) in einander entgegengesetzte Richtungen weisend in dem Gehäuse angeordnet sind.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Vorrichtungsgehäuse (4) Justiervorrichtungen, wie eine Setzwaage (8), zur Einstellung der Sender-Empfänger-Anordnung gegenüber der Horizontalen und/ oder Vertikalen angeordnet sind.

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