DE923274C - Geschwindigkeitsabhaengige Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Aufgabe, die Geschwindigkeit eines Körpers zu messen, ohne denselben zu berühren, wird in der Technik auf verschiedene Weise gelöst. Haben die zu messenden Körper stets dieselbe Gestalt, so ist es relativ einfach, z. B. zwei Lichtschranken in einem konstanten Abstand anzubringen und die Zeit zu messen, die vergeht, bis von der einen Lichtschranke das Abschattungssignal gegeben wird und dasselbe Signal von der zweiten Lichtschranke ausgelöst wird. Eine sehr elegante, wenn auch aufwändige Methode ist ferner, akustisch oder elektromagnetisch den Dopplereffekt auszunutzen, indem man den bewegten Körper in der Achse seiner Bewegungsrichtung anstrahlt mit einer Strahlung bestimmter Frequenz und die Frequenz des Echos mit dieser überlagert, wodurch in bekannter Weise der Dopplereffekt ein Maß für die Geschwindigkeit ist. Aber auch dieses Verfahren läßt sich nur durchführen, wenn für geeignete Reflexflächen an dem bewegten Gegenstand auf Grund seiner Beschaffenheit gesorgt ist. Besonders im Bahnwesen ist es, z. B. bei der Steuerung von Gleisbremsen, von Wichtigkeit, die Gleisbremse bei Abbremsung des eingelaufenen Wagens auf eine bestimmte geforderte Geschwindigkeit sofort freizugeben, damit der Wagen mit dieser Geschwindigkeit weiterlaufen kann, z. B. bei einer Geschwindigkeit von 3 m/s. Obwohl Eisenbahnwagen dem Laien als relativ gleichartige Gegenstände erscheinen, zeigt sich in der Praxis, daß diese Aufgabe mit

den bekannten Mitteln der Technik nicht lösbar ist. Sowohl die Länge, die seitliche Abdeckung als auch das Profil dieser Wagen streuen in außerordentlich starkem Umfang. Außerdem können mehrere Wagen hintereihandergekoppelt sein; erschwerend - wirkt ferner der Umstand, daß man wohl bei Einlaufen der Wagen 'in die Bremse deren Geschwindigkeit nach den bekannten Mitteln, z. B. wie eingangs erwähnt mittels der beiden Lichtschranken, ίο messen kann, daß man aber die Aufgabe, bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeitsgrenze ein Signal zu geben, nicht zu lösen vermag, da an der Stelle, an der zufällig diese Geschwindigkeit gerade erreicht wird, mit großer Wahrscheinlichkeit keine Meßeinrichtung vorhanden ist. Man müßte also zahllose Meßstellen- hintereinander gruppieren und ebenso zahllose Zeitmeßeinrichtungen einsetzen, von denen der erreichte Wert einer ganz bestimmten Einrichtung das gewünschte Signal dann gibt. Derartige Einrichtungen sind für die rauhe Praxis erstens viel zu empfindlich und bedürfen einer unwirtschaftlichen -Wartung, zweitens sind sie in der Installation und Beschaffung zu kostspielig, um die geforderte Aufgabe, die , bei technisch guter Lösung bestenfalls ein Mann-Per^ sonal ersetzt, ökonomisch zu lösen. Um ferner den Forderungen der Praxis zu genügen, müßte eine derartige Geschwindigkeitsabschalivorrichtung. mit einer sehr hohen Genauigkeit, z. B. vergleichsweise gegenüber der Empfindlichkeit mit 1 - bis 2 °/o, arbeiten.

Nach .der Erfindung, ist. seitlich neben einer Meßstrecke eine sich über die ganze Länge der Meßstrecke erstreckende modulierte Lichtquelle angeordnet und an der anderen Seite der "Meßstrecke eine Anzahl von Photozellen mit nachfolgenden Differenzierschaltungen. . .

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι zeigt schematisch die Anordnung der Geräte,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, Fig. 3 Stromverläufe und Spannungsverläufe bei den erzeugten Meßimpulsen,
Fig. 4 eine Differenzierschaltung,

Fig. 5 eine weitere schaltungstechnische Einzelheit und

Fig. 6 eine Einzelheit der Lampenanordnung. ' Ih Fig. ι ist ι eine Fluoreszenzleuchtstofflampe oder sonstige modulierte Lichtquelle, die mit. einer vergleichsweise hohen Frequenz gespeist wird, so daß sie moduliertes Licht ausstrahlt, 2 sei "der an, dieser Lichtquelle vorbeilaufende Wagen bzw. das vorbeifahrende Fahrzeug oder -sonstige Objekt. Bei 3 wird nun eine Empfangs vorrichtung aufgestellt, die aus einer Optik 4 mit nachfolgender Blende 5 und Fotozelle 6 besteht. Die optischen Verhältnisse sind hierbei so getroffen, daß der Ausschnitt des B'ildes'von i- in der Blende 5 längenmäßig streng begrenzt ist, z, B. ein Entfernungsbetrag von- ι m. Dieser Entfernungsbetrag ist. als Distanz j^a an- 1 angezeichnet. Die Fotozelle 6 arbeitet nun auf_eineRöhirenschaltunggemäßFig.2, Hierbei werden die von der Fotozelle 6 ankommenden Wechselstromanteile in üblicher Weise verstärkt und sind an dem Transformator 7 als Leistung abnehmbar. Erfindungsgemäß wird nun hinter den Transformator 7 eine Spannungsdifferenzierschaltung angeschlossen. Diese kann verschiedenartig ausgeführt sein. Ein Beispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Über den Gleichrichter 8 wird ein Ladekondensator 9 aufgeladen und laufend über den Arbeits wider stand 10 entladen. Solange gleichmäßiges Wechsellicht auf die Fotozelle 6 fällt, entsteht an 10 eine gleichmäßige Spannung. Über den Kondensator π -und die eine Wicklung des Relais 12 fließt somit kein Strom. In dem Augenblick aber, in dem das auf die Fotozelle 6 fallende Wechsellicht schwächer wird, sinkt die Spannung an dem. Widerstand 10, und es tritt ein Verschiebungsstrom durch den Kondensator 11 auf, der vorübergehend in der Wicklung des Relais 12 einen Strom erzeugt. Dieser Verschiebungsstrom ist gemäß Fig. 3 ein direktes Maß für die Geschwindigkeit-des einlaufenden Objektes 2 gemäß Fig. 1. In Fig. 3 ist in Zeile α und a_± die Spannung an dem Widerstand 10 angegeben, die herrscht, wenn man ein Zeitintervall t betrachtet und kein Objekt eine Abschattung bewirkt. Bei a₂ ist der Licht- bzw. Spannungsverlauf an dem Widerstand 10 zu er- go sehen, der auftritt, wenn ein Objekt gleichmäßig einläuft und das -Licht auf der Fotozelle gleichmäßig-von dem Normalbetrag auf ο abfällt. Bei a₃ schließlich ist die Licht- bzw. Spannungskurve am Widerstand zo ersichtlich, die auftritt, wenn das Objekt mit sich ständig vermindernder Geschwindigkeit, d. h. gleichmäßig oder ungleichmäßig verzögert, die Meßstrecke 7° der Fig. 1 durchläuft. Die Zeile b der Fig. 3 zeigt nun die Stromkurven, die durch Differenzierung der Spannungskurven der Fig. α als Erregungsstrom in der Speisewicklung des Relais 12 meßbar sind. Für die Zeit t betrachtet, würden die Ränder gemäß a_x bei b_x nicht auftreten, da diese Ränder nur Zeitbegrenzungslinien darstellen, aber nicht der Wirklichkeit entsprechen. Die abfallende Kurve a₂ würde einen negativen DifTerentialquotienten bedingen, gemäß b₂, der eine gleichbleibende Höhe für die Dauer der Verzögerung hat. Sobald das Objekt zum Stillstand gekommen ist bzw. eine absolute Abdunklung vorliegt, bricht naturgemäß der Strom plötzlich wieder auf ο zusammen. Bei der verzögerten Bewegung nach a_z dagegen erfolgt kein plötzlicher Zusammenbruch des negativen Differentialquotienten, sondern ein allmählicher Abfall auf ο entsprechend b₃. Gibt man nun der zweiten Wicklung des polarisierten Relais 12 und damit über alternativ gemäß Fig. 3 ö₃ eine Gegenerregung in Form eines Gleichstroms I₃, wird an dem Punkt Pz ein Gleichgewicht herrschen zwischen dem abfallenden Strom b₃ und dem Gegenstrom /₃. Bei richtiger Einstellung des Relais läßt es sich somit erreichen, daß die Zunge des Relais am" Punkt Pz das gewünschte Signal gibt. '

Es ist nunmehr erforderlich, für die gesamte Länge der Meßstrecke τ (Fig. 1) in sich über- :

läppenden Abständen, von denen jeder die Entfernung 7« (Fig. i) darstellt, Aufnahmegeräte anzuordnen, wobei man alle Aufnahmegeräte gleichzeitig relaismäßig steuern kann. Tritt bei einem der Geräte ein Schaltakt auf durch Stromgleichheit des negativen Differeritialquotienten mit dem Erregerstrom, so hat man den gewünschten Zeitimpuls. In der Praxis jedoch wird man eine SchaltungsVereinfachung gemäß Fig. 4 nach der Erfindung wählen.

In Fig. 4 sind drei Meßstellen eingezeichnet, bei denen hinter jedem Differenzierkondensator 11 ein Gleichrichter 13 liegt. Das Verfahren ist, wie ersichtlich, beliebig oft anwendbar, z. B. ohne Schwierigkeiten auch für 40 Meßstellen. Die gesamten Gleichrichterausgänge werden parallel geschaltet und führen gemeinsam zu einer Sperrröhre 14. Im Anodenkreis dieser Röhre befindet sich nun das Schaltrelais. Durch diese Schaltung ist gewährleistet, daß es ausreicht, wenn einer der N Gleichrichterausgänge 13 eine bestimmte Spannungshöhe erreicht, ein Schaltsignal durch die Röhre 14 und die Relaisanordnung 15 zu geben und die gewünschte Schaltung zu verursachen. Die Geschwindigkeit, bei der die Schaltung ausgelöst wird, läßt sich auch im Fernsteuerverfahren durch Variation des Widerstandes 16 mühelos einstellen. Nun läßt es sich in der rauhen Praxis nicht vermeiden, daß sich z. B. durch Spannungsschwankungen oder durch Alterungseffekte der Fluoreszenzlampen die optisch-elektrischen Verhältnisse ständig ändern. Dieses würde aber zu einer Verfälschung der Geschwindigkeitsmessung führen. Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, den von den Fotozellen ohne Abschattungseffekt, d. h. im Normalfall abgegebenen Wechselstrom, zur automatischen gitterseitigen Regelung des Verstärkungsfaktors der Verstärker gemäß Fig. 2 zu verwenden. Hierbei kann man sich in dem Prinzip bekannterweise gemäß Fig. 5 helfen. Der von der Fotozelle 6 abgegebene Strom, der an ihrem Anodenwiderstand 17 einen Spannungsabfall erzeugt und in der nachfolgenden Röhre 18 verstärkt wird, alsdann zum Transformator 7 gelangt und zweckmäßig mit dem Kondensator 19 eine Resonanz entsprechend der Lichtfrequenz aufweist, wird zum kleinen Teil über den Hilf sgleichrichter 20 abgeleitet und dem Widerstand 21 zugeführt. Am Widerstand 21 tritt alsdann eine Spannung auf, die sich ein wenig mit den veränderten optischen Daten, z. B. durch Alterung oder Verschmutzung, ändern wird. Diese Spannung wird über ein i?C-Glied 22, 23 geführt, wobei die Zeitkonstante dieses i?C-Gliedes vergleichsweise sehr lang ist, z. B. 100 Sekunden. Alsdann tritt an dem Kondensator 23 eine negative Regelspannung auf, die langsame Änderungen mitmacht, schnellen Änderungen der Spannung jedoch nicht folgt. Diese Spannung wird über den Gitterwiderstand 24 dem Regelgitter der Röhre 18 zugeführt. Man kann naturgemäß in gleicher Weise auch mehrere Verstärkerröhren verwenden, falls es ungünstige optische Verhältnisse verstärkungsmäßig bedingen sollten. Nach dieser Änderung besteht nunmehr eine Identität prinzipieller Art mit Rundfunkgeräten, die bekanntermaßen auch bei starken sendersei.tigen Feldstärkeschwankungen stets die gleiche Musikwiedergabe geben, indem ihr gesamter Verstärkungsteil sich auf gleiches Spannungsausgangsniveau einregelt. Durch diese Maßnahme nach der Erfindung werden sämtliche Spannungsschwankungen, sämtliche optischen und Ver- schmutzungsschwankungen in gleicher Weise auskompensiert.

Zweckmäßig wird man zur Erhöhung des optischen Wirkungsgrades zwecks Vermeidung unnötig hoher Verstärkung nach der Erfindung gewisse optische Anordnungen bevorzugen, z. B. wird man nach Fig. 6 die Fluoreszenzlampe 1 in die Brennlinie eines Parabolspiegels 25 legen, so daß für einen entfernt stehenden Beobachter, z. B. die Optik der Meßstelle, die gesamte Fläche des Spiegels 25 leuchtend erscheint und den wirksamen Lichtstrom der Lampe 1 vervielfacht. Man wird ferner nach der Erfindung in den Strahlengang eine Blendenanordnung 26 einsetzen, die die Aufgabe hat, starkes einfallendes Sonnenlicht von dem Spiegel und der Lampe 1 fernzuhalten, dem austretenden Licht jedoch keinen Widerstand entgegenzusetzen. Eine gleiche Blendenanordnung kann man nach der Erfindung auch vor der Optik des Empfängers anbringen, so daß die Linse 4 und go die Blende 5 nicht durch etwaige Verschmutzung unnötig Gleichlichtanteile, von direkter Sonneneinstrahlung herrührend, aufnehmen.

Nun zu der Wahl der Betriebsfrequenz der Fluoreszenzlampe ι: Die zu wählende Betriebsfrequenz wird man nach der Erfindung wie folgt wählen: Ist zu erwarten, daß die gewünschte Geschwindigkeit mit hinreichender Genauigkeit, z. B. innerhalb eines Schaltintervalls von nur 10 cm, auftritt, so muß dafür Sorge getragen werden, daß während dieser 10 cm bereits sehr viele Lichtwechsel stattgefunden haben, z. B. zehn, bei erhöhten Anforderungen z. B. dreißig, damit die Schaltung genügend exaktes Absinken der Spannung zwischen den einzelnen Lichtspitzen der Halbwellen beobachten kann. Ist die Geschwindigkeit des einlaufenden Körpers z. B. 10 m/s = 1000 cm/s, so würden die betrachteten 10 cm Meßstrecke innerhalb einer Zeit von ¹AoO Sekunde durchlaufen werden. Bei der Forderung nach zehn Licht wechseln würde daraus eine zu wählende Lichtfrequenz von 1000 Hz resultieren, bei der erhöhten Anforderung nach dreißig Liditwechseln bereits 3000 Hz.

In der Praxis wird man sich an technische Gegebenheiten des Elektromarktes halten und z. B. im Handel befindliche 800-Hz-Umformer als Stromquelle verwenden, die lichtmäßig alsdann eine Modulationsfrequenz von 1600 Hz erzeugen. Für besonders hohe Anforderungen müßte demnach die Frequenz weiter gesteigert werden.

Nach der Erfindung ist nun Sorge dafür zu tragen, besondere Fluoreszenzmassen auszuwählen, die einem derartig raschen Wechsel speisenden Wechselstromes lichtmäßig noch folgen, da es außerordentlich unerwünscht wäre, wenn im wesentlichen ein Gleichlicht auf Grund langen

Nachleuchtens der Fluoreszenzmasse ausgesandt werden würde, auf dem nur ein geringer, modulierter Anteil zu finden ist. Es wird daher vorgeschlagen, besonders nachleuchtarme Fluoreszenzmassen, d. h. Fluoreszenzmassen ohne wirksame Phosphoreszenz, als Belag für die Leuchtstoffröhren vorzusehen.

Um trotz aller Vorsichtsmaßnahmen eine möglichst geringe Beeinflussung durch Tageslicht zu

ίο erhalten, wird fernerhin nach der Erfindung vorgeschlagen, die Lichtfarbe so zu wählen, daß sie stark von dem Tageslicht abweicht. Das Tageslicht hat bekanntermaßen im Durchschnitt eine Farbtemperatur von etwa 6ooo° Kelvin. Nimmt man eine blauviolette Fluoreszenzmasse, so ist es leicht möglich, scheinbare Farbtemperaturen von z. B-. 40000⁰ zu erreichen. Man erhält dadurch einen außerordentlich starken Kontrast gegenüber dem Tageslicht. Man kann nun vor die Optik oder zwischen Optik und Blende an den Empfängern Blaufarbfilter anbringen, die nur dieses Strahlungsgebiet, nicht dagegen das rot-gelb-grüne Sonnenspektrum durchlassen. Desgleichen wird man nach der Erfindung als Fotozelle eine solche verwenden, deren Empfindlichkeitsmaximum im blauvioletten Spektralgebiet liegt, vorzugsweise eine Cäsium-Antimon-Fotozelle. Es ist auch möglich, in ein und demselben Anodenkreis der Röhre 14 gemäß Fig. 4 mehrere Schaltrelais, z. B. 15^s usw., anzuordnen, so daß jedes dieser Relais bei einer voreingestellten Geschwindigkeit einen Schaltkontakt 15* schließt. Es ist weiterhin möglich, elektromagnetische oder oszillographische Meßgeräte 27 zu verwenden oder auch allein in den Anodenkreis oder auch direkt unter die Gleichrichter zu legen, derart, daß eine laufende Ablesung oder Überwachung der Geschwindigkeit stattfinden kann.

Nach der Erfindung ergeben sich eine Reihe überraschender Anwendungsmöglichkeiten, z. B. auf Sportplätzen, bei denen es bei Anbringung einer langen Meßstrecke möglich ist, bei einem Läufer während des Durchlaufens der Meß strecke anzugeben und dem Zuschauerkreis sichtbar zu machen, welche Laufzeit der Läufer erreichen würde, desgleichen bei Autorennen, bei denen Spitzengeschwindigkeiten, die auf Kurzdistanz erreicht werden, hiermit dem Forum laufend bekanntgegeben werden können. Hierzu kann man sich z. Bi großer Fernanzeigegeräte an Stelle des Meßgerätes 27 (Fig. 4) bedienen, gegebenenfalls mit entsprechenden Ziffern, Schaltwerken, wie sie technisch üblich sind.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Geschwindigkeitsabhängige Schaltvorrich^ tung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Objekt eine Meßstrecke durchläuft, die seitlich einerseits begrenzt ist durch eine über die ganze Meßstrecke ausgedehnte modulierte Lichtquelle, andererseits begrenzt ist diurch eine Zahl von Empfängern mit Fotozellen enthaltenden lichtelektrischen Verstärkervorrichtungen und nachfolgenden Differenzierschaltungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor der Verstärker sich gemäß langsamen Änderungen der optischen und elektrischen'"· Verhältnisse automatisch nachregelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen Fluoreszenzlampen mit höherer Farbtemperatur als der des Tageslichts verwendet sind.

4. Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen Fluoreszenzlampen geringer Nachleuchtdauer dienen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Aufnahmestellen über Gleichrichteranordnungen parallel geschaltet auf eine gemeinsame Differenzierschaltung arbeiten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltglied eine Elektronenröhre mit gerader Kennlinie verwendet ist, in deren Anodenkreis ein oder mehrere .Relais liegen, deren jedes durch Vormagnetisierung auf eine bestimmte Geschwindigkeit eingestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle und Empfängeranordnung Schattenblenden angeordnet sind, die in Strahlrichtung ungestört durchlassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß außer oder statt der Relais visuelle Anzeigevorrichtungen in den Stromkreis geschaltet sind, die eine laufende Geschwindigkeitsbeobachtung beim Durchlaufen der Meßstellen zulassen. too

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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