FI75678B - Foerfarande och anordning foer maetning av avstaond medelst ultraljud. - Google Patents

Description

75678

Menetelmä ja laitteisto etäisyyden mittaamiseksi ultraäänen avulla

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 joh-5 danto-osan mukainen menetelmä ja patenttivaatimuksen 4 johdanto-osan mukainen laitteisto kahden pisteen välisen etäisyyden mittaamiseksi ultraäänen avulla.

Etäisyyden mittaaminen kahden pisteen välillä voidaan tunnetusti suorittaa useilla eri tavoilla. On 10 tunnettua lähettää lähtöpisteestä sähkömagneettinen, akustinen tai optinen signaali siten, että se heijastuu määräpisteestä takaisin lähtöpisteeseen. Mitatun edestakaisen kulkuajan perusteella määrätään pisteiden välinen etäisyys. Tällaisessa mittaustavassa ei useinkaan 15 riitä määräpisteestä tuleva passiivinen kaiku vaan maali on varustettava heijastimella, jotta vastaanotettavan kaiun voimakkuus on riittävä.

Lisäksi on yhdysvaltalaisesta patenttijulkaisusta US-4 254 478 tunnettu ultraäänellä suoritettava etäi-20 syydenmittausmenetelmä, jossa määräpisteessä on lähetin, joka lähettää pulssin takaisin lähtöpisteeseen tietyn viiveen jälkeen. Viiveen tarkoituksena on saada eliminoiduksi mahdolliset ymäristöstä tulevat häiritsevät kaiut.

Tämän tunnetun ultraäänen avulla tapahtuvan etäi-25 syydenmittausmenetelmän puutteena on se, että lähetin- ja vastaanotinlaitteistot ovat erillisiä, ja niiden toiminta on suunniteltu sen mukaan, ovatko ne mittausvälin lähtö-vai määräpisteessä. Mittaustulos on lisäksi luettavissa ainoastaan mittausvälin toisessa päässä. Mittausmenetel-30 mien jäykän luonteen takia ei mittauspisteiden välistä vaihtelevaa ja siirtyvää etäisyyttä voi helpolla seurata.

Usein olisi kuitenkin toivottavaa, että eri pisteissä olevat havainnoitsijat voisivat helposti seurata toistensa liikkeitä ja jatkuvasti valvoa oleskelupaikko-35 jen välistä etäisyyttä. Tällaisia tarpeita on esimerkiksi poliisilla, sukeltajilla sekä maanmittaus- tai rakennus- 2 7 5 6 V 8 alalla.

Keksinnön tarkoituksena onkin päästä eroon edellä mainituista haitoista ja saada aikaan tunnettuja menetelmiä joustavamman toiminnan mahdollistava etäisyydenmit-5 tausmenetelmä. Patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa kuvatulla menetelmällä tämä saavutetaan noudattamalla vaatimuksen tunnusmerkkiosassa kuvattuja menetelmävaiheita.

Keksinnön mukaisena perusajatuksena on siten saada aikaan etäisyydenmittausmenetelmä, jossa eri pisteis-10 sä olevat laitteet ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja jossa mittaustulos on samalla nähtävissä molemmissa laitteissa.

Toisaalta on keksinnön tarkoituksena saada aikaan mittausmenetelmään soveltuva mittauslaitteisto, joka ta-15 kaa mahdollisimman helpon käytön. Tämä saavutetaan patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosan mukaisesti.

Koska eri pisteissä olevat laitteet ovat täysin samanlaisia on myös mittaustekniikkaan perehtymättömän maallikon helppo käyttää niitä, eikä hänen tarvitse tie-20 tää, tulisiko hänellä olla lähtö- tai määräpisteeseen tarkoitettu laite mukanaan. Laitteiden samanlaisesta rakenteesta johtuen on niiden teollinen toteuttaminen ja tuottaminen myös helpompaa.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viita-25 ten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää yksinkertaistettuina keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettäviä lähetinvastaanotinyksi-köitä ja niiden välistä vuorovaikutusta, kuvio 2 esittää aika-akseleilla kuvion 1 mukaisen 30 mittausmenettelyn merkitseviä tapahtumia, kuvio 3 esittää lohkokaaviomuodossa keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävän lähetinvastaanotinyksi-kön rakennetta.

Kuviossa 1 sijaitsevat lähetinvastaanotinyksiköt 35 LVA ja LVB tietyllä etäisyydellä toisistaan. Lähetinvas- 3 75678 taanotinyksikkö LVA sisältää lähettimen L sekä vastaan- n ottimen ja lähetinyksikkö LVB vastaavasti lähettimen L_ ja vastaanottimen VD. Mittaus voidaan aloittaa kummas-sa päässä mittausväliä tahansa. Seuraavassa esimerkissä 5 mittauksen aloittaa laite LVA lähettämällä lähettimellä La ultraäänipulssin laitteelle LVB, jolloin samalla käynnistyy laitteen LVA laskuri (jota kuviossa 1 ei yksinkertaisuuden vuoksi ole esitetty). Kuviossa 2 on ylemmällä aika-akselilla, jota on merkitty LVA:11a, kuvattu lait-10 teen LVA merkitseviä tapahtumia ja alemmalla aika-akselilla, jota on merkitty LVB:llä, laitteen LVB merkitseviä tapahtumia. Hetkeä, jolloin laite LVA lähettää ultraääni-pulssin USP.J on aika-akselilla merkitty t^:llä. Pulssi vastaanotetaan vastaanottimella V hetkellä t~, jolloin B ^ 15 samalla käynnistyy laitteen LVB viive-elin (jota ei kuviossa 1 ole esitetty). Kulkuaikaa laitteesta LVA laitteeseen LVB on kuvioissa 1 ja 2 merkitty T:llä. Viiveen tarkoituksena on odottaa niin kauan, että mahdolliset häiritsevät heijastumat ovat kuoleentuneet. Kun laitteessa LVB 20 on viiveaika At kulunut, lähettää lähetin L_, hetkellä t-

D O

ultraäänipulssin USP2, jolloin samanaikaisesti käynnistyy laitteen LVB laskuri (laskuria ei kuviossa 1 ole esitetty) . Lähetetty pulssi vastaanotetaan kulkuajan T jälkeen hetkellä t^ laitteessa LVA, jolloin samalla käynnistyy 25 laitteen LVA viive-elin (ei esitetty) ja aiemmin hetkellä t1 käynnistynyt laskuri pysähtyy, minkä jälkeen laskurilla mitatusta aikavälistä laskettu mittaustulos on luettavissa laitteessa LVA. Kun laitteen LVA viive At, joka on edullisesti yhtä suuri kuin laitteen LVB viive, 30 on kulunut, lähettää lähetin Lft hetkellä t,. ultraääni-pulssin USP3,joka kulkuajan T jälkeen hetkellä tg vastaanotetaan laitteen LVB vastaanottimella V_,, jolloin taas käynnistyy laitteen LVB viive-elin ja aiemmin hetkellä t3 käynnistynyt laskuri pysähtyy, minkä jälkeen 35 mittaustulos on nähtävissä myös laitteesta LVB. Kun laitteen LVB viive At on kulunut, lähettää se jälleen ultra- 4 75678 äänipulssin ja mittausproseduuri jatkuu edellä selostetulla tavalla siten, että laitteet ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Laitteiden välistä synkronoitumista mittausprosessin alussa ei yksinkertaisuuden 5 vuoksi ole esitetty, koska se ei liity varsinaiseen keksinnölliseen ajatukseen.

Viiveen At pituus laitteissa on valittu tarpeeksi pitkäksi huomioonottaen laitteiden välisen suurimman toi-mintaetäisyyden ja pulssin kulkunopeuden väliaineessa.

10 Kun viive At ja pulssin kulkunopeus väliaineessa tunnetaan, voidaan mitatusta aikavälistä luonnollisestikin laskea laitteiden välinen etäisyys.

Kuviossa 3 on esitetty tarkemmin keksinnön mukaisen lähetinvastaanotinyksikön LVA tai LVB rakennetta. Ku-15 ten aiemmin todettiin ovat laitteet rakenteeltaan täysin samanlaisia. Samalla lähetys- ja vastaanottotaajuudella toimiva lähetin-vastaanotinanturi 1 on kytketty lähetys-vastaanotto-osaan 2, joka vastaanottopuolella käsittää anturin 1 perään kytketyn vastaanottovahvistimen 3 ja sen 20 perään kytketyn ilmaisinpiirin 4 ja pulssinmuokkainpiirin 5. Lähetyspuolella syötetään pulssi anturiin 1 lähetys-vahvistimen 6 kautta. Lähetysvastaanotto-osa 2 on yhdistetty väylän 7 kautta laskuri- ja ohjainporttiosaan 8, jonka kanssa laitteen toimintoja ohjaava prosessoriosa 9 25 kommunikoi kaksisuuntaisen väylän 10 kautta. Prosessori- osa 9 ohjaa näyttöyksikköä 11 väylän 12 kautta. Kalibroin-tiosa 13 on kytketty sekä laskuri- ja ohjainporttiosaan 8 että prosessoriosaan 9. Laitteen ohjelmoitavuutta on kuvattu prosessoriosaan 9 liittyvällä ohjelmaosalla 14 30 ja lisäksi kuviossa 3 on esitetty laitteen virransyötön takaava virtalähdeosa 15.

Koska ultraäänipulssin kulkunopeus vaihtelee esimerkiksi väliaineesta ja sen lämpötilasta riippuen, täytyy laite kalibroida kulloisissakin käyttöolosuhteissa.

35 Tämä kalibrointiosalla 13 suoritettava kulkunopeuden mit- 75678 5 taus voidaan tehdä monella tavalla, esimerkiksi manuaalisesti tunnetulla matkalla tai automaattisesti, jolloin prosessoriosa 9 korjaa mittaustuloksen oikeaksi. Kalibrointi ei kuitenkaan tunnettuna seikkana kuulu varsinai-5 sen keksinnöllisen ajatuksen piiriin, eikä siihen tämän takia tarkemmin puututa.

Laitteisiin oleellisena osana kuuluvat viiveet At voidaan toteuttaa laitteen toimintoja ohjaavan prosessorin 9 avulla, minkä takia kuviossa 3 ei viive-elimiä ole 10 esitetty erillisinä. Prosessori 9 saa ohjainporttien ja väylän 10 kautta tiedon vastaanotetusta pulssista, ja se antaa lähetysvastaanotto-osalle lähetyssignaalin, kun vii-veaika on kulunut. Viiveen kompensointi oikean mittaustuloksen saamiseksi voidaan toteuttaa sekin prosessorissa 15 9 siten, että se mittaustulosta laskiessaan huomioi vii veen. Vaihtoehtoisesti voidaan kompensointi suorittaa laskuri- ja ohjainporttiosassa 8 siten, että laskuri aloitus-pulssin saatuaan aloittaa tehollisen laskennan vasta vii-veajan jälkeen.

20 Prosessoriosan 9 muistiin on mahdollista tallettaa haluttuja mittaustuloksia ja esittää näytössä 11 mitatun etäisyyden lisäksi esimerkiksi etäisyyden muutos. Prosessorilla 9 on luonnollisestikin mahdollista suorittaa muitakin laskutoimituksia ja esittää niitä näyttöyksikössä 11. 25 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten ohei sen piirustuksen mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin eri tavoin. Mikäli esimerkiksi lähetettyyn ultra-äänipulssiin ei saada vastausta määrätyn ajan kuluessa voi-30 daan pulssia lähettää niin kauan, että vastauspulssi toiselta laitteelta saadaan. Vastaavasti on lähetinvastaan-otinyksikön rakenteen yksityiskohtien huomattavakin variointi mahdollista seuraavien patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. On myöskin mahdollista 35 käyttää useampaa kuin kahta laitetta yhtaikaa toisiinsa synkronoituina siten, että vuorotellen mitataan aina kahden laitteen välinen etäisyys.

Claims (4)

75678

1. Menetelmä kahden pisteen välisen etäisyyden mittaamiseksi ultraäänen avulla, jossa menetelmässä vaiheina: 5 a) lähtöpisteessä olevalla lähetinvastaanottimella (LVA) lähetetään ultraäänipulssi (USP^ määräpisteeseen, jolloin lähetinvastaanottimessa (LVA) oleva laskuri (8) käynnistyy, b) vastaanotetaan sanottu ultraäänipulssi (USP^) 10 määräpisteessä olevalla lähetinvastaanottimella (LVB), jolloin siinä käynnistyy määrätty viiveaika, c) sanotun viiveajan päätyttyä lähetetään lähetinvastaanottimella (LVB) ultraäänipulssi (USP2) lähtöpisteeseen, jolloin lähetinvastaanottimessa (LVB) käynnistyy 15 laskuri (8), d) vastaanotetaan sanottu ultraäänipulssi (USP2) lähtöpisteessä olevalla lähetinvastaanottimella (LVA), jolloin siinä samanaikaisesti käynnistyy määrätty viiveaika, sen laskuri (8) pysähtyy, ja mittaustulos tulostuu 20 lähetinvastaanottimessa (LVA), e) lähetinvastaanottimen (LVA) sanotun viiveajan päätyttyä lähetetään lähetinvastaanottimella (LVA) ultraäänipulssi (USP^) määräpisteeseen, jolloin lähetinvastaanottimen (LVA) laskuri (8) jälleen käynnistyy, 25 f) vastaanotetaan ultraäänipulssi (USP^) määräpis teessä olevalla lähetinvastaanottimella (LVB), jolloin siinä samanaikaisesti käynnistyy määrätty viiveaika, ja sen laskuri (8) pysähtyy, tunnettu siitä, että 30 kummassakin lähetinvastaanottimessa käytetään sekä samaa lähetystaajuutta että samansuuruista viiveaikaa (At), jolloin g) vaiheessa (f) mittaustulos tulostuu myös määrä-pisteessä olevassa lähetinvastaanottimessa (LVB), ja 35 h) mittaus jatkuu vaiheesta (c) kunnes se katkais taan. 75678

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eri mittaustuloksia talletetaan muistiin prosessointia varten.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että laitteiden välisen mitatun etäisyyden lisäksi valinnaisesti tulostuu myös etäisyyden muutos.

4. Laitteisto kahden pisteen välisen etäisyyden mittaamiseksi ultraäänen kulkuajan perusteella, joka 10 laitteisto käsittää lähtöpisteessä ja määräpisteessä sijaitsevat lähetinvastaanottimet (LVA,LVB), joista kukin sisältää yhdistelmänä: - lähettimen (LA, Lg) ja vastaanottimen (VA, Vg) ultraäänipulssien lähettämiseksi sekä vastaanottamiseksi, 15. laskuriosan (8) ultraäänipulssin kulkuaikaan verrannollisen laskentalukeman saavuttamiseksi, ja - viive-elimet (8,9) ulträänipulssin vastaanotto-hetken ja sitä seuraavan lähetyshetken välisen aikaviiveen (At) määrittämiseksi, 20 tunnettu siitä, että lähetinvastaanottimet (LVA, LVB) ovat keskenään identtiset, jolloin niiden kaikkien lähettimet (LA, Lg) ja vastaanottimet (VA, Vg) toimivat yhdellä ja samalla taajuudella. 8 75678