NL8720014A

NL8720014A - Werkwijze en inrichting voor het meten van een afstand door middel van ultrasone pulsen.

Info

Publication number: NL8720014A
Application number: NL8720014A
Authority: NL
Original assignee: Mikrovalmiste U J Pulkkanen Oy
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1988-10-03
Also published as: SE8802737L; SE458071B; FI860394A0; FI75678C; GB2207504B; FI75678B; WO1987004527A1; US4894810A; DE3790018T1; SE8802737D0; GB2207504A; DK504887A; DK504887D0; FI860394A; GB8816812D0

Description

* * 884502/Ti/MW »-8 7 2 0 0 1 4 -1-

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het meten van een afstand door middel van ultrasone pulsen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het meten van een afstand tussen 5 twee punten door middel van ultrasone pulsen.

Het is algemeen bekend dat de afstand tussen twee punten op verschillende wijzen kan worden gemeten.

. Het is bekend een elektromagnetisch, akoestisch of optisch signaal uit te zenden vanuit een punt van oorsprong zodat 10 het terug wordt gereflecteerd van het doelpunt naar het punt van oorsprong. De afstand tussen de punten wordt bepaald op basis van de heen- en -weergaande transmissie-tijd. Bij deze wijze van meten is een passieve echo van het doelpunt gewoonlijk niet voldoende, doch moet het 15 doel worden voorzien van een reflector opdat de grootte van de te ontvangen echo voldoende is.

Voorts beschrijft het Amerikaanse octrooischrift 4.254.478 een werkwijze voor het bepalen van een afstand door middel van ultrasone pulsen bij welke werkwijze het 20 doelpunt is voorzien van een zender die de puls na een voorafbepaalde vertraging terugzendt naar het punt van oorsprong. De funktie van de vertraging is het elimineren van mogelijke verstorende echo's van de omgeving.

Een bezwaar van deze bekende methode voor 25 het bepalen van een afstand door middel van ultrasone pulsen is dat de zend- en ontvangstmiddelen gescheiden zijn en dat zij zijn ontworpen te werken afhankelijk ervan of zij zich bevinden op het punt van oorsprong of op het doelpunt van het meetinterval. Voorts kan het meetresultaat 30 slechts aan één einde van het meetinterval worden uitgelezen. Als gevolg van de niet flexibele aard van de meetmethoden is het niet gemakkelijk een variërende afstand tussen de meetpunten waar te nemen.

Het is dikwijls gewenst dat waarnemers op 35 verschillende punten in staat zijn om op gemakkelijke i872 0014 %, 4 -2- wijze de bewegingen van elkaar te volgen en continu de afstand tussen de plaatsen te meten. Dit is noodzakelijk voor bijvoorbeeld politiefunktionarissen, duikers, en bij het opmeten van land en in de bouw.

5 Het doel van de uitvinding is de bovenomschreven bezwaren te ondervangen en een werkwijze voor het meten van afstanden te verschaffen welke werkwijze een meer flexibel bedrijf dan de bekende werkwijze mogelijk maakt.

Dit wordt bereikt door middel van de werkwijze beschreven 10 in de aanhef van conclusie 1 en gebruikmakend van de stappen zoals beschreven in het kenmerk van de conclusie.

Het basisidee der uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het meten van een afstand op een zodanige wijze dat inrichtingen gepositioneerd op verschil-15 lende punten continu met elkaar samenwerken en dat het meetresultaat in beide inrichtingen afleesbaar is.

Ook verschaft de uitvinding een meetinrichting die geschikt is voor het uitvoeren van de meetwerkwijze en die het eenvoudigst mogelijk gebruik verzekert. Dit 20 wordt bereikt door middel van de maatregelen volgens het kenmerk van conclusie 4.

Daar de inrichtingen aangebracht op de verschillende punten identiek zijn zal zelfs een leek die niet bekend is met meettechnieken ze gemakkelijk kunnen gebrui-25 ken en hij hoeft niet te weten of hij bij zich moet hebben een inrichting bestemd te worden gebruikt op het punt van oorsprong of een inrichting bestemd te worden gebruikt op het doelpunt. De identieke structuur der inrichtingen maakt het gemakkelijker ze te vervaardigen en industrieel 30 te produceren.

De uitvinding zal in het nu volgende worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde figuur waarin is:

Fig. 1 een vereenvoudigde afbeelding van de 35 zend- en ontvangsteenheden gebruikt in de werkwijze volgens de uitvinding en de onderlinge samenwerking daarvan, fig. 2 toont op de tijdas de significante voorvallen der meetprocedure volgens fig.1, en fig.3 is een blokschema vande opbouw van de ‘8720014 c, 9 -3- zend-ontvangereenheid gebruikt in de werkwijze volgens de uitvinding.

In fig.3 zijn de zend-ontvangereenheden LVA en LVB geplaatst op een voorafbepaalde onderlinge afstand.

5 De zend-ontvanger LVA bevat de zender L^ en de ontvanger V^, en de zendontvangereenheid LVB bevat op korrespon-derende wijze een zender LD en een ontvanger VD. Het meten

JJ O

kan worden begonnen aan elk einde van de meettussenruimte,

In het nu volgend voorbeeld wordt het meten gestart door 10 middel van de inrichting LVA die met de zender L^ een ultrasone puls uitzendt naar de inrichting LVB, waarbij simultaan de teller van de inrichting LVA wordt gestart (de teller is duidelijkheidshalve in fig. 1 niet afgebeeld).

In fig.2 toont de bovenste tijdas, aangegeven met LVA, 15 de significante voorvallen van de inrichting LVA, en de onderste tijdas, aangegeven LVB, toont de significante voorvallen van de inrichting LVB. Het moment waarop de inrichting LVA een ultrasone puls ÜSP1 aangeeft is aangegeven met t^ op de tijdas. De puls wordt ontvangen door 20 de ontvanger Vg op het moment t2 waarbij de vertragings-middelen van de inrichting LVB simultaan worden gestart (deze middelen zijn niet in fig.1 afgebeeld). De transmissie-tijd gaande van de inrichting LVA naar de inrichting LVB is in de fig. 1 en 2 aangegeven met T. De vertraging is 25 bedoeld om de uitzending te vertragen totdat eventuele verstorende reflecties zijn verdwenen. Nadat de vertra-gingstijd At van de inrichting LVB is verstreken zendt de zender Lg een ultrasone puls USP2 uit op het moment t3, en wordt simultaan de teller van de inrichting LVB 30 gestart (deze teller is in fig. 1 niet afgebeeld). De uitgezonden puls wordt ontvangen na de transmissietijd T op het moment t^ in de inrichting LVA, waarbij de vertra-gingsmiddelen van de inrichting LVA simultaan worden gestart (deze middelen zijn niet afgebeeld) en de teller die eerder 35 was gestart op het moment t^ wordt gestopt, waarna het meetresultaat berekend op basis van de tijdinterval gemeten door de teller kan worden afgelezen in de inrichting L^.

Na de vertragingstijd At van de inrichting LVA, bij voorkeur gelijk aan die van de inrichting LVB, zendt de zender .$720014 u -4- een ultrasone puls USP^ op het moment tg, welke puls wordt ontvangen door de ontvanger νβ der inrichting LVB na de uitzendtijd T op het moment tg als gevolg waarvan de vertragingsmiddelen van de inrichting Lg worden gestart 5 en de teller, die eerder op het moment t^ was gestart, wordt gestopt, waarna het meetresultaat zichtbaar is in de inrichting LVB. Na de vertragingstijd ^t der inrichting LVB zendt de inrichting opnieuw een ultrasone puls en verloopt de meetprocedure als boven omschreven waarbij 10 de inrichtingen continu met elkaar samenwerken. Duidelijkheidshalve is de synchronisatie der inrichtingen aan het begin van de meetprocedure niet beschreven omdat deze geen deel uitmaakt van het basisidee der uitvinding.

De grootte van de vertragingsti jd <3er 15 inrichtingen moet zodanig worden gekozen dat deze voldoende $root is ten opzichte van het grootste werkbereik tussen de inrichtingen en de voortplantingssnelheid der puls in het medium. Wanneer de vertraging en de voortplan tingssnelheid van de puls in het medium bekend zijn kan 20 de afstand tussen inrichtingen uiteraard uit het gemeten tijdinterval worden berekend.

Fig. 3 toont in meer detail de opbouw van de zendontvangsteenheid LVA of LVB volgens de uitvinding.

Zoals reeds gezegd hebben zij een identieke structuur.

25 De zendontvangersensor 1, werkend met gelijke zend- en ontvangstfrekwenties is verbonden met een zendontvanger-component 2 waarvan de ontvangstzijde een ontvangstverster-ker 3 omvat verbonden met de sensor 1, een detectieketen 4 en een pulsvormketen 5 verbonden met de ontvangstversterker. 30 Aan de zendzijde wordt een puls toegevoerd aan de sensor 1 via een zendversterker 6. De zendontvangercomponent 2 is via een verzamel1lijn 7 verbonden met een tel- en besturingspoortcomponent 8 die via een tweewegsverzamellijn 10 communiceert met een verwerkingscomponent 9 die de 35 werking van het toestel bestuurt. De verwerkingscomponent 9 bestuurt een display-eenheid 11 via een verzamellijn 12. Een calibratiecomponent 13 is verbonden met zowel de teller als de besturingspoortcomponent 8 en de verwer-kercomponent 9. De programmeerbaarheid van de inrichting .8720014 -5- •f is gesymboliseerd met een programmeercomponent 14 verbonden met de verwerkercomponent 9. Fig. 3 toont voorts een stroom-component 15 welke stroom levert aan de inrichting.

Daar de voortplantingssnelheid van de ultrasone 5 puls varieert, afhankelijk van bijvoorbeeld het medium en de temperatuur daarvan is het noodzakelijk de inrichting te calibreren voor de werkomstandigheden in een bepaald geval. Dit meten van de voortplantingssnelheid door middel van de calibratiecomponent 13 kan op verschillende wijze 10 worden uitgevoerd, bijvoorbeeld met de hand over een bekende afstand of automatisch waarbij de verwerkercomponent 9 het meetresultaat corrigeert. Daar deze calibratie de vakman bekend is en niet ligt binnen het inventieve concept zal deze niet nader worden besproken.

15 De vertragingen At, essentieel voor de inrich tingen, kunnen worden teweeggebracht door de verwerker 9 die de werking van de inrichting bestuurt zodat dan ook geen aparte vertragingsmiddelen in fig. 3 zijn afgebeeld.

De verwerker 9 wordt geïnformeerd betreffende een ontvangen 20 puls via de besturingspoorten en het kanaal 10, en levert een zendsignaal aan de zendontvangercomponent na de vertra-gingstijd. De compensatie van de vertraging ter verkrijging van een juist meetresultaat kan ook worden uitgevoerd door de verwerker 9 zodat de vertraging in aanmerking 25 wordt genomen wanneer de verwerker het meetresultaat berekent.

Ook kan de compensatie worden uitgevoerd in de teller en besturingspoortcomponent 8 zodat de teller pas start met effectief tellen totdat de vertragingstijd is verlopen na ontvangst van een startpuls door deze teller.

30 De gewenste meetresultaten kunnen worden opgesla gen in het geheugen van de verwerkercomponent 9; voorts is het mogelijk op het display 11 niet alleen de gemeten afstand doch bijvoorbeeld ook de verandering van een afstand aan te geven. Uiteraard is het ook mogelijk andere rekenbewer-35 kingen te laten uitvoeren door de verwerker 9 en deze op de display-eenheid 11 aan te geven.

Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld is het duidelijk dat de uitvinding daartoe niet is beperkt doch in verschillende .8720014 -6- ♦ wijzen kan worden gemodificeerd. Wanneer bijvoorbeeld geen responsie wordt verkregen op een uitgezonden ultrasone puls in een voorafbepaalde tijdperiode kan het uitzenden van de puls worden voortgezet totdat een antwoordpuls 5 van de andere inrichting is ontvangen. Ook kunnen structurele details van de zendontvangereenheid aanzienlijk worden gewijzigd binnen het inventieve kader zoals gedefinieerd in de volgende conclusies. Het is ook mogelijk meer dan twee inrichtingen simultaan te gebruiken door de inrichtin-10 gen onderling te synchroniseren, bijvoorbeeld door het alternatief meten van de afstand tussen steeds twee der inrichtingen.

.0720014

Claims

1. Werkwijze voor het meten van een afstand tussen twee punten door middel van ultrasone pulsen, omvattende 5 de stappen van het: (a) uitzenden van een ultrasone puls (USP^) door middel van een zendontvanger (LVA), aangebracht op een oorsprongpunt naar een doelpunt, waardoor een teller (8) in de zendontvanger (LVA) wordt gestart; 10 (b) ontvangen van genoemde ultrasone puls (ÜSP^) door een zendontvanger (LVB), aangebracht op het * doelpunt, waardoor een voorafbepaalde vertragingstijd in de zendontvanger (LVB) wordt gestart; (c) uitzenden van een ultrasone puls (USP2) 15 door de zendontvanger (LVB) naar het oorsprongpunt na het verlopen van genoemde vertragingstijd, waardoor een teller (8) in de zendontvanger (LVB) wordt gestart; (d) ontvangen van genoemde ultrasone puls (USP2) door middel van de zendontvanger (LVA) op het punt 20 van oorsprong, waardoor een voorafbepaalde vertragingsti jd van de zendontvanger (LVA) wordt gestart, simultaan de teller (8) daarvan wordt gestopt en het meetresultaat wordt weergegeven in de zendontvanger (LVA); (e) uitzenden van een ultrasone puls (ÜSP^) 25 door de zendontvanger (LVA) naar het doelpunt na het verloop van de vertragingstijd van de zendontvanger (LVA) waardoor de teller (8) daarvan wordt gestart; (f) ontvangen van de ultrasone puls (USP-j) door middel van de zendontvanger (LVB) op het doelpunt, 30 waardoor de vertragingstijd van de zendontvanger (LVB) simultaan wordt gestart en de teller (8) daarvan wordt gestopt, met het kenmerk, dat in de zendontvangers (LVA, LVB) gelijke ver-35 tragingstijden ( t) en gelijke frekwenties worden gebruikt, waardoor (g) in stap (f) het meetresultaat ook wordt aangegeven in de zendontvanger (LVB) die zich bevindt op het doelpunt; en .8720014 u V -8- (h) het meten wordt voortgezet vanaf stap (c) totdat het wordt onderbroken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat verschillende meetresultaten ter verwer- 5 king in een geheugen worden opgeslagen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat naar wens behalve de afstand gemeten tussen de inrichtingen een afstandsverandering wordt weergegeven. 10

4. Inrichting voor het meten van de afstand tussen twee punten door middel van de transmissietijd van ultrasone pulsen, omvattende zendontvangers (LVA, LVB), aangebracht op een oorsprongpunt en een doelpunt, waarbij elke zend-ontvanger in combinatie omvat: 15. een zender (L^, Lg) en een ontvanger (V^A, V_) voor het uitzenden en ontvangen van ultrasone pulsen; - een te11ercomponent (8) voor het leveren van een telling evenredig met de transmissietijd van de ultrasone puls; 20. vertragingsmiddelen (8, 9) voor het bepalen van een vertragingstijd ( At) tussen het ontvangstmoment van de ultrasone puls en een daaropvolgend zendmoment, met het kenmerk, dat de zendontvangers (LVA, LVB) onderling identiek 25 zijn en alle zenders (L,., Ln) en ontvangers (V„, V_.) met A Ij A H dezelfde frekwentie werken. .8720014