NO813530L - Apparat til avfoeling av avstand ved hjelp av lyd. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et avstandsføle-apparat..

Der er behov for en anordning som er enkel å anvende

for avføling når en gjenstand befinner seg innenfor en bestemt avstand, f.eks. som et hjelpemiddel ved rygging av store lastebiler. Der er også behov for en anordning som kan avføle avstanden til en gjenstand hurtig og gi en angivelse .

av denne avstand, f.eks. ved måling av et roms dimensjoner. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et apparat for utførelse av slike funksjoner.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt et avstandsavfølings-apparat som omfatter en generator for utstråling av pulsede lyd- eller ultralydmålesignaler etter en målevei, en mottaker for omforming av målesignaler som blir reflektert fra en fjerntliggende flate tilbake langs måleveien til elektriske signaler, en tidsmåleanordning for bestemmelse av medgått tid mellom utstråling av en målesignalpuls og mottakelse av et reflektert signal, til dannelse av et avstandssignal som vil være representativt for veistrekningen mellom apparatet og nevnte flate, samt en forsterker for økning av forsterkningen av det elektriske signal som en funksjon av medgått tid fra utstrålingen av en målesignalpuls.

Ved å anvende forsterkeren for økning av forsterkningen som en funksjon av medgått tid fra utstrålingen av en målesignalpuls er apparatet kompensert for det reflekterte lyd-eller ultralydsignals attenuasjon, som øker med veistrekningen mellom generatoren og den fjerntliggende flate.

Fortrinnsvis vil det være anordnet en fremviseranordning som reagerer på avstandssignalet og er kalibrert med avstands-markeringer for å frembringe en direkte angivelse av veistrekningen. Avstanden kan deretter bestemmes hurtig ved avlesning av fremviseren.

I den foretrukne utførelse omfatter generatoren en transduktor som reagerer på utstrålingsanordningen, og ideelt funksjonerer transduktoren også som mottaker for reflekterte signaler. En piezoelektrisk transduktor foretrekkes. Når apparatet skal anvendes til måling av en betydelig avstand (f.eks. 30 m eller mer) er det en stor fordel å anordne en lydlinse eller et lydhorn ved generatoren for å danne et smalt, rettet lyd-eller ultralydsignal. Et slikt trekk er særlig egnet for anven-delse sammen med en piezoelektrisk transduktor, slik at avstands - måling på opp til 50-60 m blir mulig med en rimelig grad av sikkerhet, og apparatet kan likevel*bringes til å funksjonere godt -utenfor nevnte område. Ved store avstander er det ønske-lig å begrense projeksjonsvinkelen for strålen ved hjelp av lydlinsen eller lydhornet til ca. 3° eller mindre. Dersom apparatet skal anvendes for måling av nærtliggende gjenstander er det ikke nødvendig med en liten projeksjonsvinkel, og derfor kan en lydlinse eller et lydhorn som danner en projeksjonsvinkel på opp til 20° eller mer (i forhold til projeksjonsaksen) være egnet for slike tilfeller.

Apparatet vil fortrinnsvis omfatte en fremviseranordning som reagerer på avstandssignalet og som er kalibrert til å gi en direkte angivelse av veistrekningen. I dette tilfelle kan tidsmåleanordningen omfatte et telleverk som er innrettet til å telle pulser fra en klokkegenerator i intervallet mellom utstråling og mottakelse av en målesignalpuls, som er innrettet til å drive fremviseranordningen. Det foretrekkes at der også skal være en anordning som slukker tellefremviseren under utstrålingen av serie-målesignaler og holder fremviseren i den slukkede tilstand i fravær av et avstandssignal. Apparatet kan også være utstyrt med en betraktningsanordning som gjør det mulig for apparatet å være vendt mot en gjenstand hvis avstand skal avføles.

Anordningen til økning av forsterkningen av det elektriske signal som en funksjon av tiden kan være en attenuator som er koplet i serie med forsterkeren sammen med en anordning til reduksjon av attenuatorens attenuasjon som en funksjon av medgått tid fra utstrålingen av en målesignalpuls. Attenuatoren kan være en elektronisk attenuator som er innkoplet for kontroll av en spenning fra en spenningsrampegenerator eller en logaritmisk forsterker som startes av målesignalgeneratoren..

Ideelt sett vil forsterkeren være en selektiv forsterker som er innrettet til å forsterke signaler med transduktorens utstrålingsfrekvens. Ideelt sett vil apparatet omfatte en fase-sperresløyfe eller et LC-filter som er koplet til forsterkerens utgang for sperring når det mottas en reflektert signalpuls med utstrålingsfrekvensen og frembringe et sperresignal for tidsmåleanordningen.

Bortsett fra å bare'å gi en fremvisning av den medgåtte tid vil det også kunne være anordnet en indikator som reagerer på avstandssignalet og som er innrettet til å avgi en alarm-angivelse når det opptrer en forutbestemt signalverdi, for å angi nærværet av en flate i et forutbestemt område.

Oppfinnelsen kan være utformet på forskjellige måter, og en foretrukket utførelsesform av den vil bli beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvor: Fig. 1 viser et avstandsmåleapparat ifølge oppfinnelsen og viser skjematisk veien for en utstråling mellom apparatet og en fjerntliggende flate. Fig. 2 viser et blokkretsdiagram av operasjonsdelen i

apparatet i fig. 1.

I fig. 1 omfatter avstandsmåleapparatet et hus 1 som er lite nok til at det kan bæres lettvint og som i den ene ende har en åpning 2 hvorfra det rager et konisk horn 3. I bunnen av åpningen er det anordnet en piezoelektrisk ultralydtransduktor 4 som kan ekssiteres ved hjelp av en ekssiteringsanordning inne i huset for utstråling av ultralydstråler. Hornet 3 tjener til å avgrense projeksjonsfeltet for transduktoren som i dette tilfelle er innrettet til å danne en projeksjonsvihkel på 3° i forhold til hornaksen 5. Ultralydenergi som utstråles fra transduktoren kan rettes mot en flate 6, og som det fremgår av fig. 1 kommer bare utstråling som reflekteres innenfor projeksjonsvinkelen tilbake til transduktoren 4. I praksis er dette nesten utelukkende energi som følger aksen 5. Denne energi tilbakelegger den kortest mulige refleksjonsvei, og tidsintervallet mellom utstrålingen av en puls av ultralydenergi fra transduktoren 4 og dens mottakelse i transduktoren etter refleksjonen fra flaten 6 er en funksjon av avstanden mellom transduktoren 4 og flaten 6. Tidsintervallet bestemmes av kretser i huset, og en digital angivelse av avstanden, som er forbundet med tidsintervallet, oppnås direkte på en digital fremviser 7 som er anordnet på huset. Huset 1 har også en søker 8 som er montert på toppen, hvorved brukeren er i stand til å rette apparatet nøyaktig i den ønskete retning og således unngå eventuelle refleksjoner fra andre gjenstander enn den hvis avstand skal måles.

Kretsene for bestemmelse av løpetiden før en reflektert puls og frembringelse av en angivelse på fremviseren 7 er vist skjematisk i fig. 2. Kretsen omfatter en lavfrekvens-puls-generator 9 som avgir en puls på 5n sekunders varighet med et nyttesignal på 300m sekunder. En av pulsgeneratorens utganger er koplet til en monostabil multivibrator 10, som når den er utløst vil avgi pulser av 2m sekunders varighet. Disse pulser er koplet til en oscillators 11 inngang. Oscillatoren er regulerbar, og i dette tilfelle vil den bli innstilt slik at den danner oscillasjoner med en frekvens på 40 kHz. Pulsene fra den monostabile multivibrator 10 tjener til å styre dan-nelsen av 40 kHz signalet fra oscillatoren. 11 slik at det dannes et utgangssigna1 fra- en forsterker 12 i form av 2m sekunder serier av et 40 kHz signal. Signalet fra forsterkeren 12 tilføres til primærviklingen i en opptransformator 13. Trans-formatorens sekundærvikling gir en pulset 200 volt serie og er seriekoplet med den piezoelektriske ultralydtransduktor 4.,

En annen utgang fra pulsgeneratoren 9 er koplet til en monostabil multi-vibrator 14 som danner en 1 y sekund puls som virker som en tilbakestillingspuls for en innstillingsenhet 15 som omfatter et telleverk. Dette starter en innstillingstelle-sekvens.

Samme transduktor 4 anvendes for overføring og mottakelse av ultralydsignaler. Dette oppnås ved at inngangssignalene til mottakeren tas tvers over et par dioder som er parallellkoplede og motsatt sikrer at signalet som utvikles tvers over diodene i perioden for en overføringspuls ikke overskrider en topp-spenning på ca. 0,7 V. Signaler som dannes ved ekssitering av transduktoren 4 som følge av en reflektert puls mates gjennom et filter 16 til en elektronisk attenuator 17. Filteret filt-rerer ut uønskede frekvenser.

En rampegenerator 18 startes for som reaksjon på hver puls fra generatoren 9 å frembringe en spenning som bevirker en sterk attenuasjon av det mottatte signal som bibeholdes i 5m sekunders varighet av pulsen, idet denne spenning etter at pulsen er slutt avtar som en rampefunksjon med tiden, slik at signalets attenuasjon gradvis reduseres. Årsaken til at det benyttes en maksimal attenuasjonsperiode på 5m sekunder og en overføringsserie på 2m sekunder er at der er små refleksjoner og parasittoscillasjoner nær bakkanten, og alle disse reduseres deretter vesentlig av attenuatoren. På denne måte attenueres ethvert signal som utvikles under en overføringspuls sterkt,

og attenuasjonen reduseres med tiden etter 5 m sekunders over-føringspulsen, slik at attenuasjonen av det mottatte signal som skyldes tap ved passering mellom transduktoren og en reflekterende gjenstand kompenseres vesentlig. Rampegeneratoren er utstyrt med variable motstander for regulering av henholds-vis rampehøyde og falltid for å tilpasse apparatet til spesielle funksjoner. Disse innstilles på forhånd for en spesiell anvendelsen.

For å frembringe en digital angivelse av tidsrommet mellom utstrålingen av et ultralydsignal og mottakelse av pulsen i transduktoren 4, er innstillingsenheten 15 utstyrt med en klokkegenerator som kontinuerlig danner klokkepulser som mates til et digitalt telleverk. Telleverket har en sperreinngang som aktiveres av en logisk krets 19 (som vil bli beskrevet nedenfor), og åpnes som reaksjon på en puls fra pulsgeneratorens-9 utgang, noe som medfører utstråling av en ultralydmåleserie. Sperren lukkes når det mottas en puls fra en fasesperresløyfe

20 (eller et LC-filter) noe som betyr mottakelse av en reflektert målepuls i transduktoren 4. På denne måte oppnås det en pulstelling som er representativ for tidsrommet mellom emisjon og mottakelse av en serie i transduktoren 4. Det vil forstås at dette tidsrom er en funksjon av avstanden som er tilbakelagt av ultralydsignalet. Telleverket i innstillingsenheten 15 til-bakestilles samtidig med at signalpulsen overføres, ved hjelp av tilbakestillingssignalet fra den monostabile multivibrator 14. Tellingen angis direkte i en fremviserenhet 7 med fire tegn og syv segmenter. Ved riktig valg av klokkegeneratorfrekvens kan fremviseren arrangeres slik at den gir en direkte angivelse av avstanden fra en reflekterende gjenstand til transduktoren

i enheten, f.eks. meter. I den beskrevne utførelsesform er det anordnet en bryter 21 som forandrer klokkegeneratorens frekvens for å angi avstanden selektivt i meter, men det vil forstås at

ved riktig valg av klokkefrekvens kan avstanden angis i forskjellige enheter, f.eks. yard. Dersom det ikke mottas noen puls fra fasesperresløyfen 20 før den neste puls fra pulsgeneratoren 9 tømmes fremviseren 7. Dette betyr at dersom det ikke opptrer noen refleksjon på grunn av at der ikke er noen gjenstand i området forblir fremviseren tom.

Hele apparatet arbeider ved 9V, som kan tilføres ved hjelp av et batteri, og trekker ca. 14mA når fremviseren er tømt og ca. 34 mA når den er på.

Idet avstandsmåleapparatet ifølge oppfinnelsen har en tidsforsterkningskontroll er det mulig å forsterke et signal ved hjelp av en forutbestemt, fast forsterkning som forandres med tiden. F.eks. avgir forsterkerkretsen ved måling av en vegg ca. 1,8 m borte en totalt signalforsterkning på 6. Mindre gjenstander gis likeledes en forsterkning på 6, men på grunn av deres størrelse i forhold til veggen er signalet.ingen steder tilstrekkelig til å utløse fasesperresløyfen. Ved f.eks. ca. 9,1 m øker forsterkningen hundreogfemti ganger på grunn av tidsforsterkningskontrollen. Selv om forsterkeren har økt i forsterkning avgir likevel ikke små gjenstander som befinner seg langt borte et signal som er stort nok til å utløse fase-sperresløyfen. Bare en stor reflekterende flate vil gi den returpuls som er nødvendig og tilstrekkelig for å utløse fase-sperresløyfen.

En særlig fordel med apparatet ifølge oppfinnelsen er at det er mulig å oppnå det reflekterte signal fra overførings-transduktoren uten tap som følge av den kopling som benyttes.

Det vil forstås at forskjellige alternativer eller modi-fikasjoner av trekk som er beskrevet i den beskrevne utførelses-form er mulige uten å gå utenfor rammen for oppfinnelsen. Således vil transduktoren istedenfor å ekssiteres gjentatte ganger kunne ekssiteres slik at det utstråles en eneste utstrå-lingsserie etter forlangende.

Ekssiteringen kan utløses manuelt istedenfor elektrisk. Selv om ultralydfrekvenser foretrekkes, vil også lydfrekvenser kunne benyttes. Istedenfor en fasesperresløyfe på et LC-filter, kan det anvendes en tonedekoder som reagerer på den spesielle lyd- eller ultralydf rekvens.. En logaritmisk forsterker kan anvendes istedenfor rampegeneratoren for avgivelse av signaler med samme tyngde uavhengig av styrken på det mottatte signal..

■f

Istedenfor en digital angivelse kan det benyttes en analog fremvisning. En fremviser kan unnværes helt dersom et signal som er representativt for veistrekningen er nødvendig for styring av et annet utstyr, f.eks. en alarm, eller det kan være anordnet en fremviser i tillegg til en kontroll-funksjon. Det vil forstås at en terskeldetektor vil kunne anordnes slik at den utløses av signalet som er representativt for veistrekningen for angivelse av at en gjenstand er innenfor et forutbestemt område. Et slikt arrangement ville kunne anvendes, f.eks. ved rygging av kjøretøyer, påvisning av hindringer for kjøretøyer som kjører i tåke eller påvisning av fartøyer som kommer inn i et trangt område, f.eks. skip som kommer inn i en havn.

Andre mulige anvendelser er å måle avstander som normalt ville kunne måles me'd et målebånd f.eks. et roms dimensjoner, en takhøyde eller et kjøretøys høyde.

Claims (16)

1. Avstandsavfølingsapparat, karakterisert ved at det omfatter en generator for utstråling av pulsede lyd- eller ultralydmålesignaler etter en målevei, en mottaker for omforming av målesignaler som blir reflektert fra en fjerntliggende flate tilbake langs måleveien til elektriske signaler, en tidsmåleanordning for bestemmelse av medgått tid mellom utstråling av en målesignalpuls og mottakelse av et reflektert signal, til dannelse av et avstandssignal som vil være representativt for veistrekningen mellom apparatet og nevnte flate, samt en forsterker for økning av forsterkningen av det elektriske signal som en funksjon av medgått tid fra utstrålingen av en målesignalpuls.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at generatoren omfatter en transduktor som er innrettet til å reagere på en ekssiteringsanordning.

3. Apparat i samsvar med krav 2, karakteri sert ved at transduktoren også funksjonerer som mottaker for reflekterte signaler.

4. Apparat i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at transduktoren er en piezoelektrisk transduktor.

5. Apparat i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at en lydlinse eller et lydhorn er anordnet opptil generatoren for å danne et smalt, rettet lyd-eller ultralydstrålesignal.

6. Apparat i samsvar med krav 5, karakterisert ved at strålen har en projeksjonsvinkel på ca. 3° eller mindre.

7. Apparat i samsvar med et av kravene 1-6, k a r a k terisert ved en fremviseranordning som er kalibrert til å angi en direkte angivelse av veistrekningen.

8. Apparat i samsvar med krav 7, karakterisert ved et telleverk som er innrettet til å telle pulser fra en klokkegenerator i intervallet mellom utstråling og mottakelse av en målesignalpuls, hvorved pulstellingen bevirker drift av fremviseranordningen.

9. Apparat i samsvar med krav 7 eller 8, karakterisert ved .en anordning for tømming av tellingsfremviseren under utstråling av en serie målesignaler og til å holde fremviseren i tømt tilstand i fravær av et avstandssignal.

10. Apparat i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at transduktoren er koplet i serie med et par dioder som er koplet i parallelle og motsatt, slik at det elektriske signal vil bli dannet tvers over diodene.

11. Apparat i samsvar med et av kravene 1-10, karakterisert ved at en attenuator er koplet i serie med forsterkeren, og at det er anordnet en innretning for reduksjon av attenuatorens attenuasjon som en funksjon av medgått tid fra utstrålingen av en målesignalpuls.

12. Apparat i samsvar med krav 11, karakterisert ved at attenuatoren er en elektronisk attenuator som er innkoplet for kontroll av en spenning avledet fra en spenningsrampegenerator eller en logaritmisk forsterker som startes av målesignalgeneratoren.

13. Apparat i samsvar med et av kravene 1-12, karakterisert ved at forsterkeren er en selektiv forsterker som er innrettet til å forsterke signaler med trans-duktorutstrålingsfrekvensen.

14. Apparat i samsvar med et av kravene 1-13, karakterisert ved at det omfatter en fasesperresløyfé eller et LC-filter som er koplet til forsterkerens utgang for å sperre ved mottakelse av en reflektert signalpuls med utstrålingsfrekvensen og til å frembringe et sperresignal for tidsmåleanordn ingen.

15. Apparat i samsvar med et av kravene 1-14, karakterisert ved en indikator som er innrettet til å reagere på avstandssignalet og til å frembringe en alarra-angivelse når en forutbestemt signalverdi opptrer, for angivelse av nærværet av en flate på eller innenfor en forutbestemt avstand.

16. Apparat i samsvar med et av kravene 1-15, karakterisert ved en sø keranordning som kan bevirke at apparatet rettes mot en gjenstand hvis avstand skal bestemmes.