DD281258A5 - METHOD FOR THE AUTOMATIC COMPENSATION OF THE TEMPERATURE INFLUENCE FOR DISPLAY IN AIR ULTRASONIC SENSORS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kompensation der Temperatureinfluesse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren. Erfindungsgemaesz wird dies dadurch erreicht, dasz von einem mit der Meszstrecke zusammenfallenden Referenzreflektor ein Signal gewonnen und ueber eine Schaltungsanordnung die Selbstkalibrierung des Abstandssensors bewirkt wird, sowie der notwendige Vergleich zwischen vorgegebener Referenzzahl und der gezaehlten und zwischengespeicherten Impulszahl beispielsweise ueber einen Digitalkomperator verglichen und die Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung ausgegeben wird. Weiterhin wird das beschriebene Grundprinzip durch einen Mikrorechner, beispielsweise einen Einchipmikrorechner mit minimalem hardwaremaeszigen Aufwand realisiert, wobei die Ermittlung der Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung ueber ein geeignetes Programm erfolgt. Zur Erhoehung der Stoerfestigkeit des Abstandssensors werden mindestens zwei aufeinanderfolgende Impulslaengen miteinander verglichen und nur dann ein Ergebnis ausgegeben, wenn mindestens zwei Meszimpulse innerhalb einer vorgegebenen Toleranz uebereinstimmen.{Luftultraschallsensor; Abstandssensor; Referenzreflektor; Mikrorechner; Digitalkomperator; Impulslaenge; Kalibrierung}The invention relates to a method for automatic compensation of the temperature influences on the display in air ultrasonic sensors. According to the invention, this is achieved by obtaining a signal from a reference reflector coinciding with the measuring section and by self-calibration of the distance sensor via a circuit arrangement, and comparing the necessary comparison between the predetermined reference number and the counted and buffered pulse number, for example via a digital comparator, and equality or equality The direction of the deviation is output. Furthermore, the basic principle described is realized by a microcomputer, for example a single-chip microcomputer with a minimal amount of hardware complexity, whereby the determination of the equality or direction of the deviation takes place via a suitable program. To increase the surge resistance of the distance sensor, at least two consecutive pulse lengths are compared with one another, and a result is output only if at least two measurement pulses agree within a predetermined tolerance {air-ultrasonic sensor; Proximity sensor; Reference reflector; Microcomputer; Digitalkomperator; pulse duration; Calibration}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren. Hierbei wird die Laufzeit eines Ultraschallinnpulses zwischen dem Ultriischallsender, dem reflektierenden Gegenstand und dem Ultraschallempfänger ermittelt und als Wegstrecke digital ausgegeben. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine berührungslose Abstandsmessung weitgehend temperaturunabhängig und mit hoher Störfestigkeit erforderlich ist.The invention relates to a method for automatic compensation of the temperature effects on the display in air ultrasonic sensors. In this case, the transit time of an ultrasound pulse between the ultrasound transmitter, the reflecting object and the ultrasound receiver is determined and output as a digital path. The invention can be used wherever a non-contact distance measurement is required largely independent of temperature and high immunity to interference.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es existieren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur automatischen Kalibrierung von Ultraschallentfernungsmessern, bei denen die Laufzeit der von einem Ultraschallsender ausgesendeten Ultraschallwellen nach Durchlaufen einer bekannten, konstanten Referenzstrecke festgestellt und zum Bewer'.en der Arbeitsmeßstrecke ausgenutzt wird.There are various methods and devices for the automatic calibration of ultrasonic rangefinders, in which the running time of the ultrasonic waves emitted by an ultrasonic transmitter after passing through a known, constant reference distance is determined and used to Bewer'.en the Arbeitsmeßstrecke.

Die in der Erfindungsbeschreibung DE-OS 2934187 beschriebene automatische Kalibrierung von Ultraschallentfernungsmessern ist dadurch gekennzeichnet, daß hierfür ein Hilfsschallwandler notwendig ist, der periodisch einen Hilfsschallimpub in Ricchtung des Hauptschallwandlers aussendet.The automatic calibration of ultrasonic rangefinders described in the specification DE-OS 2934187 is characterized in that an auxiliary sound transducer is necessary for this purpose, which periodically emits an auxiliary sound impulse in the direction of the main sound transducer.

In der Erfindungsbeschreibung DE-OS 2935143 wird die automatische Kalibrierung dadurch erreicht, daß ein Referenzschallwandler und ein Referonzreflektor vorhanden sind, wobei die Referenzschallstrecke nicht mit der Hauptschallstrecke zusammenfäll).In the invention description DE-OS 2935143, the automatic calibration is achieved in that a reference sound transducer and a Referonzreflektor are present, the reference sound path does not coincide with the main sound path).

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß sie zusätzliche Schallwandler, die den Aufwand der Gesamteinrichtung wesentlich erhöhen, benötigen.A disadvantage of these solutions is that they require additional sound transducers, which significantly increase the cost of the overall device.

Aus der Erfindungsbeschreibung DD-PS 203781 ist der E nsatz des Mikrorechners zur digitalisierten Analoganzeige in Ultraschallentfernungsmessern bekannt, wobei Grenzverletzungen der anliegenden Daten signalisiert werden.From the description of the invention DD-PS 203781 the E nsatz the microcomputer for digitized analog display in ultrasonic rangefinders is known, with limit violations of the applied data are signaled.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß keine automatische Kalibrierung (Temperaturabhängigkeit dt r Laufzeit) der Meßanordnung realisiert wird.A disadvantage of this solution is that no automatic calibration (temperature dependence dt r running time) of the measuring arrangement is realized.

Ziel der r.rfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren zur automatischen Kompensation dor Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei luftultraschallser,Goren zu entwickeln. Dabei gilt es ein sich selbstabgleichendes System zu schaffen, welches ohne zusätzliche Schcillwandler auskommt.The aim of the invention is to develop a method for automatic compensation dor temperature influences on the display in luftultraschallser, Goren. It is a self-balancing system to create, which works without additional Schcillwandler.

Weiten der ErfindungWidening the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde₍ein Verfahren zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luf'ultraschallsensoren zu entwickeln.The invention is based on the object ₍ to develop a method for the automatic compensation of the temperature influences on the display in Luf'ultraschallsensoren.

Fi findungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß von einem mit der Meßstrecke zusammenfallenden Referenzreflektor ein Signal gewonnen und über eine Schaltungsanordnung die Selbstkalibrierung des Abstandssensors bewirkt wird, sowie der notwendige Vergleich zwischen vorgegebener Referenzzahl und der gezählten und zwischengespeicherten Impulszahl beispielsweise über einen Digitalkomparator verglichen und die Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung ausgegeben wird.Fi According to the object is achieved in that a signal obtained from a coincident with the reference path reference signal and a circuit arrangement, the self-calibration of the distance sensor is effected, as well as the necessary comparison between the predetermined reference number and the counted and cached pulse count compared for example via a digital comparator and the Equality or direction of deviation is output.

Weiterhin wird das beschriebene Grundprinzip durch einen Mikrorechner, beispielsweise einen Einchipmikrorechner mit minimalem hardwaremäßigen Aufwand realisiert, wobei die Ermittlung der Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung über ein geeignetes Programm erfolgt.Furthermore, the described basic principle is realized by a microcomputer, for example a single-chip microcomputer with minimal hardware complexity, wherein the determination of the equality or direction of the deviation takes place via a suitable program.

Zur Erhöhung der Störfestigkeit des Abstandssensors werden mindestens zwei aufeinanderfolgende Impulslängen miteinander verglichen und nur dann ein Ergebnis ausgegeben, wenn mindestens zwei Meßimpulse innerhalb einer vorgogebenen Toleranz übereinstimmen.To increase the interference immunity of the distance sensor, at least two consecutive pulse lengths are compared with each other and output a result only if at least two measurement pulses within a vorgogebenen tolerance match.

Ausführungsbeispielembodiment

Das Verfahren zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The method for the automatic compensation of the temperature influences on the display in air ultrasonic sensors will be explained in more detail with reference to two embodiments.

In einem ersten Ausführungsbeispiel wird durch einen Meß- und einen Referenzimpuls jeweils die entsprechende Torschaltung geöffnot, die gemeinsam von einem spannungs- oder stromgeuteuerten Impulsgenerator angesteuert werden. Die während der Referenzimpulsdauer das entsprechende Tor passierenden Impulse werden gezählt und zwischengespeichert und dann in einem Digitalkomparator mit einer fest vorgegebenen Zahl verglichen. Diese Zahl entspricht der Wegstrecke Sensor-Referenzbügel. Vom Digitalkomparator wird somit die Gleichhoit bzw. Richtung der Abweichung der Referenzimpulslängen vom Sollwert ermittelt. Über eine Anpaßschaltung wird im Foil 9 einer Abweichung über das Richtungssignal ein Integrator angesteuert. Die Ausgangsspannung dieses Integrators Steuer*; die Frequenz eines spannungs- oder stromgesteuerten Impulsgenerators solange nach, bis sich wieder die Gleichheit der beiden Zahlen eingestellt hat. Da von diesem spannungs-oder stromgesteuerten Impulsgenerator gleichzeitig die vom Mjßirnpuls geöffnete Torschaltung angesteuert wird, ist die dieses Tv passierende Impulszahl proportional der Entfernung zwischen Ultraschallsender und reflektierendem Gegenstand. Für eine Entfernungsanzeige müssen diese Impulse gezählt, zwischengespeichert und dekodiert werden. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird das beschrieben«) Verfahren durch einen Mikrorechner, beispielsweise auch einem Einchipmikrorechner mit minimalem hardwaremäßigen Aufwand, realisiert.In a first embodiment, in each case the corresponding gate circuit is opened by a measuring and a reference pulse, which are jointly controlled by a voltage or current-driven pulse generator. The pulses passing through the corresponding gate during the reference pulse duration are counted and latched and then compared in a digital comparator with a fixed number. This number corresponds to the distance sensor reference bracket. The equalizer or direction of the deviation of the reference pulse lengths from the desired value is thus determined by the digital comparator. Via a matching circuit, an integrator is controlled in the foil 9 of a deviation via the direction signal. The output voltage of this integrator control *; the frequency of a voltage or current-controlled pulse generator until after the equality of the two numbers has set again. Since the gate circuit opened by the Mjßirnpuls is simultaneously controlled by this voltage or current-controlled pulse generator, the pulse rate passing through this Tv is proportional to the distance between the ultrasonic transmitter and the reflecting object. For a distance display, these pulses must be counted, latched and decoded. In a second exemplary embodiment, the method described is implemented by a microcomputer, for example also a single-chip microcomputer with minimal outlay on hardware.

Durch den Ultraschallsender werden dem Mikrorechner der Heferenzimouls und der Meßimpuls zugeführt. Über ein geeignetes Programm gesteuert, werden abwechselnd über einen Multiplexer durch den Referenz- oder Meßimpuls eine Torschaltung geöffnet. Im Ergebnis des Vergleichs zwischen Soll- und Istwert der Referenzimpulslänge wird über das entsprechende Steuersignal (A < B, = B, A > B) ein Integrator angesteuert. Die Ausgangsspannung dos Integrators beeinflußt die Frequenz des spannungsgesteuerten Taktgenerators. Dieser Taktgenerator liefert den Prozessortakt des Mikrorechners. Die Frequenz des Taktgenerators wird richtungsabhängig solange nachgesteuert, bis die Bedingung A = B erfüllt ist.The ultrasonic transmitter transmits the Heferenzimouls and the measuring pulse to the microcomputer. Controlled by a suitable program, a gate circuit is opened alternately via a multiplexer by the reference or measuring pulse. As a result of the comparison between the setpoint and actual value of the reference pulse length, an integrator is triggered via the corresponding control signal (A <B, = B, A> B). The output voltage of the integrator affects the frequency of the voltage controlled clock generator. This clock generator provides the processor clock of the microcomputer. The frequency of the clock generator is readjusted depending on the direction until the condition A = B is fulfilled.

Danach wird über den Multiplexer die Torschaltung durch den Meßimpuls geöffnet. Nach Umrechnung der der Meßimpulslänge entsprechenden Zählerzahl N in Millimeter, erfolgt die Anzeige bzw. Ausgabe der Entfernung. Nach einer bestimmten Anzahl von Meßzyklen wird die Referenzimpulslänge erneut geprüft und gegebenenfalls die Prozessortaktfrequenz nachgeführt, bis wieder Gleichheit der Zahlen erreicht ist.Thereafter, the gate circuit is opened by the measuring pulse via the multiplexer. After conversion of the Meßimpulslänge corresponding counter number N in millimeters, the display or output of the distance takes place. After a certain number of measuring cycles, the reference pulse length is checked again and, if necessary, the processor clock frequency tracked until equality of the numbers is achieved again.

Claims (4)

Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren, dabei wird die Laufzeit eines Ultraschallimpulses zwischen dem Ultraschallsender, dem reflektierenden Gegenstand und dem Ultraschallempfänger ermittelt und als Wegstrecke digital ausgegeben, dadurch gekennzeichnet, daß von einem mit der Meßstrecke zusammenfallenden Referenzreflektor ein Signal gewonnen und über eine Schaltungsanordnung die Selbstkalibrierung des Abstandssensors bewirkt wird.1. A method for automatically compensating the effects of temperature on the display in air ultrasound sensors, while the duration of an ultrasonic pulse between the ultrasonic transmitter, the reflective object and the ultrasonic receiver is determined and output digitally as a path, characterized in that a coincident of the measuring path reference reflector a signal obtained and via a circuit arrangement, the self-calibration of the distance sensor is effected. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige Vergleich zwischen vorgegebener Referenzzahl und der gezählten und zwischengespeicherten Impulszahl beispielsweise über einen Digitalkomparator verglichen und die Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung ausgegeben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the necessary comparison between predetermined reference number and the counted and cached pulse number, for example, compared via a digital comparator and the equality or direction of the deviation is output. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beschriebene Grundprinzip durch einen Mikrorechner, beispielsweise einen Einchipmikrorechner mit minimalem hardwaremäßigen Aufwand realisiert wird, wobei die Ermittlung der Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung über ein geeignetes Programm erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the basic principle described by a microcomputer, for example, a single-chip microcomputer with minimal hardware effort is realized, wherein the determination of the equality or direction of deviation via a suitable program. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung dar Störfestigkeit des Abstandssensors mindestens zwei aufeinanderfolgende Impulslängen miteinander verglichen werden und nur dann ein Ergebnis ausgegeben wird, wenn mindestens zwei Meßimpulse innerhalb einer vorgegebenen Toleranz übereinstimmen.4. The method according to claim 3, characterized in that to increase the immunity of the distance sensor at least two consecutive pulse lengths are compared and only if a result is output when at least two measuring pulses within a predetermined tolerance match.