DE2312588A1

DE2312588A1 - Aufnahmekopf fuer einen optischen korrelations-geschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE2312588A1
Application number: DE2312588A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Hasler AG
Current assignee: Hasler AG
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE2312588C3; GB1417881A; FR2179211B1; IT980780B; US3865487A; FR2179211A1; CH550404A; SE380630B; DE2312588B2

Description

• Hasler AG, Bern

Aufnahmekopf für einen optischen Korrelations-Geschwindiqkeitsmesser

Die Erfindung betrifft einen an einem Schienenfahrzeug angebrachten Aufnahmekopf für einen optischen Geschwindigkeitsmesser zur Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels Korrelation der Spannungen, die von 2 photoelektrischen Wandlern abgegeben werden, welche reflektiertes Licht von 2 Stellen einer ortsfesten Fläche erhalten, längs deren sich das Fahrzeug bewegt. Derartige Korrelationsgeschwindigkeitsmesser sind bekannt. Das von den Stellen reflektierte Licht wird von 2 photoelektrischen Wandlern aufgenommen- und erzeugt 2 elektrische Spannungssignale, die den Charakter einer Rauschspannung haben. Beide Spannungen haben den gleichen Verlauf, sind jedoch gegeneinander um die Zeit verschoben, die zum Durchlaufen des Abstandes zwischen beiden . Stellen bei der betreffenden Geschwindigkeit benötigt wird. Die von der vorderen Stalle erhaltene Spannung wird derart verzögert, dass das integrierte Produkt des Augenblickswertes der beiden Spannungen ein Maximum wird (Korrelation). Mit dor so ermittelten Verzögerungszeit ist die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Aufnahmekopf und der ihm gegenüberstehenden Fläche gegeben.

Ein Aufnahmekopf ist in der Schweizer Patentanmeldung 2701/71 beschrieben. Bei diesem erzeugt das optische System zwei kleine, allseitig scharf

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begrenzte Lichtpunkte auf der Schiene. Die Erfahrung hat aber gezeigt, dass Eisenbahnschienen stark spiegelnde Oberflächen haben, so dass nur eine ungenügende Lichtmenge in das Objektiv reflektiert wird, wenn das gerade beleuchtete Flächenelement nicht in die Richtung der Empfängeroptik spiegelt. Ausserdem besteht bei Schienenfahrzeugen die Gefahr, dass diB Fortbewegung des Fahrzeuges nicht vollständig geradlinig verläuft, so dass eine schlechte Deckung der beiden von den Wandlern aufgenommenen Bahnen auf der Oberfläche besteht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches SystBm für einen Aufnahmekopf anzugeben, bei welchem auch dann eine ausreichende Lichtmenge in das Objektiv zurückgeworfen wird, wenn die spiegelnde Oberfläche der 5chiene nicht senkrecht zum beleuchtenden Strahl liegt, und bei welchem der Einfluss einer Bewegung des Fahrzeuges quer zur Fahrtrichtung auf die aufgenommenen Signale gering bleibt. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das optische System, welches Licht von den beiden Stellen auf je einen photoelektrischen Wandler führt, so ausgebildet ist, dass die Stellen in Fahrtrichtung scharf begrenzt und schmal im Vergleich zu ihrem Abstand, quer zur Fahrtrichtung dagegen breit im Verhältnis zu ihrer Abmessung in Fahrtrichtung und unscharf begrenzt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen beispielsweise erläutert. Es zeigi;:

Fig. la einen Schnitt eines Aufnahmekopfes in der Ebene in Fahrtrichtung und senkrecht zur reflektierenden Oberfläche (X-Ebene Schnitt Ι-Ί), Fig. Ib einen Schnitt des Aufnahmekopfes in der Ebene quer zur Fahrt-

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richtung und senkrecht zur reflektierenden Oberfläche (Y-Ebene), Fig. 2 einen Teil eines Schnittes in der X-Ebene, parallel verschoben zu Fig. 1 (Schnitt II—II in der Fig. Ib).

Im folgenden wird angenommen, dass diB reflektierende Ebene horizontal liege, dann liegen die X- und die Y-Ebene vertikal; doch sind selbstverständlich andere Lagen möglich.

In Fig. la ist.eine der beiden Fahrtrichtungen durch einen Pfeil 5 angezeigt. 1 ist das allseitig geschlossene Gehäuse, welches am Fahrzeug befestigt ist und nur an seiner Unterseite zwei Deffnungen 2 und 2^f hat, die der Schienenoberfläche 3 gegenüberstehen. Der Aufnahmekopf enthält 2 optische Systeme; das linke System beleuchtet zwei in Fahrtrichtung hintereinanderliegende Stellen, 4'und 4", während das rechte System nur eine Stelle 4 beleuchtet. Der Vergleich des reflektierten Lichtes kann sich entweder auf die beiden vom.linken System beleuchteten 5tellen 4'und 4" erstrecken, oder kann .zwischen einer Stelle, z. B. 4*,des linken Systems und der Stelle 4 des rechten Systems erfolgen. Dabei ergibt der erste Vergleich eine Messung geringerer Genauigkeit als der zweite, jedoch lässt sich dabei leichter eine angenäherte Messung durchführen. Ein vollständiger Messkopf kann aber auch nur aus einem System der in Fig. la links gezeichneten Art bestehen oder aus zwei Systemen der rechts gezeichneten Art» wobei dann ein Solches System an die Stelle

des links gezeichneten Systems tritt." Es sei zunächst das in Fig. 1 a rechte gezeichnete System beschrieben. ·, 6 bezeichnet eine Lichtquelle, 7 und 8 ein aus gekreuzten Zylinderlinsen bestehendes Kondensatorsystem. 13 ist eine Zylinderlinse, 14 eine Blende mit einem Spalt 15, 16 ist eine sphärische Linse.

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Für die Beleuchtung wirkt dieses optische System folgendermassen: In der Vertikalebene in Fahrtrichtung (X-Ebene) bildet die Zylinderlinse B die Lichtquelle 6 auf die Ebene der Blende 14 ab. Die durch die Blende 14 hindurchgehenden Strahlen der Lichtquelle werden durch die Linse 16 annähernd parallel gerichtet und durchsetzen die Blende In der quer zur Fahrtrichtung stehenden Vertikalebene (Y-Ebene) bildet die Zylinderlinse 7 des Kondensators die Lichtquelle 6 auf den Punkt 9 der Spaltebene 10 ab. Dieses erste Abbild der Lichtquelle wird durch die Zylinderlinse 13 und die sphärische Linse 16 auf die Ebene der Blende abgebildet. Das durch diese hindurchgehende Licht bildet einen divergenten Fächer, welcher auf die Schiene auftrifft und sie beleuchtet. Die Grenzen der beleuchtenden Strahlen sind in den Figuren la und Ib gestrichelt eingezeichnet und schneiden die Schienenoberfläche bei 17 und IB.

Das gleiche Linsensystem dient zur Abbildung der Stelle 4 auf der Schiene auf den vor dem photoelektrischen Wandler 20 in der Ebene 10 angebrachten Spalt 11. In der X-Ebene wird die Schienenoberfläche auf die Ebene

abgebildet. In der Y-Ebene dagegen wird ein Punkt 19 der Schienenoberfläche auf einen zwischen den Ebenen 10 und 14 liegenden' Punkt 12 abgebildet. In der Ebene 10 erscheint das Bild eines Punktes der Schienenoberfläche deswegen zu einem schmalen Strich auseinandergezogen. Der Spalt liegt in der Richtung des genannten Striches. Deswegen ist der Bereich auf der Schienenoberfläche, von dem Licht durch den Spalt 11 gelangen kann, in der Fahrtrichtung schmal und scharf begrenzt, quer zur Fahrtrichtung dagegen breit und unscharf begrenzt. Dabei ist es nicht nötig, dass in der Längsausdeh-

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nung der beleuchtete Bereich den auf den Wandlerspalt abgebildeten Bereich vollständig überdeckt, während dies in der Querrichtung nötig ist. Geringe Verschiebungen des Aufnahmekopfes quer zur Fahrtrichtung während der Vorwärtsbewegung bewirken nur geringe Veränderungen des Signals. Auch wenn die Schiene quer zur Fahrtrichtung gekrümmt ist, ist die Wahrscheinlichkeit gross, dass van mindestens einem der zwischen 17 und 18 liegenden Punkte Licht spiegelnd reflektiert wird und durch die Blendenöffnung 2 und damit auch auf den photoelektrischen Wandler 20 fällt.

In dem linken System ist die Anordnung die gleiche mit dem Unterschied, dass der Lichtfleck in Fahrtrichtung breiter ist und dass in der Ebene 10 zwei Spalte 11' und 11" und dahinter zwei photoelektrische Wandler 20' und 20" vorgesehen sind, so dass mit diesem System zwei in Fahrtrichtung schmale und hintereinanderliegende Stellen 4' und 4" abgefühlt werden. ■

Um einer Verschmutzung vorzubeugen, ist es erwünscht, die Oeffnung 2 möglichst klein zu halten. Eine Verkleinerung der' Oeffnung ist dann möglich, wenn das zugeordnete optische Abbildungssystem nur zur Abtastung einer 5telle auf der reflektierenden Oberfläche dient. Im Beleuchtungssystem und im Lichtempfangssystem nimmt die Lichtmenge dann linear mit dem Durchmesser der Blende. 2 ab, wenn das Bild in der Lichtquelle bzw. der lichtempfindlichen Oeffnung des photoelektrischen Wandlers in der Y-Ebene quer zur Fahrtrichtung am Blendenort kleiner ist als die Blende.

Zur Vermeidung des Eindringens von Staub und Feuchtigkeit durch die Oeffnungen 2 und 2· wird während der Fahrt zweckmässigerweise ein von innen nach aussen durch diese Oeffnungen gerichteter Luftstrom erzeugt.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

l.JAn einem Schienenfahrzeug angebrachter Aufnahmekopf für einen optischen Geschwindigkeitsmesser zur Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels Korrelation der Spannungen, die von zwei photoelektrischen Wandlern abgegeben werden, welche reflektiertes Licht von zwei Stellen einer ortsfesten Fläche erhalten, längs deren sich das Fahrzeug bewegt, welche Stellen von dem Aufnahmekopf beleuchtet werden, einen festen Abstand voneinander haben und mit dem Fahrzeug laufen, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System, welches Licht von den beiden Stellen auf je einen photoelektrischen Wandler führt, so ausgebildet ist, dass die Stellen in Fahrtrichtung scharf begrenzt und schmal im Vergleich zu ihrem Abstand, quer zur Fahrtrichtung dagegen breit im Verhältnis zu ihrer Abmessung in Fahrtrichtung und unscharf begrenzt sind.
2. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem optischen System vor jedem, photoelektrischen Wandler ein Spalt (z.B. 11) angeordnet ist, dessen Längsrichtung quer zur Fahrtrichtung liegt, und dass das System mindestens ein Objektiv enthält, dessen Achse mindestens annähernd senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche (3) liegt, und dessen Brennweite in der Ebene (Y) quer zur Fahrtrichtung kurzer ist als in der Ebene (X) in Fahrtrichtung, derart, dass das Objektiv den Spalt in der Ebene· (Y), welche senkrecht zur Fahrtrichtung und zur reflektierenden Oberfläche steht, in eine Ebene (21) zwischen der Objektivendfläche (17) und der reflektierenden Oberfläche (3) abbildet, den Spalt jedoch in der Ebene (X), welche parallel zur Fahrtrichtung und senkrecht· zur reflektieren den Oberfläche steht, mindestens angenähert auf diese abbildet.

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3. Aufnahmekopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, sich in der Ebene der photoelektrischen Wandler, welche parallel zur reflektierenden Oberfläche liegt, und in der Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung neben den Wandlern (20) sich mindestens eine Lichtquellenbild (9) befindet, deren Licht durch das Objektiv auf die Stellen der Oberfläche geführt wird.
4. Aufnahmekopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensatorsystem vorgesehen ist, das in.der Vertikalebene in Fahrtrichtung (X-Ebene) das Licht der Lichtquelle (6) auf einem Punkt (15) zwischen der Spaltebene (10) und dem Objektiv sammelt, und das in der Vertikalebene quer zur Fahrtrichtung (Y-Ebene) das Licht der Lichtquelle auf die Spaltebene (10) fokussiert.
5. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsen- und Beleuchtungssystem sich in einem geschlossenen Gehäuse (1) befindet, welches in der genannten Ebene (21) zwischen der Objektivendfläche (17) und der reflektierenden Oberfläche (3) eine Oeffnung (2) besitzt.
6. Aufnahmekopf nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, um während der Fahrt einen ständigen Luftstrom durch die Oe.ffnung (2) nach aussen zu bewirken.

K/ms-4824
26.2.1973

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