DE2312588A1 - Aufnahmekopf fuer einen optischen korrelations-geschwindigkeitsmesser - Google Patents
Aufnahmekopf fuer einen optischen korrelations-geschwindigkeitsmesserInfo
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Description
• Hasler AG, Bern
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 2f
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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■ - 4 -
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 (6)
- PATENTANSPRUECHEl.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.309842/0793 J"
- 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
26.2.1973309842/0793Leerseite
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