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Sichtweitenmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Sichtweitenmeßgerät
mit einem auf ein elektrisches Anzeigegerät einwirkenden Fotosensor.
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Die objektive Bestimmung der Sichtverhältnisse ist in vielen Bereichen
von großer Bedeutung und kann im allgemeinen nicht mit ausreichender Sicherheit
und Genauigkeit mit dem menschlichen Auge vorgenommen werden. Das menschliche Auge
vermittelt bekanntlich subjektive Empfindungen, die im Gehirn aufgrund von Erfahrungen
und anderweitigen Wahrnehmungen erst ausgewertet werden müssen. Beispielsweise hat
sich im Straßenverkehr gezeigt, daß ein schneller Umschwung der Witterungsverhältnisse
und damit auch der Sichtverhältnisse des Fahrzeugführers im allgemeinen erst nach
einer gewissen Anpassungszeit zu einer änderung
der Verhaltensweise
des Fahrzeugführers führt. Dies gilt sowohl bei langfristigen als auch bei kurzfristigen
Wetterumschwüngen.
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Die langfristigen Schönwetterperioden verführen den Autofahrer dazu,
mit höheren Durchschnittsgeschwindigkeiten zu fahren. Er hat sich in seinem ganzen
Fahrverhalten auf diese Straßen- und Wetterverhältnisse eingestellt. Die Erfahrung
zeigt, daß bei einem plötzlichen Wetterumschlag in Regen oder Nebel regelmäßig ein
starkes Ansteigen der Auffahrunfälle zu verzeichnen ist. Die Anpassung des Verhaltens
an die neuen Straßen- und Witterungsverhältnisse durch den Kraftfahrer folgt mit
einer Verzögerung, weil dem Fahrer kein objektiver Maßstab für die Verschlechterung
der Straßenverhältnisse zur Verfügung steht, und weil er sich den neuen Verhältnissen
erst wieder aufgrund praktischer Erfahrungen anpaßt.
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Bei kurzfristigen Wetteränderungen handelt es sich um Regen, Nebel
oder Gewitter, die im Laufe des Tages plötzlich eintreten. In diesen Fällen werden
von den Kraftfahrern sehr häufig die Sichtverhältnisse überschätzt.
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Hinzu kommt, daß die Helligkeit nicht unbedingt ein Maß für die Sichtweite
darstellt. Bei großer Helligkeit können durchaus infolge von Streulicht durch Nebel
oder dgl. schlechte Sichtverhältnisse vorliegen.
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Es hat aber den Anschein, als würde das Gehirn bei Registrierung großer
Helligkeitswerte gleichzeitig auf gute Sichtverhältnisse schließen - eine Assoziation,
die
häufig nicht zutrifft.
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Ein Sichtwitenmeßgerät, das imstande ist, die jeweils herrschende
Sichtweite mit geringem technischem Aufwand objektiv zu ermitteln, würde sich nicht
nur zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr einsetzen lassen, sondern auch
beispielsweise in der Fliegerei, in der Schiffahrt, bei Sportwettkämpfen und ähnlichem.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Sichtweitenmeßgerätes,
das mit einfachen technischen Mitteln realisierbar ist und dem Benutzer wertvolle
Informationen für seine Verhaltensweise zu geben vermag.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
vor dem Fotosensor ein optisches Richtgerät angeordnet ist, das nur solche Lichtstrahlen
zum Fotosensor durchläßt, die aus einer bestimmten Richtung parallel oder aus einem
begrenzten Winkelbereich einfallen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sichtweitenmeßgerät muß grundsätzlich zwischen
den beiden folgenden Typen unterschieden werden: 1. Der erste (einfachere) Typ ist
nur in Verbindung mit Scheinwerfern bei Dunkelheit anwendbar und mißt das von der
Umgebung reflektierte Scheinwerferlicht.
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2. Der zweite Typ ist bei allen Lichtverhältnissen einsetzbar. Er
eliminiert den Helligkeitseinfluß ganz oder teilweise durch Kompensation,und bestimmt
durch Ermittlung der Streuungseigenschaften auf
dem Weg eines Bezugslichtstrahles
die Sichtweite.
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Der erste Typ, der in Verbindung mit Scheinwerfern verwendet wird,
besitzt einen Fotosensor, der über das ihm vorgeschaltete optische Richtgerät die
von einem oder mehreren Scheinwerfern beleuchtete Fläche erfaßt. Ist das Sichtweitenmeßgerät
an einem Kraftfahrzeug angebracht, dann nimmt der Fotosensor das von der Umgebung
zurückgeworfene Scheinwerferlicht auf. Die aufgenommene Lichtmenge ergäbe beispielsweise
bei trockener Umgebung und normalen StraBenverhältnissen einen bestimmten Mittelwert.
Bei Nebel wird das Scheinwerferlicht stark gestreut und in weit höherem Maße auf
den Fotosensor zurückgeworfen als bei Trockenheit. Der Fotosensor wird daher eine
hohe Lichtstärke registrieren. Berücksichtigt man, daß der Fahrer das Vorhandensein
von Nebel grundsätzlich erkannt hat, so bildet das Maß der an dem Anzeigegerät erkennbaren
Lichtstärke gleichzeitig ein Maß für die Dichte des herrschenden Nebels. Das gleiche
ist beispielsweise bei Schneetreiben der Fall.
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Bei Regen wird bekanntlich das Scheinwerferlicht von der Umgebung
nur sehr schlecht reflektiert. Die Sichtweiten sind gering. Dadurch, daß am Anzeigegerät
eine nur geringe Menge reflektierten Lichts angezeigt wird, erkennt der Fahrer im
Einzelfall graduell,wie schlecht die Sichtverhältnisse sind.
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Die Skala des Anzeigegeräts kann zur Erleichterung der Auswertung
der Anzeige direkt Informationen für das Fahrverhalten aufweisen, wie z.B. maximal
zulässige
Geschwindigkeit, Bremsweg, Einschalten von Licht oder
Einschalten der Nebelscheinwerfer enthalten. Selbstverständlich sollte auch die
Sichtweite auf der Instrumentenskäla angezeigt werden.
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Das Richtgerät besteht zweckmäßigerweise aus einem Tubus, der einen
Kollektor und eine etwa im Brennpunkt des Kollektors liegende Lochblende enthält,
hinter der der Fotosensor angeordnet ist. In vielen Fällen wird zwar die optische
Richtwirkung eines einfachen Tubus, der an seiner Innenwand geschwärzt ist, ausreichen,
jedoch kann man die Richtempfindlichkeit durch die erwähnte Maßnahme erheblich steigern,
so daß im Grenzfalle nur exakt parallel zum Tubus einfallendes Licht an dem Fotosensor
registriert wird.
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Von einem Richtgerät mit Tubus, Kollektor und Lochblende macht man
vorzugsweise bei dem zweiten Typ des erfindungsgemäßen Sichtweitenmeßgerätes Gebrauch.
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Dieser zweite Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fotosensoren
dem Einfall des äußeren Lichtes ausgesetzt sind, daß auf einen der Fotosensoren
zusätzlich ein im Abstand angeordneter Lichtgeber einwirkt, und daß beide Sensoren
in einer den Einfluß des äußeren Lichtes kompensierenden Kompensationsschaltung
zusammengeschaltet sind.
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Der Lichtgeber bildet zusammen mit einem der Fotosensoren eine Bezugsmeßstrecke.
Er strahlt ständig mit konstanter Intensität Licht ab. Dieses Licht wird zusammen
mit dem äußeren Licht der Umgebung von dem Fotosensor erfaßt. Der Helligkéitseinfluß
des äußeren
Lichtes wird dadurch ausgeschaltet, daß er von dem zweiten
Sensor gemessen und aus dem Signal des ersten Fotosensors eliminiert wird. Für das
Meßergebnis verbleibt die an dem ersten Fotosensor festgestellte Intensität des
von dem Lichtgeber ausgesandten Bezugslichtes. Herrscht auf der Bezugsmeßstrecke
zwischen dem Lichtgeber und dem ersten Fotosensor Nebel oder Regen, dann wird das
Licht des Lichtgebers gestreut und gelangt nicht voll durch das optische Richtgerät
hindurch zum ersten Fotosensor.
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Zur Kompensation der äußeren Helligkeit kann eine Brückenschaltung
verwendet werden, in deren Brückennullzweig das Anzeigegerät liegt, es ist aber
auch möglich, beispielsweise einen Differenzverstärker zu verwenden, an dessen Eingängen
mit unterschiedlichen Vorzeichen die Signale des ersten und des zweiten Sensors
anliegen.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an
einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Sichtgerätes vom ersten
Typ, Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Sichtgerätes vom zweiten Typ, Fig.
3 zeigt eine Möglichkeit der konstruktiven Ausbildung des Richtgerätes zur Ausfilterung
exakt parallel einfallenden Lichtes,
Fig. 4 zeigt eine mit Fotoelementen
bestückte Brückenschaltung, Fig. 5 zeigt eine mit Fotowiderständen bestückte Brükkenschaltung,
und Fig. 6 zeigt eine Weiterentwicklung der Brückenschaltung nach Fig. 5.
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Das in Fig. 1 dargestellte Sichtweitenmeßgerät weist einen Tubus 10
auf, der an einer Stirnseite verschlossen und an der anderen Stirnseite geöffnet
ist. In der Nähe der verschlossenen Stirnseite befindet sich im Inneren des Tubus
10 ein Fotosensor 11. Als Fotosensoren können eine Reihe lichtempfindlicher Bauelemente
benutzt werden, beispielsweise Fotoelemente, Fotowiderstände, Fotodioden, Fototransistoren
und ähnliche.
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Die Länge des Tubus 10 ergibt im Zusammenhang mit der Tubusweite und
der Stellung des Fotosensors 11 den Winkelbereich 12, in welchem das Meßgerät Strahlung
wahrnimmt. Bei der Anbringung des Sichtweitenmeßgerätes an einem Kraftfahrzeug wird
man dafür sorgen, daß der Winkelbereich 12 etwa mit dem von den Fahrzeugscheinwerfern
bestrichenen Beleuchtungsbereich übereinstimmt. Der Fotosensor 11 ermittelt daher
diejenige Lichtmenget die von der Umgebung, die von den Fahrzeugscheinwerfern angestrahlt
ist, zum Fahrzeug reflektiert wird und erzeugt dementsprechend ein elektrisches
Signal, das in dem Verstärker 13 verstärkt und dem Anzeigegerät 14 zugeführt wird.
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Das Anzeigegerät 14 besteht aus einem Spannungs- oder Strommesser,
der mit einer in Sichtweiten geeichten Skala 15 versehen ist. Die bei trockener
Umgebung von dem Fotosensor 11 registrierte reflektierte Lichtmenge stellt den Zeiger
des Instrumentes 14 etwa in die Mittelstellung (normal). Ist die Lichtstärke Jedoch
geringer als normal, z .B - bei Regen, dann zeigt der Zeiger diese Verschlechterung
in Zahlenwerten an, so daß der Fahrzeugführer sich darauf einstellen kann.
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In gleicher Weise wird die Dichte von Nebel, die zu einer Vergrößerung
der reflektierten Lichtmenge führt, graduell erfaßt. SelbstYerstandlflch zeigt das
Gerät auch bei starkem Sonnenschein eine starke Lichte in wirkung an. Der Fahrer
weiß dann aber ohne weiteres, daß es sich nicht um Nebel handeln kann.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Typ des Sichtweitenmeßgerätes
ist ein erster Sensor 11 in einem Tubus 10 in gleicher Weise untergebracht wie in
Fig. 1.
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Zusätzlich ist ein zweiter Sensor 16 vorgesehen, der in einem weiteren
Tubus 10 in gleicher Weise angeordnet ist. Die Ausgänge der Fotosensoren 11 und
16 sind mit den Komplementäreingangen eines Differenzverstärkers 17 verbunden. Der
Ausgang des Differenzverstärkers 17 ist direkt an das Meßinstrument 18 angeschaltet.
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Beide Fotosensoren 11 und 16 sind der Einwirkung des äußeren Lichtes
in gleicher Weise ausgesetzt. Wenn also nur das äußere Licht auf beide einwirkt,
dann heben sich beide Signale am Differenzverstärker 17 auf1 und das Anzeigegerät
18 schlägt nicht aus.
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Im Abstand vor dem Fotosensor 11 ist der aus einer Glühbirne und einem
Parabolspiegel bestehende Lichtgeber 19 angeordnet. Dieser kann zusätzlich von einem
Tubus umgeben sein. Die Strahlen des Lichtgebers 19 sind direkt in den Tubus 10
hinein gerichtet,es muß aber dafür gesorgt werden, daß der Lichtgeber 19 die Öffnung
des Tubus 10 nicht beschattet.
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Die eigentliche Meßstrecke liegt zwischen dem Lichtgeber 19 und dem
Fotosensor 11. Befindet sich hier Nebel oder Feuchtigkeit, dann wird das vom Lichtgeber
19 kommende Licht gestreut und gelangt nicht gebündelt zum Fotosensor 11. Hierdurch
wird das Signal dieses Fotosensors geschwächt, was zu einem Signalungleichgewicht
am Differenzverstärker 17 führt. Das Maß der Lichtstreuung wird daher von dem Anzeigegerät
18 angezeigt.
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Um die Richtwirkung des Richtgerätes noch zu erhöhen, so daß beispielsweise
nur Licht aus einer ganz bestimmten Richtung zum Fotosensor hin durchdringt, kann
man das Richtgerät in der in Fig. 3 dargestellten Weise ausbilden. In dem Tubus
10 mit dem an seinem verschlossenen Ende untergebrachten Fotosensor 11 befindet
sich -gegenüber dem offenen Ende 20 geringfügig zurückgesetzt ein Kollektor 21,
z.B. in Form einer Sammellinse mit großer Brennweite. Im Brennpunkt des Kollektors
21 befindet sich das Loch einer Lochblende 22, die ebenfalls in dem Tubus angeordnet
ist. Durch dieses Loch hindurch gelangt das Licht zum Fotosensor 11. Man erreicht
auf diese Weise, daß nur solches Licht den Fotosensor 11 beeinflußt, das exakt in
Achsrichtung des
Tubus einfällt.
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In den Fig. 4 bis 6 sind verschiedene Möglichkeiten der Zusammenschaltung
von Fotosensoren zu einer Brükkenschaltung dargestellt. Hierbei übernimmt die Brükkenschaltung
zum Teil die Funktion des Verstärkers 17 in Fig. 2.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bestehen die Fotosensoren
21, 22 aus Fotoelementen. Eine äußere Stromversorgung ist dabei nicht erforderlich.
Die Fotoelemente liegen in dem einen Brückenzweig, während der andere Brückenzweig
von einem Potentiometer 23 gebildet wird, dessen Abgriff zum Brückennullzweig führt.
Im Brückennullzweig liegt das Anzeigegerät 18 zusammen mit einem weiteren Potentiometer
24.
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Die Eichung des Anzeigegerätes erfolgt bei voller Beleuchtung der
Fotoelemente 21, 22. Die Änderung der Beleuchtungsstärke des Lichtgebers 19 auf
das Fotoelement 21 ist bereits durch Abstimmung des Anzeigegerätes 18 durch das
Potentiometer 24 vorher erfolgt.
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Je nach Schwächung des Lichtstromes vom Lichtgeber 19 erfolgt eine
entsprechende Zeigerverstellung des Anzeigegerätes 18, die dann den Sichtzustand
angibt.
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Die Schaltung nach Fig. 5 gleicht derjenigen nach Fig. 4 im wesentlichen,
mit Ausnahme der Tatsache, daß anstelle der Fotoelemente 21, 22 Fotowiderstände
25, 26 verwendet sind. Da es sich hierbei um rein passive Bauelemente handelt, muß
die Brückenschaltung an eine Spannungsquelle 27 angeschlossen sein.
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Die Schaltung nach Fig. 6 gleicht derjenigen der Fig. 5, mit Ausnahme
der Tatsache, daß ein weiterer Fotosensor 28 in Reihe mit dem Anzeigegerät 18 im
Brückennullzweig liegt. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß das gesamte
Spannungsniveau, welches an dem Anzeigegerät anliegt, mit der veränderten Tageslichthelligkeit
sich ebenfalls ändert, so daß das Gerät über die Anzeige der Sichtverhältnisse hinaus
auch die effektive Helligkeit anzeigen kann.
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Bei den Schaltbildern der Fig. 4 bis 6 wurden die optischen Richtgeräte
aus Gründen der tibersichtlichkeit jeweils fortgelassen. Sie müssen bei demjenigen
Fotosensor vorhanden sein, auf den der Lichtgeber 19 einwirkt. Bei dem zweiten Fotosensor
ist dies nicht unbedingt erforderlich, sollte aber aus Gründen der Erleichterung
des Signalvergleichs auch hier der Fall sein.