DE2656256C3

DE2656256C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall

Info

Publication number: DE2656256C3
Application number: DE2656256A
Authority: DE
Inventors: Osaka Hirakata; Hiromitsu Kyoto Inoue; Susumu Katayama; Hiroshi Ohashi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-11
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB1568229A; US4131872A; DE2656256A1; DE2656256B2; FR2335853A1; FR2335853B1

Description

I. Feh!betä(}gung durch Mehrfachechos

JO Wenn das Sende- und Empfangsgerät sich in einem geschlossenen Raum oder allgemein an einem Ort befindet, wo zueinander parallele Flächen sich gegenüberstehen, z. B. Boden und Decke oder zwei Seitenwände, laufen die ausgesandten Ultraschallimpulse mehrmals zwischen den parallelen Flächen hin und her, weshalb die Echos eines in einer bestimmten Sendeperiode ausgestrahlten Signals bis zur nächsten Periode dauern können und dadurch zu Fehlbetätigung Anlaß geben. Die Echolaufzeit hängt hierbei stark von

Temperatur und Feuchtigkeit ab. II. Fehlbetätigung durch äußere Störquellen

Es gibt zahlreiche Störgeräusche im Ultraschallbereich, ζ. B. Fernsprechwecker, Ausströmung aus Düsen, Zusammenstoßen von Metallen, Fahrzeugbremsen usw. Dadurch werden oft Echos vorgetäuscht.

III. Fehlbetätigung nach Einbau und Einstellung Es kommt häufig vor, daß die Schaltungsanordnung

nach dem Einbau eine Zeitlang einwandfrei arbeitet, später aber fälschlich ausgelöst wird. Diese Störung tritt ein, wenn eine Reflexion, die nur wenig unter der Ansprechschwelle liegt, beim Einstellvorgang der Schaltungsanordnung übersehen wird. Solche Dauerreflexionen können bei den üblichen Schaltungsanordnungen nicht von echten Echos unterschieden werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs dient zur Lösung der Aufgabe, solche Fehlbetätigungen durch Mehrfachechos, äußere Störungen und stationäre Reflexionen zu verhindern.

Zur Ausblendung der stationären Reflexionen wird wie in der obenerwähnten Schaltungsanordnung von einem Impulslängenfilter Gebrauch gemacht. Um eine Fehlbetätigung durch äußere Störsignale zu verhindern, wird über diese bekannte Maßnahme hinaus einerseits erst dann Alarm gegeben, wenn in zwei aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen das gleiche Echo aufgetre-

ten ist. Verschwindet das Echo in einem nachfolgenden Intervall wieder, so wird das Betätigungssignal gelöscht Vorübergehende Störsignale können also kein Echo vortäuschen. Andererseits ist zur Sicherung gegen Mehrfachechos ein Schutzintervall vorgesehen, d. herst wenn in einem bestimmten Zeitintervall kein Echo mehr aufgetreten ist, wird der nächste Sendeimpuls ausgelöst.

Durch das Zusammenwirken dieser beiden Maßnahmen läßt sich eine außerordentlich hohe Sicherheit gegen Fehlbeiätigung infolge vorübergehender Störsignale und in den nächsten Sendezyklus fallender Mehrfachechos erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. H ierin sind

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.2 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild derselben und

Fig.3 bis 6 Diagramme des zeitlichen Verlaufs verschiedener in der Schaltungsanordnung auftretender Signale.

Gemäß F i g. I wird ein auf einen Empfangswandier f fallender Ultraschallimpuls in ein elektrisches Signal verwandelt, das in einem Vorverstärker 2 verstärkt wird. Das Ausgangssignal dieses Vorverstärkers 2 gelangt über einen Prüfkreis 3 auf einen Abstimmverstärker 4 und von dort über einen Schwellenwertkreis 5 zu einem Demodulator 6. Das demodulierte Ausgangssignal wird nach Verstärkung in einem Pulsverstärker 7 auf eine Torschaltung 8 gegeben. Der Torschaltung 8 werden außer dem Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 die Ausgangssignale eines Obergrenzensignalerzeugers 9 und eines Untergrenzensignalerzeugers 10 für die Meßbereichsgrenzen zugeführt Das Ausgangssignal j^r> der Torschaltung 8 gelangt als Setzsignal auf ein erstes RS-Flipflop 12, dessen Ausgangssignal auf eine Torschaltung 13 gegeben wird. Diese Torschaltung 13 beaufschlagt ein zweites RS-Signal 14, dessen Ausgangssignal seinerseits über ein Verzögerungsglied 15 auf ein drittes RS-Flipflop 16 gelangt; das Ausgangssignal dieses Flipflops 16 beaufschlagt einen Betätigungskreis 17.

Der Obergrenzensignalerzeuger 9 und der Untergrenzensignalerzeuger 10 werden von einem Pulsbreitensignal gesteuert, das von einem Pulsbreitenkreis 20 herkommt Der Pulsbreitenkreis hat die Aufgabe, die Länge des Sendeimpulses zu bestimmen und die Ober- und Untergrenzensignale auszulösen. Er veranlaßt einen Oszillator 21, einen Endverstärker 22 und einen Ultraschallgeber 23, während eines festen Zeitintervalls Ultraschallimpulse abzugeben. Der Pulsbreitenkreis wird seinerseits von Impulsen gesteuert, die von einem zeitbestimmenden Integrationskreis 18 und einen Spannungsvergleichskreis 19 geliefert werden. Das v, Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 wird über einen Inverter 24 und das Ausgangssignal des Obergrenzensignalgebers 9 unmittelbar auf den zeitbestimmenden Integrationskreis 18 gegeben und dann den Spannungsvergleichskreisen 19 zugeführt. Weitere Rückstellsigna-Ie werden vom Obergrenzensignalerzeuger über ein Differenzierglied 11 auf die Torschaltung 13 und das Verzögerungsglied 15 gegeben.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel dieser Grundsatzschaltung ist mit mehr Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt.

Der Empfangswandier 1 und der Vorverstärker 2 sind wie üblich ausgebildet und brauchen nicht näher beschrieben zu werden. Der Prüfkreis 3 enthält ein nicht bezeichnetes Potentiometer und einen damit in Reihe liegenden Widerstand R_}\, zu dem ein Widerstand Rch mittels eines Schalters SWch parallel geschaltet werden kann. Der Abstimmverstärker 4 enthält einen Verstärker, einen Kondensator und einen Transformator, zu dessen Primärwicklung ein Kondensator parallel geschaltet ist um so einen Resonanzkreis zu bilden. Der Schwellenwertkreis 5 besteht aus einem Transistor Q> in Emitterbasisschaltung und einem Widerstand Rs, über den der Kollektor des Transistors Q₅ mit der Sekundärwicklung des Transformators im Abstimrnverstärker 4 verbunden ist Die Basis des Transistors Ch ist mit dem Ausgang eines NOR-Gliedes des Obergrenzensignalerzeugers 9 verbunden. Die Torschaltung 8 enthält ein NAND-Glied mit drei Eingängen. Der Obergrenzensignalerzeuger 9 enthält ein NOR-Glied, von dessen Ausgang die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes zur Erde führt, während an die Verbindungsstelle des Kondensators und des Widerstandes der Eingang eines NAND-Gliedes angeschlossen ist dessen Ausgangsklemme z,- einem der beiden Eingänge des NOR-Gliedes zurückgeführt ist Der Untergrenzensignalerzeuger 10 ist ebenso aufgebaut Das Differenzierglied 11 enthält einen Widerstand in Reihe mit einer Diode, deren Verbindungsstelle über einen Kondensator geerdet ist Der Ausgang der Torschaltung 8 ist mit dem Setzeingang des ersten RS-Flipflops 12 verbunden. Dieses besteht aus zwei überkreuzgeschalteten NOR-Gliedern. Die beiden anderen Flipflops 14 und 16 sind ebenso aufgebaut Die Torschaltung 13 enthält zwei NAND-Glieder A und B mit je zwei Eingangsklemmen; eine derselben ist jeweils mit der Kathode der Diode des Differenziergliedes 11 verbunden, während die anderen beiden Eingänge mit den Ausgangsklemmen der NOR-Glieder verbunden sind, welche das erste Flipflop 12 bilden. Die Ausgangsklemmen der NAND-Glieder A und β sind je mit einem Eingang des zweiten RS-Flipflops 14 verbunden. Ein Ausgang des letzteren führ; zum Verzögerungsglied 15, das einen Verzögerungskreis und ein NAND-Glied enthält Der Verzögerungskreis besteht aus einem Widerstand R\% und einem damit in Reihe geschalteten Kondensator Cu, an deren Verbindungsstelle der eine von zwei Eingängen des NAND-Gliedes angeschlossen ist während der andere Eingang mit der Kathode der Diode im Differenzierglied 11 verbunden ist Die Ausgangsklemme des NAND-Gliedes führt zu einem Setzeingang des dritten RS-Flipflops 16, während der Rückstelleingang desselben mit der Ausgangsklemme des NAND-Gliedes B in der Torschaltung 13 verbunden ist Der Betätigungskreis 17 enthält ein Relais R₇ und einen Transistor in Emitterbasisschaltung, dessen Kollektor mit dem Relais verbunden i'.t. Die Basiselektrode des Transistors wird über die Reihenschaltung einer Diode und zweier Widerstände mit dem Ausgangssignal des Flipflops 16 Dcaufschlagt, während die andere Klemme der Reiaiswicklung an einer Spannung von +4 V liegt

Der zeitbestimmende Integrationskreis 18 enthält die Widerstände Rm und /?i₈, in Reihenschaltung sowie einen von ihrer Verbindungsstelle zur Erde geschalteten Kondensator Qt. Die Reihenschaltung ist einerseits mit einer Betriebsspannung + V₀₀ und andererseits mit der Eingangsklemme des Spannungsvergleichskreises 19 sowie mit den Anoden zweier Dioden D\ und Di verbunden. Der Spannungsvergleichskreis 19 enthält ein NAND-Glied, dessen Ausgangsklemme mit dem einen

Eingang eines NOR-Gliedes verbunden ist, das zusammen mit einem Kondensator« einem Widerstand und einem NAND-Glied den Pulsbreitenkreis 20 darstellt. Dieser Kreis 20 hat den gleichen Aufbau wie die Obergrenzen- und Untergrenzensignalerzeuger 9 und 10. Der Oszillator 21 enthält ein UND-Glied, dessen Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme eines ODER-Gliedes verbunden ist; die Ausgangsklemme desselben ist über die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes mit der Eingangsklemme des UND-Gliedes verbunden, während die Verbindungsstelle des Kondensators und des Widerstandes über einen veränderbaren Widerstand mit der Ausgangsklemme des UND-Gliedes verbunden ist. Das Ausgangssignal des Oszillators 21 wird über den Endverstärker 22 auf den Geber 23 geleitet, so daß dieser die Ultraschallimpulse in die Luft abstrahlt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung an Hand der Diagramme in F i g. 3 bis 6 beschrieben.

Ausstrahlung der Ultraschallwellen

An den Klemmen des zeitbestimmenden Integrationskreises 18 liegt die Spannung V«s Der Widerstand R\g ist klein gegen /?is, und die Eingangsimpedanz des Spannungsvergleichskreises 19 ist wesentlich größer als diejenige des Widerstandes R\t. In der Zeit f=0 sind die Dioden D₁ und D₂ gesperrt; wenn die Klemmenspannung des Kondensators de in diesem Zeitpunkt =0 ist, lädt sich der Kondensator über den Widerstand K\g auf, so daß das Potential an der Ausgangsklemme P des Integrationskreises 18 zeitlich ansteigt (Diagramm I in F ig. 3).

Der Spannungsvergleichskreis 19 ist so eingerichtet, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, wenn seine Eingangsspannung einen Schwellenwert VV// erreicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt er eine hohe Ausgangsspannung, solange die Eingangsspunnung unter VVh ist; wenn die Eingangsspannung VVw überschritten wird, fällt die Ausgangsspannung des NAND-Gliedes 19 auf einen niedrigen Wert (Diagramm Il in Fig.3).

Die Ausgangsklemme P des Integrationskreises 18 erreicht den Wert VVw 19 nach Ablauf eines festen Intervalls Ti, das durch Rm, Qt und V_n- bestimmt ist. In diesem Zeitpunkt nimmt also das Ausgangssignal des Spannungsvergleichskreises 19 einen niedrigen Wert an.

Der Pulsbreitenkreis 20 wird von diesem Signal mit niedrigem Pegel angestoßen, um ein Impulssignal mit vorgeschriebener Breite zu erzeugen. Dieses Impulsbreitensignal dient zur Bestimmung der Sendedauer der Ultraschallwellenimpulse; diese beträgt z. B. 2 ms. Sie ist im Diagramm III der F i g. 3 mit Tpbezeichnet.

Das Pulsbreitensignal wird auf den Oszillator 21 gegeben, der demgemäß nur während des Zeitintervalls Tp den Endverstärker 22 mit einem hochfrequenten Signal beaufschlagt (Diagramm V in Fig. 3). Das Signal gelangt nach gehöriger Verstärkung auf den Ultraschallgeber 23, der mit einer Frequenz von z. B. 40 kHz eine Ultraschallwelle in den Raum abstrahlt.

Empfang der reflektierten Wellen

Der Empfänger 1 ist nahe dem Geber 23 aufgestellt und in gleicher Richtung orientiert. Wenn in dem von der ausgestrahlten Welle bestrichenen Raum ein Objekt vorhanden ist, wird der Ultraschallimpuls daran reflektiert und kehrt zum Empfänger 23 zurück.

Wenn die Entfernung zwischen dem festgestellten

Objekt und dem Geber und Empfänger die Größe L hat, beträgt die Laufzeit des Echos τ = 21 Jc (wobei c die Schallgeschwindigkeit ist). Wenn also die größte und kleinste Entfernung zwischen dem überwachten Bereich und dem Geber und Empfänger mit L\ und Li bezeichnet werden, können die Signale ausgewertet werden, die zwischen den Zeitpunkten x\=2L\lc und X₂ = ILiIc eintreffen. Alle außerhalb dieser Grenzen eintreffenden Signale sind Störsignale.

Der Signalerzeuger 9 für die obere Bereichsgrenze wird von dem erwähnten Pulsbreitensignal angestoßen, um ein Impulssignal der Länge τι entsprechend der oberen Bereichsgrenze L₁ zu erzeugen. Der Signalerzeuger 10 für die untere Bereichsgrenze wird vom gleichen Signal angestoßen und erzeugt daraufhin einen Impuls der Länge τι entsprechend der unteren Bereichsgrenze Li (s. Diagramme Vl bis IX in F i g. 3).

Das nach Ausstrahlung eines Sendeimpulses (Diagramm I in Fig.4) empfangene Echosignal tritt im

-0 Verlauf der Zeit mehrmals auf, wie Diagramm Il in Fig.4 zeigt. Diese Mehrfachechos rühren von mehreren, in verschiedenen Entfernungen befindlichen Objekten odor von Mehrfachreflexionen an einander gegenüberstehenden Wandflächen od. dgl. her. Dieses Signal wird im Vorverstärker 2, Impulskreis 3 und dem abgestimmten Verstärker 4 verstärkt, und das verstärkte Signal geht durch den Schwellenwertkreis 5 zum Demodulator 6 (Diagramm III in F i g. 4). Dann wird es vom Impulsverstärker 7 abermals verstärkt und derart

jo geformt, daß sich ein Impulszug ergibt (Diagramm IV in F ig. 4).

Signalauswahl

Das verstärkte Impulssignal wird auf die Torschalji tung 8 gegeben, der auch die Ober- und Untergrenzensignale Q, und <?io (Diagramme V und VMn F i g. 4) zugeführt werden. Die Torschaltung ist also nur zwischen ti und τ-ι offen und nur die innerhalb dieses Bereiches liegenden Echoimpulse werden von der Torschaltung durchgelassen (Diagramm VII in F i g. 4).

Zählvorgang

Wenn ein Signal von der Torschaltung 8 durchgelassen wurde und das Relais dann sofort betätigt wird, besteht die Möglichkeit einer Fehlbetätigung durch äußere Störsignale od. dgl. Deshalb werden zunächst die ankommenden Impulse gezählt.

Das Prinzip dieser Impulszählung besteht darin, daß ein während eines Öffnungsintervalls durchgelassenes Signal zunächst gespeichert wird; wenn im nachfolgenden Öffnungsintervall wieder ein Signal durchgelassen wird, wird das Relais betätigt. Wenn dagegen in dem nachfolgenden Intervall kein Echosignal auftritt, wird das Betätigungssignal für das Relais zurückgestellt und das gespeicherte Signal gelöscht

Wenn während des Durchlaßintervalls einer Empfangsperiode (erster Abschnitt im Diagramm d der F i g. 5) ein Signal am Ausgang der Torschaltung 8 auftritt, wird das erste bistabile Flipflop 12 durch dieses

bo Signal gesetzt Das Flipflop 12 bleibt mindestens bis zum Ende des Obergrenzensignals Q9 (Diagramm abgekippt und wird spätestens vor dem Beginn der nächsten Periode zurückgestellt. In der Ausführungsform nach Fig.2 wird es von dem Pulsbreitensignal Q₂₀ (Diagramm b) zurückgestellt und kehrt demzufolge gleichzeitig mit dem Beginn der nächsten Periode in den Ausgangszustand zurück. Dies gilt für den ersten und zweiten Abschnitt des Diagramms g in F i g. 5, das sich

auf das Ausgangssignal Q\n des Flipflops 12 bezieht, während das dazu komplementäre Ausgangssignal φ₂ in Diagramm Ader F i g. 5 dargestellt ist.

Das Obergrenzensignal Q> (Diagramm a in F i g. 5) wird im Differenzierkreis U differenziert und gleichgerichtet (s. Diagramm ein Fig.5). Dieses positive Signal entspricht dem letzten Ende der Demodulationsperiode. Ob ein Signal im Toröffnungsintervall aufgetreten ist, kin n bestätigt werden, bevor das differenzierte Signal eneugt wird. Wenn nämlich ein Signal aufgetreten ist, muß das Flipflop 12 gekippt haben; anderenfalls hat es nicht gekippt.

Dieses differenzierte Signal wird auf je eine Eingangsklemme der beiden NAND-Glieder A und B der Torschaltung 13 gegeben. Das NAND-Glied A wird von einem Ausgangssignal Qn und das jindcrc NAND-Glied B vom anderen Ausgangssignal Q12 des Flipflops 12 beaufschlagt. Wenn ein Signal von der Torschaltung 8 durchgelassen wird, ergibt sich ein differentielles Ausgangssignal. In diesem Zeitpunkt wird das Flipflop 12 gesetzt, sein Ausgangssignal Qn wird positiv und Qn wird gleich 0 (erster Abschnitt der Diagramme /und ./in Fig. 5 für die Ausgänge der Tore A und B in der Torschaltung 13); deshalb läßt nur das Tor A das Differentialsignal vom Flipflop 12 durch und dieses Signal wird durch Kippen des zweiten Flipflops 14 gespeichert (Abschnitt / des Diagramms / und des Diagramms k für den Ausgang Q\* des zweiten Flipflops).

Wenn dagegen kein Signal die Torschaltung 8 passiert (s. Abschnitte 0 und 3 des Durchlaßsignals c/in F i g. 5), kippt das Flipflop 12 nicht (s. Abschnitte 0 und 3 des Diagramms g in Fig.5 für den Ausgang Qn des ersten Flipflops), so daß nur Tor Ader Torschaltung 13 ein Signal durchläßt (Abschnitte 0 und 3 des Diagramms j in F i g. 5) und das Signal auf die Rückstellklemme des zweiten Flipflops 14 gelangt, das somit zurückgestellt wird (Diagramm k in P i g. 5 für das Ausgangssignal Q]_t). Das zweite Flipflop 14 wird also in einer Periode, in der ein Signal die Torschaltung 8 passiert, in die Arbeitslage gekippt und verbleibt in dieser bis zu einer Periode, in der kein Signal die Torschaltung 8 passiert.

Nun enthält der Verzögerungskreis 15 eine Torschaltung, deren Eingangssignale einerseits durch Integration des Ausgangssignals <?u des zweiten Flipflops 14 (Diagramm /in Fig.5) und andererseits durch das Ausgangssignal des Differenziergliedes 11 (Diagramm e in F i g. 5) gewonnen sind. Wenn der Schwellenwert des ersten Eingangs Ww 15 ist (Diagramm (Jt kann das zweite Signal diese Torschaltung nicht passieren, bevor die Spannung am ersten Eingang diesen Wert Ww 15 erreicht hat Während eines festen Zeitintervalls T_n nach dem Kippen des Flipflops 14 kann also dessen Ausgangssignal nicht übertragen werden. Wenn dieses Intervall Tn größer als die Pulsbreite des Differential- S5 signals gewählt ist, kann das Differentialsignal in der ersten Empfangsperiode die Torschaltung 15 nicht passieren.

Wenn im Durchlaßintervall der nächsten Empfangsperiode abermals ein Signal die Torschaltung 8 passiert, wird das erste Flipflop 12 wieder gesetzt und erzeugt in der gleichen Weise wie vorher ein Ausgangssignal im Tor A der Torschaltung 13. Das Flipflop 14 ist im vorhergehenden Zustand verblieben, befindet sich also nach wie vor in Arbeitslage. Wenn der Widerstand R\$ und der Kondensator C,5 so gewählt sind, daß das erste Eingangssignal der verzögernder· Torschaltung !5 ein ausreichendes Potential erreicht hat, um das Signal diesmal durchzulassen, kann das am zweiten Eingang angelegte Differentialsignal die Torschaltung 15 durchlaufen und setzt das dritte Flipflop 16 (Diagramm m in Fig. 5JL

Somit zeigt der Zustand des dritten Flipflops 16 an, daß das Empfangssignal in zwei aufeinanderfolgenden Perioden zur Torschaltung 15 gelangt ist. Wenn nun das Relais im Betätigungskreis 17 durch die Spannung am Ausgang Q\₆ betätigt wird (Diagramm π in F i g. 5), kann die Relaisbetätigung als zuverlässig angesehen werden.

Wenn in der darauffolgenden Empfangsperiode kein weiteres Signal empfangen wird, geht das Differentialsignal durch das Tor B der Torschaltung 13, und die Flipflops 14 und 16 werden dadurch zurückgestellt.

Bestimmung des Sendezyklus

Um zu gewährleisten, daß alle Mehrfachechos abgeklungen sind, findet die nächste Impulsausstrahlung erst statt, wenn festgestellt wurde, daß innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach Beendigung des Überwachungsbereichs (ti— Γ2 in den Diagrammen V und Vl der Fig.4) kein Eingangssignal aufgetreten ist. Die Steuerung des Sendezyklus geschieht durch Entladung des Kondensators Ci₈ im zeitbestimmenden Integrationskreis 18, und diese Entladung wird durch das Ausgangssignal des Pulsverstärkers 7 und das komplementäre Ausgangssignal Q\ des Obergrenzensignalerzeugers gesteuert.

Zunächst wird das Empfangssignal zur Ableitung des ersten Rückstellsignals verwendet. Am Ausgang des Impulsverstärkers 7 erscheint nämlich ein Rechtecksignal (Diagramm c in F i g. 6) entsprechend dem empfangenen Echoimpuls (Diagramm b in Fig.6). Dieses Ausgangssignal wird im Inverter 24 in sein Komplement gemäß Diagramm c/in F i g. 6 verwandelt. Mit diesem Signal wird eine im Kondensator Ge angesammelte Ladung über die Diode D\ entladen. Solange kein Echosignal auftritt, lädt sich der Kondensator wieder auf. Die Ladekurve ist in Diagramm /"der F i g. 6 dargestellt. Wenn mehrere Echos nacheinander auftreten (wie bei g und g' in Diagramm f), wird der Kondensator zurückgestellt, bevor der integrierte ^:Vert die Schwellenspannung Ww 19 des Spannungsvergleichskreises 19 erreicht. Wenn dagegen im Intervall T2 in Diagramm /kein Echo eintrifft, erreicht die integrierte Spannung den Wert Ww 19. Wenn also das Zeitintervall T₂ so gewählt ist, daß es mehr als zwei- bis dreimal so lang wie die Laufzeit zwischen aufeinanderfolgenden Reflexionen einer Welle (z. B. zwischen gegenüberliegenden Wandflächen) ist, beginnt der nächste Zyklus erst nach dem Abklingen der Echos. So läßt sich der Sendezyklus an das Auftreten der Echos anpassen. Die Reflexionszeit ändert sich mit Temperatur und Feuchtigkeit und hängt so stark vom Reflexionsfaktor der einander gegenüberliegenden Flächen ab, daß sie nicht immer im voraus auf einen festen Wert eingestellt werden kann. Wenn andererseits der Sendezyklus sehr lang eingestellt wird, kann zwar kein Mehrfachecho mehr stören, aber die Reaktionszeit wird unnötig groß.

Für die Bildung des_zweiten Ruckstellsignals wird das Obergrenzensignal Qg herangezogen. Dieses Signal beginnt nahezu gleichzeitig mit dem Sendezyklus. Der Kondensator 18 wird also praktisch im gleichen Augenblick entladen, in dem seine Klemmenspannung den Wert Ww 19 übersteigt, und bleibt auf dem Pegel 0, bis das Signal am Ausgang Qg (Diagramm e in F i g. 6) auf einen hohen Pegel zurückkehrt Das dadurch bedingte Sperrintervall des Ladekondensators ist in

Diagramm /mit ρ bezeichnet.

Die Hauptaufgabe dieses zweiten Rückstellsignals liegt in der Berücksichtigung der folgenden Tatsache. Wenn der Kondensator nur mit dem ersten Rückstellsignal betrieben wird und beispielsweise die ausgestrahlte Ultraschallwelle absichtlich unterbrochen wird oder wenn der Kondensator Qe in einem freien, schalltoten Raum eingestellt wird, lädt sich der Kondensator de au^f einen hohen Wert auf und verbleibt dort, so daß die Erzeugung der Sendeimpulse nicht mehr möglich ist. In diesem Sinne könnte nicht nur das Obergrenzensignal Qi, sondern z. D. auch dasUntergrenzensignal pio oder das Impulsbreitensignal Qk oder sogar ein Oszillatorausgangssignal verwendet werden oder ein anderes Steuersignal kann speziell erzeugt werden.

Das Signal Q\ ist besonders geeignet, weil es am längsten andauert und weil die Länge des Sperrintervalls T₂ auf einen verhältnismäßig geringen Wert herabgesetzt werden kann.

Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, können die Sendeintervalle selbsttätig entsprechend den vorhergegangenen Echos eingestellt werden, weshalb die Gefahr von Fehlinterpretationen weitgehend gebannt ist.

Ferner ist dieses variable Empfangsintervall auch gegen Fremdstörungen wirksam, denn wenn eine Fremdstörung einfällt (dritter Zyklus in F i g. 6), entlädt sich der Kondensator 18 im Verlauf dieses Zyklus; deswegen wird der Beginn des nächsten Zyklus verzögert Wenn also die Empfangsintervalle für länger dauernde Störungen festgelegt sind, werden durch dieses beschriebene Verfahren Fehlbetätigungen verhindert.

Schwellenwertkreis

Der Schwellenwertkreis 5 besteht gemäß F i g. 2 aus der Reihenschaltung des Widerstandes Rs und des Transistors Qs und ist an der Sekundärseite des Transformators im Abstimmverstärker 4 angeordnet, so daß der Transistor Q₅ mit dem Obergrenzensignal Q> geöffnet und gesperrt wird (s. Diagramme e und g in Fig. 6).

Wenn der Transistor Qs leitet, wirkt der Widerstand R₅ als Belastung der Sekundärseite des Abstimmtransformators, der Verstärkungsgrad verringert sich und der Eingangspegel des Demodulators 6 sinkt ab. Wenn dagegen der Transistor Qs gesperrt ist, kann der Eingangspegel steigen.

Der Transistor Q₅ ist während des Durchlaßintervalls geöffnet und außerhalb dieses Intervalls gesperrt Nach Beendigung der Durchlaßperiode wird die Geräuschempfindlichkeit so hoch, daß es leicht zu unterscheiden ist, ob das Echo oder Störsignal verschwunden ist oder nicht. In der nächsten Durchlaßperiode ist die Empfindlichkeit wieder verringert, so daß das Slörsignal außerordentlich klein wird (Diagramm h in F i g. 6).

Prüfschalter

Im Prüfkreis 3 befindet sich gemäß Fig.2 der Prüfschalter SW_Ch in Reihe mit dem Widerstand Rch parallel zum Widerstand Rj\, der das Eingangssignal des Verstärkers 4 dämpft. Normalerweise ist der Prüfschalter geöffnet Wenn er betätigt wird, verringert sich der Wert des Dämpfungswiderstandes, so daß die Empfindlichkeit insgesamt zunimmt. So läßt sich bei der Installation und später von Zeit zu Zeit prüfen, ob der eingestellte Zustand günstig ist oder nicht, insofern als kein stationäres Echo mit einem der Überwachungsschwelle naheliegenden Pegel auftritt. Dadurch ergibt sich ein zuverlässiger Betrieb der Schaltungsanordnung.

Die

iigsicn Merkmale zur

Zusammenfassung

Merkmale zur bcSC'hi'icucilci'i Schaltungsanordnung sind folgende:

I) Die Sendeintervalle liegen nicht fest. Nachdem einmal ein Ultraschallimpuls ausgesandt wurde, geschieht folgendes:

a) Es ist stets eine feste Wartezeit Ti vorgesehen; danach folgt ein Zeitintervall 71, worin geprüft wird, ob ein Echo auftritt oder nicht.

b) Wenn ein Echo im Intervall 71 auftritt, beginnt nach seiner Beendigung das gleiche Intervall T₁ abermals als Wartezeit, ob ein weiteres Echo auftritt oder nicht.

c) Nachdem mehrere solche Überwachungsintervalle vergangen sind und im letzten Intervall T2 kein Echo mehr aufgetreten ist, wird der

nächste Sendeimpuls ausgestrahlt.
II) Die Existenz eines Objektes wird nur dann angezeigt, wenn in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen ein Echo auftritt.

III) Die Empfindlichkeit für die Prüfung, ob ein Echosignal existiert oder nicht ist höher a!s die Empfindlichkeit der Auswertvorrichtung für die Existenz eines Objekts, so daß falsche Echos und Störsignale mit größerer Wahrscheinlichkeit ausgeschieden werden.

IV) Die Wartezeit Γι vergrößert die Basislänge des Sendeintervalls in Abhängigkeit von einer Zunahme des Überwachungsbereiches mittels eines Bereichsobergrenzensignals.

V) Es ist ein Prüfschalter zur Erhöhung der Empfindlichkeit um einen bestimmten Wert vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die einmal gewählte Einstellung noch zutrifft

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche; des Überwachungsintervalls beaufschlagtes Differenzglied (11) zugleich ein Ausgangssignal abgeben.

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall, bestehend aus einem Oszillator zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen, einem vom Oszillator erregten Ultraschallgeber, einem Empfänger für die aus dem überwachten Raum stammenden Echos und einem durch das Auftreten eines Echos auslösbaren Betätigungskreis, wobei der Empfänger ein Impulslängenfilter für die Echoimpulse enthält, gekennzeichnet durch eine Stufe (12—16) zur Feststellung, ob ein Echo in zwei aufeinanderfolgenden Überwachungsintervallen eingetroffen ist, und zur Auslösung des Betätigungskreises (17) nur in diesem Falle, eine Stufe (13) zur Rückstellung der Auslösestufe (16), wenn im letzten Überwachungsintervall kein Echo aufgetreten ist, eine Stufe (18, 19) zur Feststellung fehlender Echosignale während eines bestimmten Schutzintervalls (T₂) nach Beendigung des Überwachungsintcrvalls und eine Sendesteuerstufe (20) zur Auslösung eines Sendeimpulses nach Ablauf des Schutzintervalls.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zur Feststellung fehlender Eingangssignale einen Integrationskreis (18) enthält, der normalerweise eine konstante Spannung (V_1x) integriert und durch ein beim Auftreten von Empfangssignalen gebildetes Eingangssignal (von 7) zurückgestellt wird, sowie ein Spannungsvorgleichsglied (19) enthält, das ein Sendersteuersignal auslöst, wenn ein Ausgangssignal des Integrationskreises (18) einen bestimmten Pegel (Vth 19) übersteigt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskreis (18) nach Beendigung des Überwachungsintervalls ein Aktivierungssignal (^s) erhält

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zur Feststellung eines Echos in aufeinanderfolgenden Überwachungsintervallen ein erstes Flipflop (12) enthält, das durch ein Ausgangssignal der Stufe (8) zur Feststellung eines Echos im Überwachungsintervall gekippt und nach Beendigung des Überwachungsintervalls, jedoch vor der Aussendung des nächsten Sendeimpulses rückgekippt wird, daß eine Speichervorrichtung (14) den gekippten Zustand des zweiten Flipflops (12) speichern kann und daß ein Auslöse- Flipflop (16) den Betätigungskreis (17) auslöst, wenn die Speichervorrichtung (14) ein Ausgangssignal abgibt und zugleich im nächsten Überwachungsintervall ein Echo aufgetreten ist, während die Speichervorrichtung und das Auslöse-Flipflop zurückgestellt werden, wenn in den nachfolgenden Überwachungsintervallen kein Echo festgestellt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flipflop (12) zu Beginn des nächsten Sendeimpulses zurückgestellt wird, daß die Speichervorrichtung (14) den gekippten Zustand des ersten Flipflops bei Beendigung des Überwachungsintervalls speichert, daß das Ausgangssignal der Speichervorrichtung auf ein Verzögerungsglied (15) gelangt und daß das Auslöse-Flipflop (16) gekippt wird, wenn das Verzögerungsglied (15) und ein vom Signal (Q₉) für das Ende Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Raumes mit Ultraschall nach der Gattung des Anspruchs 1.
Die DE-AS 15 66 852 beschreibt eine Anordnung zur

Unterscheidung von Echolotimpulsen für die Fischerei, bei der Echos von über dem Boden schwimmenden Fischen oder sonstigen Unterwasserschwimmkörpern dadurch von Echos am Meeresboden unterschieden werden können, daß ein kombiniertes Amplituden- und Impulslängenfilter verwendet wird, dessen Ansprechschwelle wesentlich höher liegt als seine Abfallschwelle. Die Unterscheidung mittels dieses sog. Trapezimpulsfilters beruht auf der Tatsache, daß Echos von Schwimmkörpern im Wasser in der Regel kurz sind, während das Bodenecho stets beträchtlich länger als das ausgesandte Schallsignal ist.

Bei Geräten zur Überwachung eines Raumes mittels durch die Luft fortgepflanzter Ultraschallimpulse müssen ebenfalls die echten Echoimpulse von Störechos unterschieden werden. Hierbei sind aber wesentlich vielfältigere Störquellen zu berücksichtigen. Im einzelnen treten insbesondere folgende Fehlbetätigungen auf: