DE2723584A1

DE2723584A1 - Geschwindigkeitsmessgeraet

Info

Publication number: DE2723584A1
Application number: DE19772723584
Authority: DE
Inventors: Hans Jochen Dipl Ing Koellner; Sigmund Dipl Phys Manhart
Original assignee: MITEC MODERNE INDUSTRIETECHNIK GmbH
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1978-11-30

Description

Geschwindigkeitsmeßgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit und gleichzeitig des mittleren Abstands bewegter Objekte, wie Fahrzeuge zu Land, Wasser oder Luft.
Zur Feststellung von Geschwindigkeiten bewegter Objekte wurde bisher vorwiegend das Mikrowellenradarsystem nach dem Doppler-Prinzip verwendet.
Hier wird die Differenzfrequenz zwischen ausgesandtem und empfangenem Signal als Maß für die Geschwindigkeit des Zielobjekts herangezogen.
Nachteile des Mikrowellenradars sind der relativ große apparative Aufwand zur Signalerzeugung und -detektion und die Notwendigkeit großer Sendeantennen um Strahlbündelungen zu erreichen.
Weitere Geschwindigkeitsmeßsysteme, die optische Strahlung verwenden, arbeiten mit moduliertem Dauerlicht und benötigen einen Reflektor am Zielobjekt, sind also nicht autonom. Die Lichtschrankenmethode ist in ihrer Anwendung sehr beschränkt, da das Meßobjekt genau die Verbindungslinie Sender -Empfänger bzw. Meßgerät - Reflektor kreuzen muß.
Weiterhin ist dieses Meßverfahren ebenfalls nicht autonom und gibt nur einen Durchschnittswert an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das die erwähnten Mängel weitgehend beseitigt und rein autonom arbeitet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einem an sich bekannten Laser-Entfernungsmesser nach dem Puls auf zeitverfahren eine elektronische Auswerteeinheit, bestehend aus einer digitalen oder analogen Speichereinheit, einer logischen Verknüpfungseinrichtung und einer Registriereinrichtung zur Speicherung und Ausgabe des Meßergebnisses zugeordnet sind. Durch das Laserpulsmeßgerät werden innerhalb eines definierten Zeitintervalis - beispielsweise 1 sec - eine große Anzahl Entfernungswerte - beispielsweise aus 1000 Messungen -ermittelt. Mit Hilfe der Auswerteeinheit wird aus den Entfernungsdifferenzen ein Geschwindigkeitswert ermittelt. Das mathematische Berechnungsverfahren beispielsweise nach der Gaußschen Methode der Fehlerquadratminimierung reduziert gleichzeitig die Ungenauigkeit die durch statistische Entfernungsmeßfehler auftreten könnte.
Die vorgeschlagene Anordnung bringt eine Reihe von Vorteilen gegenüber den Anordnungen und Verfahren des Standes der Technik.
Für eine Reichweite von ca. 100 m kann das Gerät so klein gehalten werden, daß es ähnlich wie eine Schmalfilmkamera als tragbares Handgerät verwendet werden kann. Mit Hilfe eines Strahlteilerspiegels oder eines Schwenkspiegels kann beispielsweise eine fotografische Registrierung des Zielobjektes gleichzeitig mit der Geschwindigkeitsmessung durch die bereits vorhandene Empfangs- oder Sendeoptik erfolgen oder durch dieselbe Empfangs- oder Sendeoptik mit Hilfe eines sichtbaren Lichtstrahls das Zielobjekt beleuchtet bzw.
markiert werden.
Da für die eigentliche Messung ein sehr kurzer Strahlungspuls typischerweise mit nur einigen Nanosekunden Pulsbreite vorzugsweise im Infrarot verwendet wird, ist die Meßstrahlung weder störend (da unsichtbar) noch physiologisch in irgendeiner Weise bedenklich.
Ein wesentlicher Vorteil ist weiterhin die scharfe Bündelung des Meßstrahls. Beispielsweise beträgt bei einem Handgerät von der Größe einer Schmalfilmkamera die Strahldivergenz nur ca. 5 mrad, was ungefähr 1/3 ° entspricht.
Eine große Reichweite des Geschwindigkeitsmeßsystems wird erreicht indem eine Optik mit größerem Durchmesser verwendet wird.
Soll die erfindungsgemäße Anordnung als tragbares Handgerät konzipiert werden, so können mögliche Verfälschungen des Meßergebnisses durch unbeabsichtigte Bewegungen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers eliminiert werden.
Weitere Maßnahmen und Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen niedergelegt und in der Beschreibung erläutert. Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels Fig. 2 ein Systemdiagramm Fig. 3 Ausführungsbeispiel eines Handgerätes Von einem Sender 10, der in dem beschriebenen Beispiel Teil eines Laserpuls-Entfernungsmeßgeräts ist, wird ein gebündelter Strahl auf das bewegte Objekt ausgesandt. Das von diesem Objekt gestreute Licht kommt teilweise in den Empfänger 11 der Meßanordnung zurück, wo die Laufzeit dieses ausgesandten Pulses in bekannter Weise gemessen wird. Diese Laufzeit ist ein direktes Maß für die Entfernung zwischen Gerät und Objekt.
Der Sender 10 sendet innerhalb einer kurzen Zeit -beispielsweise 1 Sekunde - eine große Anzahl solcher Impulse aus - beispielsweise 1 000 mal. Jeder dieser zurückkehrenden Impulse ergibt einen Entfernungsmeßwert, der in der Reihenfolge des Eintreffens in den Speicher 12 eingegeben wird. Der zugeordnete Rechner 12 a seinerseits, ruft nach einem festen Programm -wie nachfolgend erläutert - die gespeicherten Daten auf und errechnet aus dieser Vielzahl nach dem eingegebenen Programm die mittlere Geschwindigkeit und/ oder die mittlere Entfernung während dieses Zeitintervalls aus.
Unter dem in dem Rechner eingegebenen Programm ist beispielsweise folgender Ablauf der Datenreduktion zu verstehen und in der Figur 2 schematisch dargestellt: Die erste Hälfte der eingehenden Meßwerte wird zunächst gespeichert. Die darauf folgenden Meßwerte werden sukzessive von den gespeicherten Werten subtrahiert und mit einem "Gewichtsfaktor" multipliziert.
Der "Gewichtsfaktor ermittelt sich nach folgendem Schema: Der letzte Wert der ersten Hälfte der Meßwerte - hier 500 - wird von dem ersten Wert der zweiten Meßwerthälfte - hier 501 - subtrahiert und mit dem Faktor 1 multipliziert. Der vorletzte Meßwert der ersten Hälfte -hier 499 - wird von dem 2. Meßwert der zweiten Meßwerthälfte - hier 502 - subtrahiert und mit dem Faktor 2 multipliziert und so fort, bis der 1. Meßwert der ersten Meßwerthälfte - hier 1 - erreicht ist. Dieser wird vom letzten Meßwert der 2. Hälfte -hier 1000 - subtrahiert und mit dem Faktor - hier 500 - multipliziert. Alle diese Zwischenergebnisse werden auf die jeweils freigewordenen Speicherplätze des Speichers 12 gegeben und anschließend miteinander addiert. Der Rechner 12 a führt dann, je nach Meßinterval,eine Multiplikation mit einem konstanten Eichfaktor durch. Dieser Eichfaktor ist ein Ergebniswert aus Meßzeitdauer - hier 1 Sekunde - und Anzahl der Messungen - hier 1.000 -. Im vorliegenden Fall errechnet er sich aus der Formel 1=1 wobei T = Zeitintervallund N die Gesamtzahl der im Zeitintervall durchgeführten Messungen ist.
Bereits nach dem letzten Rechenschritt, der gleichzeitig mit dem Eintreffen des letzten Meßergebnisses durchgeführt wird, steht der effektive mittlere Geschwindigkeitsmeßwert fest.
Das oben beschriebene Berechnungsverfahren stellt eine Geschwindigkeitsermittlung nach deT Gaußschen Fehlerquadrat-Minimierung dar. Auf ähnliche Weise kann ebenfalls eine Mittelwertbildung der Entfernungswerte erfolgen, sodaß gleichzeitig zum Geschwindigkeitswert auch der mittlere Entfernungswert zur Verfügung steht.
Diese bilden das bereits erwähnte Programm des Rechners 12cL.Es sind selbstverständlich auch andere Methoden zur Mittelwertbildung möglich.
Das Endergebnis wird durch die Anzeige- und Registriereinrichtung 13 sichtbar gemacht bzw.
festgehalten. Die Anzeigeeinheit kann digitale Zahlenwerte oder eine analoge Zeigerstellung oder beides miteinander darstellen.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind alle Bauelemente in einem einzigen, mit einem Trag- und Bedienungsgriff 16 versehenen Gehäuse 17 zusammengefaßt und außerdem der Registriereinrichtung eine Laufbildkamera 18 zugeordnet, die sowohl das bewegte Objekt als auch den ermittelten Geschwindigkeitswert im Bild festhält. Das Ziel kann über eine optische Visiereinrichtung 15 angepeilt werden.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1.? Gerät zur Messung der Geschwindigkeit und gleichzeitig des mittleren Abstandes bewegter Objekte - wie Fahrzeuge zu Lande, Wasser oder Luft - dadurch gekennzeichnet, daß einem an sich bekannten Laserentfernungsmeßgerät (10) nach dem Pulslaufzeitverfahren eine elektronische Auswerteinheit, bestehend aus einer digitalen oder analogen Speichereinheit (11) und einer logischen Verknüpfungseinrichtung (12), zugeordnet ist, die derart miteinander verknüpft sind, daß am Ende eines Meßzeitintervalls sofort der mittlere Geschwindigkeitswert und nach Bedarf auch der mittlere Entfernungswert zur Anzeige oder zur Registrierung in der Registrierungseinrichtung (13) bereitsteht.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zielmarkierung dem Meßgerät ein sichtbares Pilotlicht (14) zugeordnet ist.
3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Meßergebnis-Verfälschungen ein Beschleunigungsmesser integriert ist.
4. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrischen Registriereinrichtung (13) eine fotografische Registrierj-.; iht Xq(18) zugeordnet ist.
5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche lsauelemente in einem einzigen, mit einem Trag- und Bedienungsgriff (16) versehenen Gehäuse (17) zusammengefaßt sind.