DE3339984A1 - Schall- bzw. ultraschall-entfernungsmessgeraet - Google Patents
Schall- bzw. ultraschall-entfernungsmessgeraetInfo
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Description
PRINZ, LEISER, BUNKE·&■PA-RTKfER
\ Patentanwälte · Eu*s>peah Patent · Attornisys"--"
München Stuttgart 3339984
4. November 19 83
Endress u. Hauser GmbH u. Co.
Hauptstraße 1
7867 Maulburg
Hauptstraße 1
7867 Maulburg
Unser Zeichen: E 1149
Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät
mit einem elektroakustischen Wandler, der abwechselnd als Sendewandler für die Aussendung
von Schall- bzw. Ultraschallimpulsen und als Empfangswandler für den Empfang der reflektierten Echo
impulse verwendet wird, und mit einer an den Wandler angeschlossenen Schaltungsanordnung für die Verarbeitung
der vom Wandler aufgrund der empfangenen Echoimpulse abgegebenen elektrischen Empfangssignale, die einen
Verstärker mit steuerbarer Verstärkung und einen dem Verstärker nachgeschalteten Schwellenwertdiskriminator enthält.
Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgeräte dieser Art werden beispielsweise für die Füllstandsmessung in einem
Behälter verwendet. In diesem Fall ist der elektroakustische Wandler im Behälter oberhalb des höchsten vorkommen-
Lei/Ma
den Füllstands so angeordnet, daß die von ihm ausgesendeten Schall- bzw. Ultraschallimpulse auf die Oberfläche
des im Behälter befindlichen Füllguts treffen und die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Echoimpulse zum
Wandler zurückgeworfen werden. Die Anregung des Wandlers erfolgt durch elektrische Anregungsimpulse mit der Frequenz
der Schall- bzw. Ultraschallwelle, die von einem Sendeimpulsgenerator erzeugt und über eine Sende/Empfangs-Weiche
an den Wandler angelegt werden. Die vom Wandler aufgrund der empfangenen Echoimpulse erzeugten elektrischen
Empfangssignale werden über die Sende/Empfangs-Weiche
an die Verarbeitungsschaltung angelegt, die daraus den Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten der Aussendung
eines Sendeimpulses und des Empfangs eines von diesem Sendeimpuls stammenden Echoimpulses ermittelt. Dieser
Zeitabstand entspricht der Laufzeit der Ultraschallwelle im Behälter und ist somit ein Maß für den Füllstand im
Behälter.
Der in der Verarbeitungsschaltung enthaltene Schwellenwertdiskriminator
dient zur Unterscheidung der Echosignale von Rausch- und Störsignalen. Der Diskriminator-Schwellenwert
ist so eingestellt, daß die verstärkten Echosignale diesen Schwellenwert überschreiten. Da die reflektierten
Echoimpulse um so schwächer sind, je größer die Meßentfernung ist, ist es bekannt, die Verstärkung des steuerbaren
Verstärkers in jedem Sendezyklus in Abhängigkeit von der Zeit so zu steuern, daß die Echosignale, die von
aus größerer Entfernung eintreffenden Echoimpulsen stammen, stärker verstärkt werden als die Echosignale, die
von Nahzielechos stammen, so daß die verstärkten Echosignale, unabhängig von der Meßentfernung, etwa die
gleiche Amplitude haben. Der Diskriminator-Schwellenwert wird dann entsprechend dieser Amplitude eingestellt.
Bei Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgeräten mit einem einzigen elektroakustischen Wandler, der abwechselnd
als Sendewandler und als Empfangswandler betrieben wird, besteht das Problem, daß der Wandler nach dem Aufhören
des elektrischen Anregungsimpulses nicht sofort zu schwingen
aufhört, sondern während einer gewissen Ausschwingzeit mit abnehmender Amplitude ausschwingt. Dieses Ausschwingen
wird von dem Wandler in gleicher Weise wie ein durch auftreffende Schall- bzw. Ultraschallwellen verursachtes
Schwingen in elektrische Ausgangssignale umgesetzt, die über die Sende/Empfangs-Weiche zu der Verarbeitungsschaltung
gelangen. Dies ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Einerseits haben die Ausschwingsignale über einen großen
Teil der Ausschwingzeit eine im Vergleich zu den Echosignalen sehr große Amplitude/ so daß der Verstärker der
Verarbeitungsschaltung stark übersteuert und in die Sättigung getrieben wird. Andererseits besteht die Gefahr, daß
Ausschwingsignale, die den Diskriminator-Schwellenwert überschreiten, fälschlich als Echosignale interpretiert
werden. Schließlich kann die Verarbeitungsschaltung Echosignale, die in die Ausschwingzeit fallen und den Ausschwingsignalen
überlagert sind, nicht erkennen, so daß diese Echosignale verlorengehen. Dadurch ergibt sich eine
untere Grenze für die kleinste noch meßbare Entfernung.
Zur Vermeidung der zuerstgenannten Nachteile ist es bekannt, die Verarbeitung der Ausgangssignale des Schalloder
Ultraschallwandlers für eine gewisse Zeit vom Beginn des Sendeimpulses an zu blockieren. Die Blockierungszeit
wird vorzugsweise erst beendet, wenn die Amplitude der verstärkten Ausschwingsignale unter den Diskriminator-Schwellenwert
gefallen ist. Dadurch wird eine Übersteuerung des Verstärkers vermieden. Es bleibt jedoch
der Nachteil bestehen, daß Echosignale, die in die Blokkierungszeit
fallen, nicht erfaßt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schall- oder Ultraschall-Entfernungsmeßgeräts der eingangs angegebenen
Art, bei welchem die in die Ausschwingzeit des Schalloder Ultraschallwandlers fallenden Echosignale erfaßt werden
können und keine Gefahr einer Übersteuerung des Verstärkers der Verarbeitungsschaltung durch die Ausschwingsignale
besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe enthält das Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät
nach der Erfindung eine Verstärkungssteuerschaltung, die während einer vorbestimmten
Zeitdauer nach dem Beginn jedes Sendeimpulses die Verstärkung des Verstärkers nach einer gespeicherten Funktion
steuert, die entsprechend dem Ausschwingverhalten des Wandlers so festgelegt ist, daß die vom Ausschwingen des
Wandlers stammenden elektrischen Signale nach der Verstärkung kleiner als der Schwellenwert des Schwellenwert-Diskriminators
sind und möglichst nahe an diesen Schwellenwert herankommen.
Bei dem Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät nach der Erfindung besteht nach dem Aufhören des Sendeimpulses
keine Blockierungszeit. Die durch das Ausschwingen des Wandlers erzeugten Ausschwingsignale können jedoch den
Verstärker nicht übersteuern und auch nicht fälschlich als Echosignale interpretiert werden, weil sie durch die
Verstärkungssteuerung stets unter dem Diskriminator-Schwellenwert gehalten werden. Wenn den Ausschwingsignalen
ein aus kurzer Entfernung stammendes Echosignal überlagert ist, überschreitet das Summensignal den Diskriminator-Schwellenwert,
so daß das Echosignal auch während des Ausschwingvorgangs erkannt und verarbeitet wird. Auf diese
Weise kann jedes vorkommende Echo auch bei sehr kleiner Meßentfernung detektiert werden.
— JB —
Wenn angenommen werden kann, daß sich das Ausschwingverhalten des Wandlers nach dem Einbau über einen langen
Zeitraum nicht wesentlich ändert, kann die gespeicherte Funktion fest eingestellt sein. Bei vielen Anwendungen
von Schall- oder Ultraschall-Entfernungsmeßgeräten, insbesondere bei der Füllstandsmessung, kann sich aber das
Ausschwingverhalten kurzfristig in unvorhersehbarer Weise ändern, beispielsweise infolge von Ansatzbildungen,
Umwelteinflüssen oder unterschiedlichen Füllgütern. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält
daher das Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät eine Analyseschaltung, die das Ausgangssignal des
Wandlers empfängt, den zeitlichen Verlauf des Ausschwingsignals analysiert und die gespeicherte Funktion entsprechend
dem Ergebnis der Analyse einstellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
das anhand der Zeichnung beschrieben wird. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 das Blockschema eines als Echolot zur Füllstandsmessung in einem Behälter verwendeten Ultraschall-Entfernungsmeßgeräts
nach der Erfindung,
Fig. 2 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Signalen in der Anordnung von Fig. 1 und
Fig. 3 das Blockschema einer abgeänderten Ausführungsform des Echolots von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Behälter 10, in dem sich ein Füllgut
befindet. Zur Messung des Füllstands im Behälter 10 ist an der Oberseite des Behälters oberhalb des höchsten vorkommenden
Füllstands ein Ultraschallwandler 12 angeordnet,
der abwechselnd als Sendewandler und als Empfangswandler betrieben wird. In der Sendephase wird der Ultraschallwandler
12 durch ein elektrisches Signal erregt, so daß er einen Ultraschallimpuls erzeugt, der senkrecht nach
unten auf das im Behälter befindliche Füllgut 11 gerichtet
ist. In der Empfangsphase empfängt der Ultraschallwandler 12 das an der Oberfläche des Füllguts 11 reflektierten
Echosignal, das erin ein elektrisches Signal umwandelt.
Jeder Meßzyklus besteht aus einer Sendephase und einer Empfangsphase.
Ein Sendeimpulsgenerator 13 erzeugt am Beginn jedes Meßzyklus während der Sendephase das für die Erregung des
Ultraschallwandlers 12 erforderliche impulsförmige elektrische Signal mit der Frequenz der auszusendenden Ultraschallwelle.
Dieses Signal wird über eine Sende/Empfangs-Weiche 14 an den Ultraschallwandler 1 2 angelegt. Wenn nach
dem Aufhören des Sendeimpulses ein am Füllgut 11 reflektierter
Echoimpuls am Ultraschallwandler 12 eintrifft, wird dieser in Schwingungen versetzt, die vom Wandler in
ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das über die Sende/Empfangs-Weiche 14 einer Verarbeitungsschaltung
zugeführt wird, die hintereinander einen Verstärker 15, einen Schwellenwert.-Diskriminator 16, eine Signalverarbeitungsschaltung
17 und eine Laufzeitmeßanordnung 18 enthält.
Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 15 ist durch ein an einen Verstärkungssteuerexngang 15a angelegtes Steuersignal
verzögerungsfrei steuerbar. Der an den Ausgang des steuerbaren Verstärkers 15 angeschlossene Schwellenwert-Diskriminator
16 läßt nur die Signale durch, deren Amplitude einen festgelegten Diskriminator-Schwellenwert
überschreitet. Die vom Schwellenwert-Diskriminator 16 durchgelassenen Signale werden von der Signalverarbei-
tungsschaltung 17 in der für die Laufzeitmessung erforderlichen
Weise aufgearbeitet. Die Laufzeitmeßanordnung 18 mißt den Zeitabstand zwischen der Aussendung jedes Sendeimpulses
und einem von diesem Sendeimpuls stammenden Echoimpuls. Dieser Zeitabstand ist gleich der Laufzeit
des Ultraschallimpulses im Behälter 10 vom Ultraschallwandler 12 zur Oberfläche des Füllguts 11 und zurück zum
Ultraschallwandler 12. Diese Laufzeit ist ein Maß für den Abstand zwischen dem Ultraschallwandler 12 und der Oberfläche
des Füllguts 11 und somit auch ein Maß für den
Füllstand im Behälter 10. Die Laufzeitmeßanordnung 18 gibt
am Ausgang ein der Laufzeit oder dem Füllstand proportionales Signal ab, das in der gewünschten Weise zur Anzeige
des Füllstands oder zur Auslösung von Schaltvorgängen verwendet werden kann.
Der Verstärkungssteuereingang 15a des Verstärkers 15 wird durch einen elektronischen Umschalter 19 entweder mit dem
Ausgang einer Verstärkungssteuerschaltung 20 oder mit dem Ausgang einer Verstärkungsregelanordnung 21 verbunden. Die
Betätigung des Umschalters 19 erfolgt in einer später noch genauer erläuterten Weise durch die Verstärkungssteuerschaltung
20.
Ein Taktgeber 22 liefert am Beginn jedes Meßzyklus ein Taktsignal zu allen Stufen, die in diesem Zeitpunkt ausgelöst
werden müssen. Dieses Taktsignal dient insbesondere zur Auslösung der Abgabe eines Sendeimpulses durch den
Sendeimpulsgenerator 13, zur Auslösung der Funktion der Verstärkungssteuerschaltung 20 und zum Ingangsetzen der
Zeitmessung in der Laufzeitmeßanordnung 18, die dann durch
das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 17 stillgesetzt wird.
Die Funktionsweise des Ultraschall-Entfernungsmeßgeräts von Fig. 1 wird anhand der Diagramme von Fig. 2 erläutert.
— Ja —
Das Diagramm A zeigt den zeitlichen Verlauf des am Eingang des Verstärkers 15 anliegenden Ausgangssignals des Ultraschallwandlers
12 beim Senden sowie beim Empfang möglicher
Echoimpule. Zur Vereinfachung sind im Diagramm A, ebenso wie in den Diagrammen C und D, nur die positiven Hüllkurven
der Signale dargestellt. In Wirklichkeit handelt es sich um Schwingungen mit der Frequenz der Schall- oder
Ultraschallwelle, deren Amplituden sich entsprechend den dargestellten Hüllkurven ändern. Der Meßzyklus beginnt im
Zeitpunkt t . In diesem Zeitpunkt gibt der Taktgeber 22 den Auslöseimpuls e,b, der die Abgabe eines Sendeimpulses
durch den Sendeimpulsgenerator 13 auslöst. Der Sendeimpuls liegt während der Sendezeit T vom Zeitpunkt t bis zum
Zeitpunkt t. am Ultraschallwandler 12 an. Während dieser
Zeit schwingt der Ultraschallwandler 12 mit einer durch die Amplitude des Sendeimpulses bestimmten Schwingungsamplitude, und demzufolge liegt am Eingang des Verstärkers
15 ein Signal S„ mit der Amplitude Ag an.
Der Sendeimpuls endet im Zeitpunkt t~. Der Ultraschallwandler
12 hört jedoch nicht sofort zu schwingen auf, sondern er schwingt während einer Ausschwingzeit T allmählieh
aus. Im Idealfall, der im Diagramm A dargestellt ist, fällt die Amplitude der Schwingungen exponentiell
ab. Je nach den Einbauverhältnissen kann der Amplitudenverlauf beim Ausschwingen jedoch auch unregelmäßig sein,
insbesondere infolge von Störreflexionen. Demzufolge liegt am Eingang des Verstärkers 15 ein Ausschwingsignal
S, mit entsprechend abfallender Amplitude AA an. Als
Ende der Ausschwingzeit T wird der Zeitpunkt t2 angenommen,
in welchem die Ausschwing-Amplitude A, unter einen Wert fällt, der nicht mehr störend ist.
Die sich an die Sendezeit Tg anschließende Empfangsphase
ist so lang, daß ein bei der größten vorkommenden Meßentfernung reflektierter Echoimpuls noch zum Ultraschallwandler
12 zurückkehren kann, bevor der nächste Meßzyklus durch Aussendung eines Sendeimpulses eingeleitet wird. Im Diagramm
A von Fig. 2 ist das Empfangssignal Ef dargestellt,
das durch einen aus größerer Entfernung kommenden Echoimpuls verursacht wird. Durch die Unterbrechung der
Zeitachse ist angedeutet, daß der Zeitabstand des Echoimpulses E nicht im richtigen Verhältnis zur Sendezeit T
und zur Ausschwingzeit T dargestellt ist. Der Echoimpuls Ef hat eine im Verhältnis zum Sendeimpuls sehr kleine
Amplitude. Der Zeitabstand T zwischen dem Zeitpunkt t
des Beginns des Sendeimpulses und dem Zeitpunkt t_ des Beginns des Echoimpulses E ist gleich der doppelten Laufzeit
der Ultraschallwelle auf der Strecke zwischen dem Ultraschallwandler 12 und der Oberfläche des Füllguts 11.
Diese Laufzeit ist ein Maß für den Füllstand im Behälter Der Echoimpuls Ef wird bei niedrigem Füllstand im Behälter
10 empfangen.
Wenn dagegen der Füllstand im Behälter 10 sehr hoch ist/ so daß die Oberfläche des Füllguts 11 in sehr geringem
Abstand von dem Ultraschallwandler 12 liegt, kann die Laufzeit des Echoimpulses so kurz sein, daß er noch während
der Ausschwingzeit T- am Ultraschallwandler 12 eintrifft
und dem Ausschwingen des Ultraschallwandlers überlagert ist. Ein solcher Echoimpuls E ist ebenfalls im Diagramm A
dargestellt. Er hat infolge der kleinen Meßentfernung eine wesentlich größere Amplitude als der aus großer Entfernung
stammende Echoimpuls Ef. Doch selbst wenn die Amplitude
des Nah-Echoimpulses E größer ist als die Ausschwingamplitude
des Ultraschallwandlers, kann der Echoimpuls E nicht ausgewertet werden, wenn die Auswertung während der
Ausschwingzeit blockiert ist. In diesem Fall ist es nicht möglich, Entfernungen zu messen, für welche die Echolaufzeit
kürzer als die Ausschwingzeit ist.
Bei der Anordnung von Fig. 1 erfolgt keine Blockierung der Auswerteschaltung während der Ausschwingzeit. Vielmehr
wird die Auswertung von Echoimpulsen, die dem Ausschwingen überlagert ist, durch die von der Verstarkungssteuerschaltung
20 bewirkte Steuerung der Verstärkung des Verstärkers 15 ermöglicht.
Die Verstarkungssteuerschaltung 20 ist ein Funktionsgenerator,
der im Zeitpunkt tQ am Beginn jedes Meßzyklus
durch einen vom Taktgeber 22 einem Auslöseeingang 20a zugeführten Impuls ausgelöst wird und daraufhin an seinem
Ausgang 20b eine Spannung abgibt, die sich nach einer in einem Speicher 23 gespeicherten Funktion ändert. Ferner
gibt die Verstarkungssteuerschaltung 20 nach jeder Auslösung an einem Ausgang 20c ein Steuersignal ab, das den
Umschalter 19 für die Dauer der Ausschwingzeit T7. in die
Stellung bringt, in welcher der Verstärkungssteuereingang 15a des steuerbaren Verstärkers 15 mit dem Ausgang 20b
der Verstarkungssteuerschaltung 20 verbunden ist. Der Umschalter 19, der in der Zeichnung als mechanischer Umschalter
dargestellt ist, ist natürlich in Wirklichkeit ein verzögerungsfrei arbeitender elektronischer Umschalter.
Das Diagramm B von Fig. 2 zeigt die zeitliche Änderung der Verstärkung ν des steuerbaren Verstärkers 15, die
durch die über den Umschalter 19 an den Verstärkungssteuereingang
15a angelegte Ausgangsspannung der Verstarkungssteuerschaltung
20 bewirkt wird. Während der Sendezeit Τς zwischen den Zeitpunkten t~ und t.. ist die Verstärkung
ν sehr klein und vorzugsweise praktisch gleich Null. Vom Zeitpunkt t.. an steigt die Verstärkung aufgrund
der im Speicher 23 gespeicherten und von der Verstarkungssteuerschaltung
20 verarbeiteten Funktion so an, daß die zeitliche Änderung des vom Ausschwingen
M -
des Ultraschallwandlers 12 erzeugten Ausschwingsignals gerade kompensiert wird/ so daß das verstärkte Ausschwingsignal
am Ausgang des Verstärkers 15 eine im wesentlichen gleichbleibende Amplitude hat, die geringfügig
unter dem Diskriminator-Schwellenwert des Schwellenwert- Diskriminator s 16 liegt. Das hierdurch erhaltene
Ausgangssignal des steuerbaren Verstärkers 15 ist im Diagramm C von Fig. 2 dargestellt, und das Diagramm D
von Fig. 2 zeigt das entsprechende Ausgangssignal des
Schwellenwert-Diskriminators 16.
Der Diskriminator-Schwellenwert ist im Diagramm C bei S-
dargestellt. Während der Sendezeit Tc zwischen den Zeitig
punkten t und t. ist das Ausgangssignal des Verstärkers
15 vorzugsweise Null, auf jeden Fall aber so klein, daß es den
Diskriminator-Schwellenwert S nicht erreicht. In der Ausschwingzeit
T, zwischen den Zeitpunkten t-. und t? erscheint
am Ausgang des Verstärkers 15 ein verstärktes Ausschwingsignal S' von im wesentlichen gleichbleibender Amplitude A',
die etwas kleiner als der Diskriminator-Schwellenwert S_ ist. Demzufolge verursacht das verstärkte Ausschwingsignal
S' kein Ausgangssignal am Ausgang des Schwellenwert-Diskriminators 16 (Diagramm D).
Wenn jedoch dem AusSchwingsignal S ein Nahziel-Echoimpuls
E überlagert ist, überschreitet der am Ausgang des Verstärkers 15 erhaltene verstärkte Echoimpuls E' den Diskriminator-Schwellenwert
S , und am Ausgang des Schwellenwert-Diskriminators 16 erscheint ein Impuls E" der von
der Signalverarbeitungsschaltung 17 weiterverarbeitet werden kann (Diagramm D).
Im Zeitpunkt t„ am Ende der Ausschwingzeit TA bringt das
vom Ausgang 20c der Verstärkungssteuerschaltung 20 abge-
bene Steuersignal den Umschalter 19 in die andere Stellung,
in welcher der Verstärkungssteuereingang 15a mit dem Ausgang der Verstärkungsregelschaltung 21 verbunden
ist. Die Verstärkungsregelschaltung 21 steuert dann während der restlichen Empfangsphase die Verstärkung des
Verstärkers 15 in der bei Ultraschall-Entfernungsmeßgeräten üblichen Weise so, daß die empfangenen Nutzziel-Echoimpulse
auf einen mit wachsender Meßentfernung zunehmenden Pegel verstärkt werden, so daß sie den Diskriminator-Schwellenwert
S übersteigen. Diese Regelung kann aufgrund der am Ausgang des Schwellenwert-Diskriminators
16 erhaltenen Signale und/oder von außen zugeführter
Führungsgrößen erfolgen. Da diese Art der Verstärkungsregelung dem Fachmann bekannt ist, wird sie
hier nicht näher beschrieben.
Infolge der von der Verstärkungsregelschaltung 21 bewirkten
Verstärkungsregelung überschreitet somit auch der verstärkte Fernziel-Echoimpuls E' am Ausgang des Verstärkers
15 den Diskriminator-Schwellenwert sD (Diagramm C),
so daß am Ausgang des Schwellenwert-Diskriminators 16 ein entsprechender Nutzimpuls E1A (Diagramm D) erhalten wird,
der von der Signalverarbeitungsschaltung 17 verarbeitet
werden kann.
Für die Festlegung der im Speicher 23 gespeicherten Funktion gibt es verschiedene Möglichkeiten. Wenn das Ausschwingverhalten
des Ultraschallwandlers 12 aufgrund bekannter Einbaubedingun'gen mit ausreichender Genauigkeit
vorhersehbar ist und außerdem erwartet werden kann, daß sich das Ausschwingverhalten im Lauf der Zeit nicht
wesentlich ändert, kann die Funktion bei der Herstellung des Geräts fest eingestellt werden. Die Verstärkungssteuerschaltung
20 kann dann beispielsweise ein Analog-Funktionsgenerator sein, dessen Funktion durch fest
verdrahtete Schaltungselemente bestimmt ist, die dann den Speicher 23 bilden.
Wenn dagegen das Ausschwingverhalten des Ultraschallwandlers 12 durch die jeweiligen Einbaubedingungen beeinflußt
wird, ist vorzugsweise die Funktion im Speicher 23 einstellbar. Das Ausschwingsignal wird nach dem Einbau
des Geräts aufgenommen, und die Funktion wird im Speicher 23 entsprechend der aufgenommenen Ausschwingsignalkurve
optimal eingestellt. Diese Lösung bietet auch die Möglichkeit, die Funktion von Zeit zu Zeit neu
einzustellen, um sie an Änderungen des Ausschwingverhaltens anzupassen, die beispielsweise durch Alterungserscheinungen
verursacht werden.
In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführung des Echolots von Fig. 1 dargestellt, die allen Möglichkeiten in optimaler
Weise Rechnung trägt und insbesondere auch kurzfristige, unvorhersehbare Änderungen des Ausschwingverhaltens
berücksichtigt, wie sie beispielsweise durch Ansatzbildungen, verschiedenartige Füllgüter, Umwelteinflüsse
od. dgl. verursacht werden. Die Ausführungsform von Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen von
Fig. 1 nur durch eine zusätzliche Analyseschaltung 24, die das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers 12 empfängt,
die Kurvenform des Ausschwingsignals analysiert und die Funktion im Speicher 23 entsprechend der jeweils
zuletzt festgestellten Kurvenform einstellt. Die Analyse kann in jedem Meßzyklus oder auch in größeren Zeitabständen
erfolgen.
Insbesondere bei der Ausfuhrungsform von Fig. 3 ist der
Speicher 23 vorzugsweise ein Digitalspeicher, und der Funktionsgenerator 20 sowie die Analyseschaltung 24 sind
entsprechend ausgebildete Digitalschaltungen. Gemäß der modernen Technologie können die Schaltungen 20, 23 und
24 durch einen geeignet programmierten Mikrocomputer gebildet sein.
Die übrigen in der Anordnung von Fig. 1 enthaltenen Schaltungen sind von herkömmlicher, dem Fachmann geläufiger
Art und brauchen daher nicht näher beschrieben zu werden.
Claims (5)
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- 4. November 19 83Endress u. Hauser GmbH u. Co.
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MaulburgUnser Zeichen: E 1149Patentansprüche1.■ Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät mit einem elektroakustischen Wandler, der abwechselnd als Sendewandler für die Aussendung von Schall- bzw. Ultraschallimpulsen und als Empfangswandler für den Empfang der reflektierten Echoimpulse verwendet wird, und mit einer an den Wandler angeschlossenen Schaltungsanordnung für die Verarbeitung der vom Wandler aufgrund der empfangenen Echoimpulse abgegebenen elektrischen Empfangssignale, die einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung und einen dem Verstärker nachgeschalteten Schwellenwert-Diskriminator enthält, gekennzeichnet durch eine Verstärkungssteuerschaltung (20), die während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Beginn jedes Sendeimpulses die Verstärkung des Verstärkers (15) nach einer gespeicherten Funktion steuert, die entsprechend dem Ausschwingverhalten des Wandlers (12) so festgelegt ist, daß die vom Ausschwingen des Wandlers stammenden elektrischen Empfangssignale nach der Verstärkung kleiner als der Schwellenwert des Schwellenwert-Diskri-Lei/Maminators (16) sind und möglichst nahe an diesen Schwellenwert herankommen.2. Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Funktion einstellbar ist.3. Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Analyseschaltung (24), die das Ausgangssignal des Wandlers (12) empfängt, den zeitlichen Verlauf des Ausschwingsignals analysiert und die gespeicherte Funktion entsprechend dem Ergebnis der Analyse einstellt.4. Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuerschaltung (20), der die Funktion enthaltende Speicher (23) und die Analyseschaltung (24) durch einen Mikrocomputer gebildet sind. - 5. Schall- bzw. Ultraschall-Entfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Umschalter (19), der den Verstärkungssteuereingang (15a) des steuerbaren Verstärkers (15) während der vorbestimmten Zeitdauer nach dem Beginn jedes Sendeimpulses mit dem Ausgang der Verstärkungssteuerschaltung (20) und im restlichen Teil jedes Sende/Empfangs-Zyklus mit dem Ausgang einer Verstärkungsregelanordnung (21) verbindet.
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