DE3446477A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur kontinuierlichen beruehrungslosen abstandsmessung - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur kontinuierlichen beruehrungslosen abstandsmessung

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Uwe Dr.-Ing. DDR 8060 Dresden Bernhardt
Reinhard Dr.-Ing. DDR 1170 Berlin Domke
Lutz Dipl.-Ing. DDR 8020 Dresden Simon
Ehrhard Dr.-Ing. DDR 8028 Dresden Winter
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S15/102Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
    • G01S15/108Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics using more than one pulse per sonar period
    • GPHYSICS
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

Titel der Erfindung
Verfahren und Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen berührungslosen Abstandsmessung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung findet bei der berührungsiosen Entfernungsmessung, insbesondere bei der Ra um orientierung von nichtstationären Arbeitsmaschinen, ihre Anwendung.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei bekannten technischen Lösungen der Entfernungsmessung mitteis Ultraschall wird die Laufzeit bzw. die Phasenverschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal gemessen. Dabei wird entweder keine (DD - WP 150 657 und DE - OS 31 01 410) oder nur eine unzureichende (DD - WP 154 182) Bedeutung der Störschaliunterdrückung beigemessen .
Bei den beiden erstgenannten Lösungen erfolgt ein Umschalten des Ultraschallschwingers zwischen Senden und Empfangen, wobei die Laufzeit des Echos als aktueller Zählerstand der Entfernung zum betreffenden Objekt entspricht.
Jedes eintreffende Störsignal mit der gleichen Trägerfrequenz, wie sie in der jeweiligen Schaltungsanordnung verwendet wird, führt zu Meßwertverfäischungen .
Das WP 154 182 hat die Bildung eines langen Impulses als Kennung für das zu übertragende Empfangssignai zum Inhait. Damit erreicht
man jedoch nur eine bedingte Sicherheit auf der Übe rtragun gs stre cke Trifft ein Störsignal mit eben dieser Impulslänge auf, wird auch diese Variante unbrauchbar. Eine akustische Störsignalunterdrückung erfolgt generell nicht.
Jedes akustische Störsignal mit der verwandten Sendefrequenz führt zu falschen Meßwerten.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die zum Stand der Technik genannten Mängel zu beseitigen und eine kontinuierliche, gegenüber Störschail unempfindliche, Uitraschaiiabstandsmessung zu gewährleisten.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein neuartiges Verfahren zur berührungsiosen Abstandsmessung eine Schaltungsanordnung zur Raum Orientierung mitteis Ultraschall unter Verwendung bekannter elektronischer Baugruppen zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine definierte Anzahl von Uitraschaflimpuisen mit definiertem Tastverhältnis gesendet, die vom Hindernis reflektierten Ultraschailimpulse bei Vorhandensein des gleichen Tastverhältnisses gezählt und bei Erreichen einer vorgewählten Impulsanzahf die jeweiligen Entfemungswerte zum Hindernis nach der an sich bekannten Laufzeitmessung ermittelt werden. Erfindungsgemäß steht ein Generator über einen Frequenzteiler für die Modultationsfrequenz mit einem Tor in Verbindung, welches über einen Verstärker zusammen mit dem Ausgang eines vom Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz und von einem Mikrorechner über einen Impulszähler angesteuerten Sende-Empfangs-Triggers auf ein Sende-Tor geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Sende-Empfangs-Tor für die x-Koordinate, dem Sende-Empfangs-Tor für die y-Koordinate und dem Empfangs-Tor in Verbindung steht, wobei die Sende-Empfangs-Tore, welche über einen Schwellwertschalter vom Mikrorechner angesteuert werden, mit jeweils einem Uitraschallwandier und das Empfangs-Tor mit dem negierten Ausgang des Sende-Empfangs-Triggers schaltungstechnisch verknüpft sind.
Der Ausgang des Empfangs-Tores ist über einen Selektivverstärker, Demodulator und Empfangsimpuiszähier mit dem Mikrorechner und dem Stopp-Eingang eines Entfe mungszählers, dessen Start-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Modulationsfrequenz und Takt-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Trägerfrequenz in Verbindung steht, zusammengeschaltet ist, wobei die Datenausgänge des Entfemungszähiers und ein externer Grenzwertgeber ebenfalls mit dem Mikrorechner in Verbindung stehen.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung basiert auf dem Aussenden einer impulsdauermoduiierten Trägerfrequenz, die der Resonanzfrequenz des Schailwandlers entsprechen muß. Sofort nach dem Senden wird der Schailwandler auf Empfang geschaltet. Eine definierte Anzahl der bekannten Sendeimpulsanzahl muß empfangen werden, um aus der Laufzeit des Schailsignales die Entfernung des Sensorsystems von der reflektierenden Fläche, präsentiert durch den aktuellen Zählerstand, weicher dem Rechner übergeben wird, berechnen zu können. Sobald die Entfernung in einer Koordinate bestimmt wurde, schaltet der Mikrorechner über einen Schwellwertschalter den Schallwandler für die soeben ermittelte Koordinate ab und spricht den Ultraschall wandler für die andere Koordinate an. Das Sende- und das Empfangs-Tor ist dabei für die jeweilige Koordinaten wahl verantwortlich.
Durch einen Generator wird über einen Frequenzteiler das Trägerfrequenzsignal gebildet, weiches durch ein Tor,über einen weiteren Frequenzteiler angesteuert, impulsmoduliert wird. Das Trägerf requenzsignal dient gleichzeitig als Taktbereitstellung für den Entfemungszähler. Mit einem Impulszähler, der voreingestellt werden kann, wird nach der gewünschten Sendeimpulsanzahl über einen Sende-Empfangs-Trigger von Senden auf Empfangen umgeschaltet. Für die notwendige Sendeleistung sorgt ein Verstärker. Das Empfangssignal gelangt über einen Seiektivverstärker, welcher auf die Trägerfrequenz abgestimmt ist, auf einen Demodulator und startet einen Empfangsimpuiszähier. Bei Erreichen der erforderlichen Impulsanzahi wird der Entfemungszähler gestoppt und über das READY-Signal dem Rechner das Anstehen eines neuen Zählerstandes angezeigt. Der Rechner übernimmt den Zählerstand zwecks Umrechnung desselben in den analogen Entfernungswert und quittiert durch das Signal" RESET für alle Zähler bzw. eventuell die Umschaltung der Koordinate.
Die Erfindung sod nachstehend an einem Ausführungsbeispiei näher erläutert werden.
Die zugehörige Figur zeigt die erfin dungs gemäße Schaltungsanordnung. Mit einem Quarzgenerator 1 wenden über die Frequenzteiler 2 und 3 die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz bereitgestellt. Beide Frequenzen gelangen auf ein Tor 9, weiches über einen Verstärker 10 zusammen mit dem Ausgang eines vom Frequenzteiler für die Modulation sfrequenz 3 und von einem Mikrorechner 18 über einen Impulszähler 4 angesteuerten Sende-Empfangs-Triggers 5 auf ein Sende-Tor 6, dessen Ausgang mit dem Sen de -Em ρ fangs -Tor für die x-Koordinate 7, dem Sende-Empfangs-Tor für die y-Koordinate 12 und dem Empfangs-Tor 11 in Verbindung steht. Die Tore 6, 7, 11 und 12 werden vorzugsweise durch Zweiweg-Optokoppier gebildet. Die Sende-Empfangs-Tore 7 und 12, welche über einen Schwellwertschalter 19 vom Mikrorechner 18 angesteuert werden, sind mit jeweils einem Ultraschallwandler 8, 13 gekoppelt. Das Empfangs-Tor 11 ist mit dem negierten Ausgang des Sende-Empfangs-T riggers 5 verbunden, wobei der Ausgang des Empfangs-Tores 11 über einen Selektivverstärker 14, Demodulator 15 und Empfangsimpuiszähier 16 mit dem Mikrorechner 18 und dem Stopp-Eingang eines Entfemungszählers 17 zusammengeschaltet ist. Der Start-Eingang des Entfemungszähiers 17 ist mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Modulationsfrequenz und der Takt-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Trägerfrequenz 2 schaltungstechnisch verknüpft, wobei die Datenausgänge des Entfemungszähiers 17 und ein externer Grenzwertgeber 20 ebenfalls mit dem Rechner 18 in Verbindung stehen. Der externe Grenzwertgeber 20 wird vorzugsweise durch einen taktii arbeitenden Abstandssensor gebildet.
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Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen
1 Generator
2 Frequenzteiler für Trägerfrequenz
3 Frequenzteiler für Modulationsfrequenz
4 Impulszähler
5 Sende-Empfangs-Trigger
6 Sende-Tor
7 Sende-Empfangs-Tor für x-Koordinate
8 Ultraschaliwandier
9 Tor
10 Verstärker
11 Empfangs-Tor
12 Sende-Empfangs-Tor für y-Koordinate
13 Ultraschallwandler
14 Selektivverstärker
15 Demodulator
16 Empfangsimpulszähler
17 Entfemungszähier
18 Mikrorechner
19 Schwellwertschalter
20 externer Grenzwertgeber

Claims (2)

1. Verfahren zur kontinuierlichen berührungsiosen Abstandsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß eine definierte Anzahl von Ultraschaliimpulsen mit definiertem Tastverhältnis gesendet, die vom Hindernis reflektierten Ultraschaliimpulse bei Vorhandensein des gleichen Tastverhältnisses gezählt und bei Erreichen einer vorgewählten Empfangsimpuisanzahi die jeweiligen Entfemungswerte zum Hindernis nach der an sich bekannten Laufzeitmessung ermittelt werden .
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (1) über einen Frequenzteiler für die Trägerfrequenz (2) und einen Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz (3) mit einem Tor (9) in Verbindung steht, welches über einen Verstärker (10) zusammen mit dem Ausgang eines vom Frequenzteiler für die Modulationsfrequenz (3) und von einem Mikrorechner (18) über einen Impulszähler (4) angesteuerten Sende-Empfangs-Triggers (5) auf ein Sende-Tor (6) geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Sende-Empfangs-Tor für die x-Koordinate (7), dem Sende-Empfangs-Tor für die y-Koordinate (12) und dem Empfangs-Tor (11) in Verbindung steht, wobei die Sende-Empfangs-Tore (7, 12), weiche über einen Schwellwertschalter (19) vom Mikrorechner (18) angesteuert werden, mit jeweils einem Ultraschallwandler (8, 13) und das Empfangs-Tor (11) mit dem negierten Ausgang des Sen de-Empfangs-Triggers (5) schaltungstechnisch verknüpft sind und daß der Ausgang des Empfangs-To res (11) über einen Seiektivverstärker (14), Demodulator (15) und Empfangsimpuiszähier (16) mit dem Mikrorechner (18) und dem Stopp-Eingang eines Entfernungszähiers (17), dessen Start-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Modulationsfrequenz (3) und Takt-Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers für die Trägerfrequenz (2) in Verbindung steht, zusammengeschaltet ist, wobei die Datenausgänge des Entfemmgszählers (17) und ein externer Grenzwertgeber (20) ebenfalls mit dem Mikrorechner (18) in Verbindung stehen.
- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -
DE19843446477 1984-04-17 1984-12-20 Verfahren und schaltungsanordnung zur kontinuierlichen beruehrungslosen abstandsmessung Withdrawn DE3446477A1 (de)

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