DE4326170A1 - Optronischer Sichtweitenindikator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sichtweitenindikator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Indikator ist aus der DE 37 35 267 C2 als op­ troelektronische Vorrichtung zur Sichtweitenmessung be­ kannt. Dort ist vorgesehen impulsartige Reflexionen an einer atmosphärischen Streuzone, denen Reflexionen an einer verschmutzten Scheiben überlagert sind, in definierten Zeittoren nach Höhe und Form auszuwerten. Dabei mag zwar der Gedanke bestechend sein, Sichterschwernisse infolge der verschmutzten Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges bei einer Sichtweitenmessung mit zu berücksichtigen. Der Schei­ beneinfluß verfälscht aber die verkehrstechnisch an sich allein maßgeblichen Außenverhältnisse, auf die es bei­ spielsweise ankommt, wenn eine wetterabhängige Verkehrsbe­ schränkung einzuhalten ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen im Vergleich zur Laufzeitmessung apparativ weniger aufwendigen und dadurch preiswerteren, gleichermaßen für stationären und nicht stationären Einsatz geeigneten Sicht­ weitenindikator zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der gattungsgemäße Sichtweitenindikator gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung wird indirekt die Dämpfung gemessen, die ein Strahl und seine Rückstrahlung von einem Streuvolumen beim Durchgang durch getrübte Atmosphäre erfahren, mit De­ finition des Streuvolumens durch den Kreuzungsbereich von Sende-Empfangs-Charakteristiken. Wenn die Rückstrahlinten­ sität von zwei entfernungsmäßig etwas gegeneinander ver­ setzten Volumenelementen gemessen und ins Verhältnis zuein­ ander gesetzt wird, dann kommen die sende- und empfangssei­ tigen Dämpfungseinflüsse beim Durchstrahlen einer im Strah­ lenweg liegenden Scheibe im Ergebnis nicht mehr zum Tragen. Denn die gegebene atmosphärische Trübung dämpft die Ab­ strahlung auf dem Weg zum Streuvolumen und die Rückstrah­ lung vom Streuvolumen bei geringerer Entfernung des Streu­ volumens weniger stark, als bei größerer Entfernung, also bei längerer Strahlstrecke durch das absorbierende Medium; während der Dämpfungseinfluß einer verschmutzten Scheibe unabhängig von der Entfernung des rückstreuenden Volumen­ elementes stets gleich bleibt und sich deshalb bei der Quo­ tientenbildung beider Rückstrahlintensitäten im Ergebnis aufhebt. Allerdings muß durch Anordnung und Ausrichtung der Strahlungsquelle in Relation zum Empfänger hinter der Scheibe dafür Sorge getragen werden, daß kein Streulicht von der Scheibenverschmutzung unmittelbar auf den Empfänger einwirkt. Denn das entspräche der Wirkung stärkerer Re­ flexion am angepeilten Volumenelement und somit einer ge­ ringeren Dämpfung im vorausliegenden Luftraum, ergäbe, also trotz getrübter Atmosphäre ein Intensitätsresultat wie bei klareren Sichtverhältnissen, was den tatsächlichen Verhält­ nissen zuwiderlaufen würde.

Tatsächlich ist nun die Empfangsintensität ein Maß für die Trübung durch Streupartikel im voraus liegenden Luftraum und somit invers zur aktuellen Sichtweite, auch beim Durch­ strahlen einer Sichtscheibe.

Die Auswertung der Rückstrahlintensitäten von gegeneinander entfernungsversetzten rückstreuenden Volumenelementen er­ bringt darüberhinaus den Vorteil, in einer Auswerteschal­ tung zur Ansteuerung beispielsweise eines Warengerätes mit einfachen logischen Schaltungsmitteln Störeffekte eliminie­ ren zu können, die darauf beruhen, daß beispielsweise in einer Kurvenfahrt die Rückstrahlung vorübergehend von einem Baum oder Leitpfosten am Straßenrand bzw. bei zu dichtem Auffahren auf ein Fahrzeug voraus von dessen Heckreflexion herrührt. Denn da Nebel und ähnliche die Sichtweite beein­ trächtigende atmosphärische Trübungen im Streuvolumen-Ver­ satz einiger Dezimeter (einige Meter vor dem ins Fahrzeug installierten Sichtweitenindikator) keine wesentlichen Un­ stetigkeiten zeigen, ist die auf Reflexion an Streuparti­ keln in den durch die Strahlenschnittbereiche angepeilten Volumenelementen beruhende Intensitätsmessung zeitlich im wesentlichen konstant und der Intensitätsunterschied im we­ sentlichen nur durch die doppelte zusätzliche Dämpfung bei verlängerter Laufzeit zum weiter entfernten Volumenelement bestimmt. Wenn dagegen in der Auswerteschaltung plötzlich ein Intensitätssprung, zumal aus nur dem einen beider Volu­ menelemente, festgestellt wird, dann kann es sich nicht um einen Informationsbeitrag zur Sichtweitenbestimmung han­ deln, sondern allenfalls um ein Indiz für ein voraus erfaß­ tes, gegenüber dem angepeilten Volumenelement stärker re­ flektierendes Hindernis. Dementsprechend kann das langsame Auffahren auf einen Vordermann von der Auswerteschaltung dadurch erfaßt und signalisiert werden, daß nacheinander zunächst das entferntere und dann das weniger entfernte Vo­ lumenelement eine sprunghafte Intensitätssteigerung der ge­ messenen Rückstrahlung erbringt.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Be­ schreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispieles zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 im vereinfachten einpoligen Blockschaltbild die prinzipielle Wirkungsweise des erfindungsge­ mäßen Sichtweitenindikators und

Fig. 2 ein Prinzip-Diagramm zur Darstellung der Inten­ sität der Streurückstrahlung in Abhängigkeit von der Sichtweite.

Der skizzierte Sichtweitenindikator 11 kann als stationäres Sichtweiten-Meßgerät eingesetzt sein. Bevorzugt handelt es sich jedoch um ein preiswertes Zusatzgerät zum Einsatz hin­ ter der Windschutzscheibe 12 eines Fahrzeuges, um bei schlechter Sicht in Folge hoher Dichte rückstrahlender Par­ tikel 13 (Nebel, Regen, Staub oder dergleichen) ein Warnge­ rät 14 ansprechen zu lassen und/oder unmittelbar in die Be­ triebssteuerung des Fahrzeuges einzugreifen, insbesondere die maximale Fahrtgeschwindigkeit der reduzierten Sicht­ weite anzupassen.

Dafür ist der Sichtweitenindikator 11 mit einer Strahlungs­ quelle 15 hinter einer reflektiv oder transmissiv fokus­ sierenden Optik 16 ausgestattet. Die Strahlungsquelle 15 wird aus einer Leistungsquelle 17 über eine Steuerschaltung 18 betrieben, die vor allem als Modulator wirkt und dafür einfach als Chopper ausgelegt sein kann. Die gebündelte, entsprechend modulierte Abstrahlung 19 kann kohärentes Licht im sichtbaren oder dicht benachbarten unsichtbaren Bereich des Strahlungsspektrums sein. Allerdings muß die Abstrahlungs-Leistung einer Laser-Strahlungsquelle 15 zur Gewährleistung der Augensicherheit sehr gering sein, wes­ halb im Interesse ausreichender Intensität der Rückstrah­ lung 20 gegebenenfalls eine nicht-kohärente Strahlungs­ quelle 15 etwa in Form einer lichtimitierenden Halbleiter­ diode (LED) zu bevorzugen ist, in die die fokussierende Op­ tik 16 gleich integriert sein kann.

Je schlechter die Sichtverhältnisse, desto mehr rückstreu­ ende Partikel 13 befinden sich in dem Luftraum 21, in den die gebündelte Abstrahlung 19 gerichtet ist, und desto hö­ her ist die Intensität i der von einem Empfänger 22 aufge­ nommenen Rückstrahlung 20. Der ist mit (wenigstens) einem strahlungsangepaßten Detektor 23 zur Umwandlung der Strah­ lungsanregung in ein elektrisches Signal ausgestattet, das mit von der empfangenen Intensität i abhängiger Amplitude in einer Verarbeitungsschaltung 24 verstärkt, erforderli­ chenfalls gefiltert und gegebenenfalls digitalisiert wird. Zum Eliminieren von Fremdlicht-Einflüssen in der Rückstrah­ lung 20 ist vor einem Tiefpaß 26 ein Demodulator 25 vorge­ sehen, der einfach als Multiplizierer oder gar Schalter ausgebildet sein kann, betrieben mit der senderseitigen Chopper-Frequenz aus der Steuerschaltung 18. Wenn die Ver­ arbeitung der empfangenen Rückstrahlung 20 bisher noch im Analogen geschah, folgt ein Analog-Digital-Wandler 27 vor der Auswerteschaltung 28 zum Ansteuern des Warngerätes 14 bei Sichtverhältnissen, die schlechter sind, als über ein Stellglied 29 aktuell als Referenz vorgegeben.

Der Empfänger 22 ist seinerseits mit einer fokussierenden Optik 16 ausgestattet. Die sende- und empfangsseitigen Op­ tiken 16 sind so in Bezug zueinander ausgerichtet, daß die relativ eng gebündelten Sende- und Empfangscharakteristiken sich im vorausliegenden Luftraum 21 in einem Volumenelement 30 schneiden, das so konstruktiv vorgegeben einige Meter vom Sichtweitenindikator 11 entfernt liegt. Wenn in einer Entfernung l1 die Partikelkonzentration groß ist, ist bei gegebener Leistung der Abstrahlung 19 die Rückstrahlungs- Intensität i1 entsprechend groß. Wenn bei sonst gleichen Gegebenheiten die Empfangscharakteristik für die Rückstrah­ lung 20 etwas verschwenkt wird, verlagert sich der Schnitt­ punkt mit der Richtung der Abstrahlung 19 beispielsweise zu einer größeren Entfernung l2. Im dortigen Volumenelement 30.2 ist die zur Streuung führende Abstrahlung 19 wegen des längeren Weges durch den dämpfenden Luftraum 21 geringer, und auch die rückgestreute Strahlung 20 erfährt auf dem längeren Weg durch den mit Partikeln 13 durchsetzten Luft­ raum 21 eine größere Dämpfung, weshalb für größere Entfer­ nung l2 bei sonst gleichen Gegebenheiten im Luftraum 21 der Empfänger 22 eine geringere Intensität i2 liefert, wie im i(1)-Diagramm der Fig. 2 quantitativ veranschaulicht. Die Dämpfungseinfluß der (eventuell sogar verschmutzten) Wind­ schutzscheibe 12 geht in diese Entfernungsabhängigkeit aus geometrischen Gründen praktisch nicht ein; denn die Strecke durch die im Vergleich zur Entfernung l dünne Scheibe 12 ist stets praktisch konstant.

Allerdings sind Strahlungsquelle 15 und Empfänger 22 derart (dicht bzw. abgeschirmt) hinter der Scheibe 12 zu positio­ nieren, daß keine an der Scheibe 12 unmittelbar oder über ihre Verschmutzung reflektierte Strahlung den Empfänger 22 beeinflußt; denn ein solcher optischer Kurzschluß würde verbesserte Sichtbedingungen vortäuschen, so als würde die Abstrahlung 19 den Luftraum 21 ungedämpfter durchdringen und somit eine höhere Energiedichte am Streuvolumen 30 re­ flektieren. Problematisch beim praktischen Einsatz eines solchen Sichtweitenindikators 11 ist allerdings, daß die an einer durchstrahlten Scheibe 12 verschmutzungsabhängig er­ folgende Dämpfung sowohl der Abstrahlung 19 wie auch der Rückstrahlung 20 sehr stark und nicht reproduzierbar schwankt; zumal dann, wenn der Sichtweitenindikator 11 in einem für den freien Ausblick wenig störenden Bereich der Windschutzscheibe außerhalb eines Scheibenwischerbereiches angeordnet wird. Der aktuelle Dämpfungseinfluß der Scheibe 12 wird deshalb dadurch eliminiert, daß in der Auswerte­ schaltung 28 Rückstrahlungen 20.1, 20.2 von zwei entfer­ nungsmäßig und längs der Abstrahlung 19 etwas gegeneinander versetzten Volumenelementen 30.1, 30.2 ins Verhältnis zu­ einander gesetzt werden, deren Rückstrahlungen 20.1, 20.2 auf dem Weg zum Empfänger möglichst denselben Bereich der Scheibe 12 durchqueren. Denn der dann für beide Intensitä­ ten i1, i2 gleiche verschmutzungsabhängige Dämpfungsbeitrag kürzt sich bei der Verhältnisbildung heraus.

Um zum Gewinnen zweier entfernungsversetzter Rückstrahl-In­ tensitäten i1/i2 nicht mit verschwenkbaren Optiken 16 ar­ beiten zu müssen, ist zweckmäßigerweise der Empfänger 22 hinter der gemeinsamen Optik 16 mit zwei etwa quer zur Emp­ fangsrichtung der Rückstrahlung 20 etwas gegeneinander ver­ setzten Detektoren 23.1, 23.2 ausgerüstet. Die liefern dann kontinuierlich Streu-Intensitäten i1, i2 an einen Quotientenbildner in der Auswerteschaltung 28.

Claims (9)

1. Sichtweitenindikator (11) mit optronischem Empfänger (22) für die Rückstrahlung (20) von in getrübte Atmo­ sphäre gerichteter Abstrahlung (19), dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstrahl-Intensität (i) von einem durch den Schnittbereich der Sende- und Empfangscharakteristiken definierten Volumenelement (30) mit rückstreuenden Partikeln (13) erfaßt wird.

2. Sichtweiteindikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstrahl-Intensität (i) von gegeneinander entfernungsversetzten Volumenelementen (30) miteinan­ der verglichen werden.

3. Sichtweiteindikator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auswerteschaltung (28) der Quotient zweier aus versetzten Volumenelementen (30.1, 30.2) herrührenden Rückstrahlintensitäten (i1, i2) gebildet wird.

4. Sichtweiteindikator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß geneigt zur Richtung der Abstrahlung (19) ihrer­ seits gegeneinander geneigte Empfangscharakteristiken zweiter Detektoren (23.1, 23.2) vorgesehen sind.

5. Sichtweiteindikator nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laser-Abstrahlung (19) vorgesehen ist.

6. Sichtweiteindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung (19) einer lichtimitierenden Halb­ leiterdiode vorgesehen ist.

7. Sichtweiteindikator nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (15) und der Empfänger (22) hinter einer Scheibe (12) angeordnet und derart gegen­ einander abgeschirmt sind, daß weder direkte noch an der Scheibe (12) gestreute Abstrahlung (19) auf einen der Detektoren (23) des Empfängers (22) gelangt.

8. Sichtweiteindikator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger (22) zwei etwa quer zur Emp­ fangscharakteristik gegeneinander versetzte Detektoren (23) hinter einer gemeinsamen fokussierenen Optik (16) angeordnet sind.

9. Sichtweiteindikator nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (28) ein Warngerät (14) nach Maßgabe der Vorgabe von einem Ansprech-Stellglied (29) für die Intensität (i) der an getrübten Volumenelemen­ ten (30) voraus gestreuten Rückstrahlung (20) ansteu­ ert.