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Die vorliegende Erfindung liegt im
Bereich der Sensorik mit Fotozellen für Anwendungen, wo es beispielsweise
notwendig ist, den Zustand einer Oberfläche, die sich relativ zu der
Fotozelle bewegt, zu beobachten, auf Grund der Reflexion der Wellen, die
von der Fotozelle auf diese Oberfläche ausgesendet und von ihrem
Empfänger
erfasst werden.
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Die Anwendungen, die diesen Typ von
Fotozellen einsetzen, sind jedoch auf Arbeitsbedingungen in einem
geschützten
Milieu beschränkt,
worin die Parameter, wie die Umgebungsbedingungen, die Stabilität der anvisierten
Oberfläche,
gut beherrscht werden.
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Man kennt bereits eine Sensorvorrichtung, wie
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben (s. beispielsweise EP-A-0484270).
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Um die oben angegebenen Probleme
zu lösen,
sah man gemäß der Erfindung
eine Vorrichtung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben,
vor, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
außerdem
einen Richtaufsatz umfasst, der in der Verlängerung des optischen Aufsatzes
angeordnet ist, wobei der Richtaufsatz den Schutz besagten wenigstens
einen Fensters und/oder Linse und/oder optischen Systems zum Schutz
und zur Dichtheit vor Fremdprojektionen sicherstellt und einen Nutzarbeitsbereich,
eine Beobachtungsrichtung und eine Arbeitsempfindlichkeit der Fotozelle
definiert, und dadurch, dass besagtes wenigstens eine Fenster und/oder
Linse und/oder optisches System zum Schutz und zur Dichtheit in
einer festgelegten Entfernung in Bezug auf besagten wenigstens einen Sender
und auf besagten wenigstens einen Empfänger der Fotozelle montiert
ist, um den Durchgang der ausgesendeten und reflektierten Wellen
durch besagtes wenigstens eine Fenster und/oder Linse und oder optische
System zum Schutz und zur Dichtheit zu optimieren.
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Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den Nebenansprüchen angegeben.
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Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung inbegriffen und ist
insbesondere in den Ansprüchen
im Anhang angegeben.
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Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden
in Formen der besonderen Ausführung
beschrieben, wobei man sich auf die Abbildungen im Anhang bezieht,
worin:
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die 1 die
Fotozelle in ihrer Schutzeinfassung mit dem optischen Aufsatz und
dem Richtaufsatz in der Verlängerung
darstellt,
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die 2 die
in einer doppelten Schutzeinfassung angebrachte Fotozelle darstellt,
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die 3 eine
Fotozelle mit einem optischen Aufsatz, der zwei Schutzfenster hat,
darstellt,
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die 4 zwei
nebeneinander angeordnete Fotozellen in der gleichen Schutzeinfassung,
die durch einen optischen Aufsatz und einen Richtaufsatz verlängert ist,
darstellt,
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die 5 eine
Markierung am Boden darstellt, die für die Bezeichnung eines Fußgängerwegs spezifisch
ist.
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Die Erfindung umfasst eine Schutzeinfassung,
die die Fotozelle(n) mit ihrem Sender e und/oder ihrem dazugehörigen Empfänger r umschließt (1A Indices e und r).
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Wenn die Senderzelle von der Empfangszelle
unabhängig
ist, muss man einen zusätzlichen Schirm
vorsehen, der eine Schutzeinfassung für die Senderzelle und eine
Schutzeinfassung für
die Empfangszelle bildet (1A gepunktete
Linie zwischen e und r); wobei diese an verschiedenen, voneinander entfernten
Orten angebracht sein können.
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Diese Schutzeinfassung ist an ihrem
oberen Teil mit einem Deckel, mit einem oder mehreren Kabeldurchlässen oder
Stopfbuchsen, die die Durchführung
des oder der Kabel der Fotozelle ermöglichen, mit einer dichten
Verbindung oder mit einem Stopfen für die etwaige Durchführung des
Mittels, das die Einstellung der Empfindlichkeitsschwelle der Fotozelle ermöglicht,
versehen.
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Die Innenwände dieser Schutzeinfassung
A sind vorzugsweise für
die Wellen der Fotozelle(n) nicht reflektierend.
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Diese Schutzeinfassung A wird durch
einen optischen Aufsatz B verlängert,
der mit der Schutzeinfassung A am Ausgang des Senders e und des Empfängers r
der Fotozelle verbunden ist. Man kann dort eine quer verlaufende
Wand anbringen, die die Schutzeinfassung A von dem optischen Aufsatz
B trennt Diese Wand ist vorzugsweise für die Strahlen der Fotozelle
undurchlässig,
wobei sie nur deren Sender- und Empfängerausgang zutage treten lässt (1A Index P). Eine dünne Trennwand
Ea, die für die
Wellen der Fotozelle undurchlässig
ist, verhindert die Reflexion der ausgesendeten Wellen in Richtung auf
den Empfänger
r während
diese den optischen Aufsatz durchlaufen (1B Index Ea). Diese Trennwand Ea kann
einen inneren Schirm verlängern,
der im Innern der Fotozelle selbst den Sender e von dem Empfänger r trennt.
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Diese Trennwand Ea ist parallel zur
optischen Achse des Senders e und des Empfängers r der Fotozelle und trifft
auf ein ebenes Fenster F, das für
die Strahlen der Fotozelle transparent ist (1B Index F).
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Dieses Fenster F sorgt für die Dichtheit
des optischen Aufsatzes B und der Schutzeinfassung A; es kann auch
als Filter für
die Strahlung der Fotozelle sowohl am Sender e als auch am Empfänger r dienen.
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Dieses Fenster F wird in einer vorzugsweise schrägen Ebene
in Bezug auf die optische Achse des Senders e und des Empfängers r
der Fotozelle angebracht, die durch den Winkel a gekennzeichnet
ist (1B Index a). Es
ist auch wünschenswert,
dass diese schiefe Ebene die Position des Senders e und des Empfängers r
berücksichtigt,
indem sie eine solche Mantellinie der schiefen Ebene aufweist, dass
sie parallel zu der Geraden ist, die die optischen Zentren des Senders
e und des Empfängers
r verbindet. In den 1, 2 und 4 muss man also die Ebene des Fensters
F um 90° um
die optische Achse des Senders e und des Empfängers r herum drehen, um der oben
beschriebenen Konfiguration zu entsprechen.
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Die 1, 2 und 4 zeigen besser die Positionierung der
Trennwände
Ea, Eb, Ec in Bezug auf den Sender e und den Empfänger r der
Fotozelle.
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Jedoch ist es möglich, die Positionierung des Fensters
F, wie in den 1, 2 und 4 angegeben, in Gegenwart der Trennwände Ea und
Eb beizubehalten.
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Die Entfernung u (1B Index u), die dieses Fenster F von
der Fotozelle selbst trennt, ist ein Parameter, der so geartet ist,
dass er das Verhalten der Foto zelle beeinflusst. Es gibt demzufolge
eine optimale Position, die in Abhängigkeit von den Merkmalen
der Fotozelle einzuhalten ist.
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Man kann vorsehen, dort auf einer
oder auf beiden Seiten dieses Fensters F eine Antibeschlags-, Antireflex,
Antihaft- und Filterbeschichtung abzuscheiden.
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Es ist auch möglich, Filter Se im optischen Feld
des Senders e sowie Filter Sr im optischen Feld des Empfängers r
hinzuzufügen
(1B Indizes Se und Sr).
Diese Filter Se, Sr müssen
auch durch die Trennwand Ea getrennt sein.
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Die Trennwand Eb (1B Index Eb) durchquert vorzugsweise
das Fenster F und kann sich über das
Fenster F hinaus verlängern,
um eine getrennte Kammer für
die ausgesendeten Wellen und die reflektierten Wellen in diesem
Bereich zu schaffen. Jedoch kann man die Durchführung der Trennwand Eb mittels
einer für
die Strahlen der Fotozelle undurchlässigen Schicht, die in die
Dicke des Fensters F am gewünschten
Ort eingefügt
wird, realisieren.
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Das Fenster F kann auch in einer
zur optischen Achse des Senders e und des Empfängers r senkrechten Ebene angebracht
sein, unter der Bedingung, dass man wenigstens die Trennwand Ea verwendet.
In jeder der beiden so gebildeten Kammern zwischen der Fotozelle
und dem Fenster F oder in einer von ihnen kann man gegebenenfalls
eine Linse oder ein optisches System Le, Lr unterbringen, um den
Betrieb der Fotozelle an einen Arbeitsabstand anzupassen, der von
den Verwendungsbedingungen abhängig
ist (1B).
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Die Dichtheit und der Schutz der
Schutzeinfassung A und des optischen Aufsatzes B wird durch das
Fenster F sichergestellt.
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Die Linsen oder das optische System
Le, Lr können
auch für
den gleichen Schutz und die gleiche Dichtheit sorgen unter der Bedingung,
dass man wenigstens eine Trennwand Ea verwendet.
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Das Fenster F kann sich gegebenenfalls
trüben
und verschiedenartig bespritzt werden, ohne dass die auf den Wänden des
Fensters F reflektierten Wellen den Betrieb des Empfängers r
der Fotozelle stören.
Selbst ohne Trennwand Ea, Eb folgen die ausgesendeten Wellen, die
im Kontakt mit diesem Fenster F wegen einer Abscheidung von Fremdkörpern auf
seiner Oberfläche
(Kondensation, Wasser-, Schlammspritzer usw...) reflektiert werden
könnten, einer
schrägen
Richtung, die sie aus der Reichweite des Empfängers r der Fotozelle bringt,
um dann von den Wänden
des optischen Aufsatzes B absorbiert zu werden. Die Trennwände Ea,
Eb verstärken
noch die Trennung des optischen Wegs des Senders e und des Empfängers r
bis zum Ausgang des Fensters F.
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Wenn der Schutz und die Dichtheit
von einer Linse oder einem optischen System Le, Lr sichergestellt
werden, müssen
die Linsen Le, Lr in einer zu den optischen Achsen des Senders e
und des Empfängers
r senkrechten Ebene angebracht sein, was die Gegenwart der Trennwand
Ea und gegebenenfalls der Trennwand Eb erfordert.
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Im Fall der Montage der Fotozelle
auf einem Fahrzeug, das für
den chemischen Transport bestimmt ist, ist es notwendig, eine doppelte
Schutzeinfassung der Fotozelle vorzusehen, wenn der Körper der
Fotozelle ursprünglich
nicht selbst dicht ist.
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Wie man es in der 2 sieht, haben die Einfassung A und der
optische Aufsatz B eine doppelte Wand A1, A2 und B1, B2 und man
kann zwei parallel angeordnete Fenster F1 und F2 verwenden, die
von der Trennwand Eb durchquert werden; wobei eines der Fenster
F1 eine dichte Verbindung mit der Kammer B2, die innen angeordnet
ist, bildet, und das andere Fenster F2 eine dichte Verbindung mit
der Kammer B1, die außen
angeordnet ist, bildet.
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Es ist möglich, auch eine Blende Te
in den optischen Weg des Senders e und/oder eine Blende Tr in den
optischen Weg des Empfängers
r der Fotozelle einzuführen,
um deren Empfindlichkeitsniveau einzustellen; wobei diese Blende(n)
durch die Trennwand Ea getrennt sind (1B Indizes
Te, Tr).
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Ein Richtaufsatz C (1C) verlängert den optischen Aufsatz
B, um das Fenster F oder die Linsen oder das optische System Le,
Lr gegen etwaiges Bespritztwerden zu schützen. Seine Länge und
sein Querschnitt bestimmen auch den Querschnitt der Nutzoberfläche, die
von der Fotozelle kontrolliert wird. Die Innenwand des Richtaufsatzes
C ist vorzugsweise für
die Wellen der Fotozelle nicht reflektierend. Wenn man jedoch eine
Trennwand Ec (1C Index
Ec) in dem Richtaufsatz C in Verlängerung der Trennwand Eb anbringt,
kann man zwei getrennte Kammern bilden, eine für die ausgesendeten Wellen, die
andere für
die reflektierten Wellen. Indem man den Winkel b dieser Trennwand
Ec in Bezug auf die optische Achse des Senders e und des Empfängers r
der Fotozelle ändert,
verändert
man den Durchgangsquerschnitt der ausgesendeten und reflektierten
Wellen, was ein bequemes Mittel zum Einstellen der Empfindlichkeit
der Fotozelle ergibt (1C Index
b). Die Höhe
v der Trennwand Ec bestimmt auch einen Durchgangsquerschnitt für die Wellen
der Fotozelle und kann folglich als ein zusätzliches Element zum Einstellen
der Empfindlichkeit der Fotozelle betrachtet werden.
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Dank der Trennwand Ec ist es demzufolge möglich, den
Durchgangsquerschnitt der ausgesendeten und reflektierten Wellen
an jeder beliebigen Stelle des Richtaufsatzes C in Abhängigkeit
von der Höhe
v der Trennwand Ec abzublenden (1C Index
c).
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Die Höhe h (1 C Index h) kann auch dazu dienen, den
Nutzquerschnitt der von der Fotozelle anvisierten Oberfläche zu bestimmen,
wobei gleichzeitig eine Einstellung der Empfindlichkeitsschwelle
der Fotozelle vorgenommen wird.
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Indem der Richtaufsatz C und seine
optische Achse in Bezug auf die Beobachtungsfläche sinnvoll geneigt werden,
ist es möglich,
die Wellen, die direkt an dieser Oberfläche reflektiert werden (Spiegeleffekt),
zu eliminieren, um sie aus der Reichweite des Empfängers r
der Fotozelle zu bringen, der nur die Wellen in diffuser Reflexion
erfasst. Der Neigungswinkel c (1,
Index c) hängt
von dem Abstand, der den Richtaufsatz C von der Beobachtungsoberfläche trennt,
der Höhe
h (1C Index h) und dem
Querschnitt des Richtaufsatzes C ab. Dieser Winkel c wird auch von
der Höhe
v der Trennwand Ec beeinflusst.
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Der Neigungswinkel c (1, Index c) muss die Merkmale
der für
die diffuse Reflexion empfindlichen Fotozelle und die Menge an Wellen
in direkter Reflexion berücksichtigen,
die man am Empfänger
r je nach den Umgebungsbedingungen, die das Reflexionsvermögen der
anvisierten Oberfläche
verändern
können
(Regen), tolerieren kann.
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Wenn man die Leistungen der Fotozelle
in diffuser Reflexion erhöhen
will, kann man die Höhe
h des Richtaufsatzes C vergrößern, wobei
man darauf achtet, eine Innenwand dieses Richtaufsatzes C zu wählen, die
die Wellen der Fotozelle gut reflektiert.
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Ein Drehen der Trennwände Ea,
Eb, Ec um sich selbst ist auch ein Mittel zum Einstellen der Empfindlichkeit
der Fotozelle; wobei diese Empfindlichkeit maximal ist, wenn die
Ebene der Trennwände
Ea, Eb, Ec senkrecht zu der Ebene ist, die von der optischen Achse
des Senders e und des Empfängers
r der Fotozelle bestimmt wird.
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Wenn man die Fotozelle in einer heißen Umgebung
anbringt, ist es möglich,
die Schutzeinfassung durch ein Kühlmittel
zu kühlen
und ein für
die Strahlen der Fotozelle transparentes Medium zwischen zwei parallelen
Fenstern F1, F2, die durch eine Trennwand Eb getrennt sind, zirkulieren
zu lassen (3 Indizes
F1, F2). Das äußere Fenster
F2 kann gegebenenfalls aus Quarz sein, um ein hohes Temperaturniveau
vertragen zu können.
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Bei vielen Anwendungen ist es möglich, ein gutes
Funktionieren der Fotozelle mittels eines einzigen schrägen Fensters
F sicherzustellen, das die Dichtverbindung mit der Kammer B bildet,
ohne weder irgendeine Trennwand Ea, Eb, Ec noch Linsen oder ein
optisches Systeme Le, Lr zu verwenden.
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Man kann auch mehrere Fotozellen
in einer gleichen Schutzeinfassung anbringen, indem man die Sender
e von den Empfängern
r durch mit einem Fenster F kombinierte Trennwände E trennt (4 Indizes E, F).
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Die Schutzeinfassung A, der optische
Aufsatz B und der Richtaufsatz C sind auch in geschütztem Milieu
geeignet, weil sie eine Vorrichtung zum Einstellen der Empfindlichkeit
durch eine Blende und eine optische Vorrichtung besitzen, die es
ermöglicht, den
trennenden Abstand zwischen der Fotozelle und der reflektierenden
Nutzoberfläche
zu berücksichtigen.
Sie sind Gewähr
für ein
gutes permanentes Funktionieren der Fotozelle, selbst wenn eine
vorübergehende
Störung
des Umgebungsmilieus auftritt.
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Die in der Erfindung vorgeschlagene
Vorrichtung ermöglicht
es, das Anwendungsfeld dieser Fotozellen beträchtlich zu vergrößern.
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Dank der Schutzeinfassung, des optischen Aufsatzes
und des Richtaufsatzes wird es nämlich möglich, die
Fotozelle in einem instabilen Außenmilieu anzubringen, wo die
Umgebungsbedingungen, wie: Feuchtigkeit, Temperatur, Beleuchtung,
Sauberkeit, ständig
schwanken können.
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Insbesondere dank des optischen Aufsatzes wird
es auch möglich,
die Wellen in direkter Reflexion von den Wellen in diffuser Reflexion
zu trennen, die, herkommend von einer anvisierten Oberfläche, die selbst
den variablen Bedingungen einer instabilen Umgebung unterworfen
ist, von dem Empfänger
der Fotozelle erfasst werden.
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So kann beispielsweise dieser Typ
von Fotozelle, die in ihrer Schutzeinfassung angebracht ist, die
mit dem optischen Aufsatz und dem Richtaufsatz ausgestattet ist,
an Bord eines Fahrzeugs genommen werden, um die Fahrbahn oder ihre
unmittelbare Nachbarschaft (Seitenstreifen, Annäherung eines anderen Fahrzeugs)
zu beobachten, oder auf einem Blindenstock angebracht werden, um
einem Blinden bei seinen Bewegungen zu helfen, oder auf Eisenbahnmaterial,
um die Signalzeichen bei großer
Geschwindigkeit aufzufangen usw.
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Anwendungsbeispiele
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Beispiel 1
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Installation
der Sensorvorrichtung mit Fotozellen auf einem Straßenfahrzeug
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Wie es bereits in WO 97/17686 beschrieben wird,
ist es möglich,
eine oder mehrere Sensorvorrichtungen mit so geschützten Fotozellen
auf Straßenfahrzeugen
zu verwenden, um die Markierungen am Boden der verschiedenen Arten,
die Ränder
und Seitenstreifen der Straßen
oder die Gegenwart von anderen Fahrzeugen oder Leitplanken zu unterscheiden.
Das korrekte Ablesen der von den Fotozellen erfassten Signale wird
an Bord des Fahrzeugs aufgezeichnet und in eine elektronische Einheit
befördert, um
dem Fahrer oder dem Fahrzeug die Nutzanweisungen, die aufgenommen
wurden, zu übermitteln.
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Beispiel 2
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Installation
der Sensorvorrichtung mit Fotozellen auf Eisenbahnmaterial
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Indem man eine oder mehrere Sensorvorrichtungen
mit Fotozellen auf Eisenbahnmaterial installiert, ist es möglich, kodierte
Meldungen bei hoher Geschwindigkeit mittels Schildern, die reflektierende Abschnitte
im Wechsel mit absorbierenden Abschnitten gemäß einem kodierten System aufweisen,
aufzufangen. Die von den Zellen beim Vorbeifahren des Zuges erfassten
Meldungen werden durch eine elektronische Einheit dem Fahrer in
Form von akustischen Signalen und Leuchtsignalen und auch der Steuerung
des Zugs selbst übermittelt,
um entsprechende automatische Funktionen auszulösen. Man kann beispielsweise
diese Schilder senkrecht am Rand der Schienen in einer gewissen
Höhe aufstellen,
wo es möglich
ist, sie einfach zu schützen.
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Man kann auch aus der Ferne variierbare Schilder
vorsehen, so dass zu jedem Zeitpunkt verschiedene Meldungen übermittelt
werden. Um diese Variation zu erhalten, ist es ausreichend, beispielsweise
mit einer etwaigen Fernbedienung den einen oder den anderen der
anfänglich
reflektierenden Abschnitte durch absorbierende Abschnitte zu ersetzen.
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Man kann auch zwei oder mehrere in
verschiedenen Höhen
angebrachte Schilder kombinieren, die von zwei oder mehreren Sensorvorrichtungen
mit Fotozellen, die gegenüber
diesen angebracht sind, während
der Fahrt des Eisenbahnzugs gesehen werden. Die Anzahl an Meldungen,
die so dem Fahrer oder der Maschine übermittelt werden können, ist
quasi unbegrenzt, wobei gleichzeitig weniger Abschnitte benötigt werden,
um die kodierten Informationen zu erstellen.
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Beispiel 3
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Installation der Sensorvorrichtung
mit Fotozellen auf verschiedenen Transportmitteln oder Hebegeräten (Baustellen,
Häfen,
Fabriken usw...).
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Es ist möglich, eine oder mehrere Sensorvorrichtungen
mit Fotozellen auf Transportmaterial und Hebematerial, die für Fabriken,
Häfen,
Baustellen bestimmt sind, zu installieren, um den Fahrern Wegstrecken
am Boden, die mit Markierungen in reflektierender Farbe aufgezeichnet
sind, anzugeben. Es ist auch möglich,
dem Fahrer oder den Geräten
selbst zahlreiche zusätzliche
Meldungen zu übermitteln,
indem man ein oder mehrere Schilder mit geeigneten Abschnitten,
kombiniert mit einer oder mehreren Sensorvorrichtungen mit Fotozellen,
die auf diesen Geräten
befestigt sind, verwendet (Hubniveau usw...).
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Beispiel 4
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Installation der Sensorvorrichtung
mit Fotozellen gegenüber
von einer Rotationsachse oder einem Rad, um deren Rotationsgeschwindigkeit
zu messen
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Es reicht in der Tat, auf dem Rad
oder auf der Rotationsachse einen oder mehrere reflektierende Abschnitte
im Wechsel mit einem oder mehreren absorbierenden Abschnitten anzubringen,
die von der gegenüber
von diesen Abschnitten angebrachten Sensorvorrichtung mit Fotozellen
gezählt
werden können.
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Beispiel 5
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Installation der Sensorvorrichtung
mit Fotozellen auf einem Blindenstock für Blinde
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Es ist möglich, eine oder mehrere Sensorvorrichtungen
mit Fotozellen auf einem Blindenstock zu montieren, um einem Blinden
bei seinen Bewegungen zu helfen.
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Diese Fotozellen sind demzufolge
für jede Farbe
oder jedes reflektierende Material empfindlich, die am Boden angebracht
sind und einen Weg, dem mit dem ausgerüsteten Stock gefolgt werden
soll, bezeichnen.
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Ein am Boden oder an anderen Orten
angebrachtes kodiertes System kann an den neuralgischen Stellen
(Kreuzungen, Bahnhofseingänge usw...)
alle Informationen, die man im Verlauf seiner Bewegung brauchen
könnte,
bestimmen.
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Ein durch hellfarbige Striche definierter
Weg kann leicht identifizierbar gemacht werden, indem man die Linien,
die gegebenenfalls verschiedene Breiten haben, verdoppelt (5 Index A) oder indem man
sie beispielsweise mittels regelmäßig angeordneter absorbierender
Zonen unterteilt (5 Index
B).
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Die von den Fotozellen erfassten
Meldungen können
mit einer elektronischen Einheit in akustische Signale (Schallgeber,
gesprochene Meldungen usw..) oder digitale Meldungen (Vibrationen, Braille-Schrift,
usw...) übersetzt
werden.