DE845107C - Verfahren zur Kontrolle von bewegten Objekten nach dem Rueckstrahlprinzip durch impulsweises Aussenden und Wieder-empfangen von Schwingungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Kontrolle von bewegten Objekten nach dem Rückstrahlprinzip durch impulsweises Aussenden und Wiederempfangen von Schwingungen Nach hekannten \'erfahren zur Feststellung bewegter Objekte werden kurzzeitig hochfrequente Schwingungsimpulse ausgesandt und wiederempfangen. Die Entfernung kann aus der Laufzeit dieser Impulse ermittelt werden. Bei geringer Entfernung ist es schwierig, die sehr schwachen Empfangsimpulse von den starken Sendeimpulsen zu trennen, weil sie sich teilweise überdecken. I)ie Feststellung l)essegter Objekte wird häufig wesentlich erschwert durch die Rückstrahlung fester Körper, welche sich iI1 der Umgebung der nachzuweisenden Objekte t)efl0delI.
• Nach anderen bekannten Verfahren werden hochfrequente Schwingungen konstanter Frequenz und Amplitude nach dem festzustellenden bewegten Objekt ausgesandt und wiederempfangen, wobei zwischen der Frequenz der wiederempfangenen Schwingung und der Frequenz der Sendeschwingung eine Frequenzdifferenz auftritt, welche nach dem bekannten Dopplereffekt proportional der Geschwindigkeit des reflektierenden Ohjekts ist.
• Bei diesem Verfahren ist die Sendeamplitude erheblich kleiner als bei der Impulstastung, so daß auch die entsprechenden Empfangssignale verhält- nismäßig schwach sind und bei größeren Entfernungen nicht mehr dazu ausreichen, eine genaue Messung derselben durchzuführen.
• Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Kontrolle bewegter Objekte nach dem Rückstralhlprinzip durch impulsweises Aussenden und Wiederempfangen von hochfrequenten akustischen oder elektromagnetischen Wellen konstanter Frequenz, bei welchem erfindungsgemäß die Schwingungsfrequenz der wiederempfangenen Impulse mit der Frequenz der Sendeschwingung verglichen wird, wobei bei diesem Vergleich Impulse gebildet werden, deren Höhe mit der Differenzfrequenz der vergl ichenen Schwingungen schwankt. Der Vergleich der Schwingungen kann durch Addition derselben und nachfolgende Gleichrichtung der entstehenden Summenspannung oder nach produktbildenden Verfahren erfolgen.
• Im folgenden werden nun an Hand der Fig. I bis 3 einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens erläutert. Es muß dabei grundsätzlich zwischen der Aussendung von Langimpulsen und der Aussendung von Kurzimpulsen unterschieden werden.
• Unter Langimpulsen sind solche zu verstehen, deren Dauer größer als die maximale Laufzeit der reflektierten Impulse ist, so daß sich die getasteten Sendeimpulse mit den reflektierten wiederempfangenen Impulsen zeitlich teilweise überdecken. Es können somit die direkt auf die Empfangseinrichtung übertragenen getasteten Impulse mit den reflektierten Impulsen verglichen werden. Die Verhältnisse sind in der Fig. 1 dargestellt, wo mit il-iS der zeitliche Verlauf der im Sender getasteten Impulse und mit il'-is' der zeitliche Verlauf der entsprechenden reflektierten Impulse angedeutet ist.
• Unter Kurzimpulsen sind Impulse zu verstehen, deren Dauer kleiner als die maximale Laufzeit der reflektierten Impulse ist, so daß sich die reflektierten wiederempfangenen Schwingungsimpulse zeitlich nicht mit den getasteten Sendeimpulsen überdecken. rIn diesem Fall wird im Sender ein Teil der hochfrequenten Sendeschwingung abgezweigt und als ungetastete Schwingung direkt dem Empfänger zugeführt, wo sie mit den reflektierten wiederempfangenen Impulsen verglichen wird.
• Im allgemeinen ist die Tastfrequenz der ausgesandten Schwingungsimpulse groß gegenüber der beim Schwingungsvergleich auftretenden Differenzfrequenz, so daß eine bestimmte Anzahl von Impulsen auf jede der Differenzfrequenz entsprechende Schwingungsperiode fällt, wie das aus der Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist. S stellt den Verlauf der Wechselspannung mit der Differenzfrequenz dar, wie sie beim ununterbrochenen Aussenden der hochfrequenten Sendeschwingung auftreten würde, und mit j sind die beim Schwingungsvergleich entstehenden Impulse bezeichnet, deren Spitzen der Kurve S folgen. Durch Ausfilterung der höheren Frequenzen der Impulse j erhält man die Wechselspannung S', deren Frequenz der Relativgeschwindigkeit des zu kontrollierenden Objekts proportional ist. Die letztere kann somit durch Ermittlung der Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungen in einer Frequenzmeßeinrichtung hergeleitet werden.
• Es kann nun insbesondere bei der Aussendung von Langimpulsen vorkommen, daß die Tastfrequenz der Sendeiml)ulse kleiner ist als die Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungen, so daß mehrere der Differenzfrequenz entsprechende Schwingungsl)erioden auf jeden der beim Schwingungsvergleich gebildeten Impulse fallen, wie dies aus der Fig. 3 der Zeichnung ersichtlich ist, wobei S wiederum den Verlauf der Wechselspannung mit der l)ifferenzfrequenz und jl- js drei aufeinanderfolgende beim Schwingungsvergleich gebildete Impulse darstellen. In diesem Fall kann die Differenzfrequenz aus jedem einzelnen Impuls j ermittelt werden.
• ,An Hand der Fig. 4 und 5 werden nun Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens heschriel,en.
• In der Fig. 4 ist ein Hochfrequenzgenerator O dargestellt, dessen Ausgangsspannung ei mit der Tastvorrichtung T im lthxthmus der im Impulsgenerator J erzeugten Tastspannung ei getastet wird. Dadurch entstehen die getasteten hochfrequenten Schwingungsimpulse es, welche in der Richtung des zu kontrollierendn Objekts ausgesandt und nach der Reflexion niederempfangen werden. Die wiederempfangenen Schwingungsimpulse e4 werden im Empfangsgerät ,lf mit der ungetasteten Sendespannung er überlagert, so daß nach der Gleichrichtung die Impulse ej entstehen, deren Höhe entsprechend der Fig. 2 mit der Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungen ei und e4 schwankt. Im Amplitudenfilter A werden allenfalls auftretende Stciriml)ulse, welche eine bestimmte Minimalamplitude nicht erreichen, unterdrückt. Dadurch entstehen die Impulse ei, deren Höhe entsprechend der An sprechspannung des Filters A vermindert ist. I)ie iii den impulsen ei enthaltenen Schwingungen mit höheren Frequenzen werden im Filter B unterdrückt, wobei die Impulse e7 entstehen. Zur gleichzeitigen Unterdrückung von Störspannungen mit sehr tiefen Frequenzen (Brummspaunungen usw.) sowie der von unbewegten Reflexionsobjekten herrührenden Gleichstromkomponenten der Impulse ei empfiehlt es sich, das Filter B als Handpaßfilter auszubilden, welches auch Schwingungen mit tieferen Frequenzen unterdrückt. Die I)ifferellzfrequenz, welche aus den Impulsen e7 ermittelt wird, entspricht der gesuchten Relativgeschwindigkeit des zu kontrollierenden Objekts. Nicht bewegte Objekte ergeben 'beim Schwingungsvergleich keine Differenzfrequenz. Die gefilterten Impulse e7 werden auf die Kontrollvorrichtung K geleitet, welche lieispielsweise ein Relais oder eine Anzeigevorrichtung enthält, welche anspricht, sobald eine Vechselspannung auftritt. Auf diese Weise erhält man eine tSberwachungseinrichtung, welche auf bewegte Objekte anspricht. Die Kontrolleinrichtung K kann aller auch einen Frequenzmesser enthalten. welcher die Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungen und damit auch die Relativgeschwindigkei t dauernd mißt.
• In der Fig. 5 ist eine ähnliche Einrichtung dargestellt, wobei die Bezeichnungen dieselbe Bedeutung wie in der Fig. 4 haben. Zur Unterdrückung der allfällig zwischen den einzelnen beim Schwingungsvergleich gebildeten Impulsen auftretenden Störspannungen ist hier der Sperrschalter Sp vorgesehen, welcher von der Steuerspannung es derart beeinflußt wird, daß der zwischen dem Empfänger M und dem Filter B liegende Übertragungskanal jeweils kurze Zeit vor dem Auftreten eines Impulses es geöffnet wird und kurze Zeit nachher wieder gesperrt wird, so daß während der zwischen den einzelnen Schwebungsimpulsen auftretenden Pausen bei gesperrtem Schalter .p keine Störungen möglich sind. Auf diese Weise werden aus den Impulsen e: die entstörten Impulse es gewonnen. Die Steuerspannung es wird wie die Tastspannung ee mit dem Impulsgenerator J erzeugt. ZurEinstellung der Phasenlage der Spannung es gegenüber der Spannung Cl entsprechend der Laufzeit der reflektierten Schwingungsimpulse e ist eine Phasendrehvorrichtung ' vorgesehen.
• Ist die Entfernung des zu kontrollierenden Objekts nur ungefähr bekannt, so kann die Phasendrehvorrichtung nicht auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, da sonst der Sperrschalter Sp unter IJmstindell dauernd während der Impulspausen geöffnet würde, so daß keine Impulse es auf die Kontrollvorrichtung K gelangen könnten. Die Phasenlage der Steuerspannung es muß deshalb derart gewobl)elt werden, daß sich der Zeitpunkt, in welchem die Sperrwirkuug des Schalters Sp jeweils unterbrochen wird, innerhalb einer Wobl)elungsperiode um die Dauer einer oder mehrerer Impulspausen verschiebt. Pro Wobbelungsperiode wird somit nur ein einziger Impuls Ci vom Schalter Sp durchgelassen. Zur bestimmung der Entfernung des bewegten Objekts kann in diesem Fall eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden, deren Strahl pro Wohl)elullgsl)eriode der Phasenlage der Steuerspannung es eine Al)lenkung in der X-Richtung erfährt und auf deren Y-Ahlenksystem die Impulse Ci geleitet sind. Der Startpunkt der Strahlablenkung in der X-Richtung wird dabei vorteilhaft mit dem Beginn der Phasellwol)l)elungsperiode der Steuerspannung es zur Obereinstimmung gebracht.
• Aus der Lage des Impulsl)ildes auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre läßt sich dann in bekannter Weise die gesuchte Entfernung des zu kontrolleerenden Objekts ermitteln. Eine Grobmessung der Entfernung kann ferner durch Bestimmung der Laufzeit der reflektierten Impulse mit Bekannten Mitteln erfolgen.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen N'erfahrens sind ferner Sende-Empfangs-Anlagell mit Pendelrückkopplungsempfängern möglich, bei welchen die Frequenz der Pendelspannung mit der Tastfrequenz der senderseitig ausgesandten Schwingungsimpulse iibereillstimmt und bei welchen die Phasenlage der Pendelspannung entsprechend der jeweiligen Laufzeit der reflektierten Schwingungsimpulse einstelll)ar ist. Bei nicht genau benannter Entfernullg kann die Phasenlage der Pendel spannung derart gewobbelt werden, daß sich der Zeitpunkt des Rückkopplungseinsatzes innerhalb einer Wobbelperiode um die Dauer einer oder mehrerer Impulspausen verschiebt. Zur Bestimmung der Entfernung des zu kontrollierenden Objekts kann wiederum eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden, deren Strahlablenkung in der X-Kichtung im Rhythmus der Pendelfrequenzwobbelung erfolgt.
• Die Sende- und die Empfangsantenne werden vorteilhaft teilweise entkoppelt. Beim Aussenden von Kurzimpulsen, wo die ungetastete Sendeschwingung huber eine besondere Leitung dem Empfangsgerät 1k1 zugeführt wird, können Sende-und Empfangsantenne auch vollständig entkoppelt sein und heispielsweise aus zwei rechtwinklig gekreuzten l)ipolen lestehen. Bei Sende-Empfangs-Anlagen, hei welchen auf der Empfangsseite ein Sperrschalter oder ein Pendelrückkopplungsempfänger vorgesehen ist, kann auch zum Senden und zum Empfangen dieselbe Antenne verwendet werden.

Claims (24)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Kontrolle von l>ewegten Objekten nach dem Rückstrahlprinzip durch impulsweises Aussenden und Wiederempfangen von hochfrequenten akustischen oder elektromagnetischen Wellen konstanter Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz der wiederempfangenen Impulse mit der Frequenz der Sendeschwingung verglichen wird, wobei bei diesem Vergleich Impulse gebildet werden, deren Höhe mit der Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungen schwankt.
2. 2. Sende-Empfangs-Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung, welche aus einem Hochfrequenzgenerator und einer Vorrichtung zur Tastung der Ausgangsspannung derselben besteht und eine Empfangseinrichtung, welche aus einem Empfangsgerät zum Vergleich der Schwingungen der wiederempfangenen Impulse mit der Sendeschwingung sowie einer Vorrichtung zur Kontrolle der beim Vergleich entstehenden Impulse besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz der wiederempfangenen Impulse und die Frequenz der Sendeschwingung durch Addition und nachfolgende Gleichrichtung der entstehenden Wechselspannung miteinander verglichen werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz der wiederempfangenen Impulse und die Frequenz der Sendeschwingung durch Produkthildung miteinander verglichen werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungsimpulse ausgesandt werden, deren Dauer größer ist als die maximale Laufzeit der reflektierten Impulse.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederempfangenen reflektierten Impulse und die Sendeimpulse, mit welchen sie sich zeitlich teilweise überdecken, miteinander verglichen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungsi mpttlse ausgesandt werden, deren Dauer kleiner ist als die maximale Laufzeit der reflektierten Impulse.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ungetastete Sendeschwingung mit den wiederempfangenen reflektierten Impulsen verglichen wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gen kennzeichnet, daß die Tastfrequenz der ausgesandten Schwingungsimpulse größer ist als die Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungsfrequenzen, so daß während einer der Differenzfrequenz entsprechenden Schwingungsperiode eine Aniahl Impulse gebildet werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastfrequenz der ausgesandten Schwingungsimpulse kleiner ist als die Differenzfrequenz der verglichenen Schwingungsfrequenzen, so daß mehrere der Differenzfrequenz entsprechende Schwingungsperioden auf jeden der beim Schwingungsvergleich gebildeten Impulse fallen.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Filterung der beim Schwingungsvergleich gebildeten Impulse eine Schwingungsfrequenz gewonnen wird, welche der Relativgeschwindigkeit des zu kontrollierenden Objekts proportional ist.
12. 12. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zur Tastung der Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung im Rhythmus derlmpulstastung auf der Sendeseite.
13. 13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschalter vorgesehen ist, welcher den vom Empfangsgerät zur Kontrollvorrichtung führenden Ühertragungskanal in den zwischen den einzelnen Impulsen auftretenden Pausen sperrt.
14. I4. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastvorrichtung des Senders zur Steuerung des Sperrschalters dient und daß eine Phasendrehvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Phase der Sperrschaltersteuerung entsprechend der Laufzeit der reflektierten Schwingungsimpulse einstellbar ist.
15. 15. Anlage nach Anspruch I4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit welchen die Phasenlage der Sperrschaltersteuerung derart gewobbelt wird, daß sich der Zeitpunkt, in welchem der Sperrschalter den Ubertragungskanal jeweils öffiiet, innerhalb einer Wobbelperiode um die Dauer wenigstens einer Impulspause verschiel)t.
16. I6. Aiilage nach \anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pendelrückkopplungsempfänger vorgesehen ist. bei welchem die Frequenz der Pendelspannung mit der Tastfrequenz der senderseitig ausgesandten Schwingungsimpulse ühereinstimmt untl liei welchem die Phaseiilage der Pendelspannung entsprechend der laufzeit der reflektierten Impulse einstellbar ist.
17. 17. Anlage nach .Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß Nl ittel vorgesehen sind, mit welchen die Phasenlage der Pendelspannung derart gewobbelt wird, daß sich der Zeitpunkt des Rückkopplungseinsatzes innerhalb einer Wobbelperiode um die Dauer wenigstelis einer Impulspause verschiebt.
18. 18. Anlage nach Anspruch 15 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite eine Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist, bei welcher der Strahl pro Wobbelungsperiode der Phase der Sperrschaltersteuerung bzw. der Pendelspannung eine Ahlenkung in der X-Richtung erfährt und auf deren YÄblenkplatten die beim Schwingungsvergleich gebildeten Impulse geleitet sind.
19. 19. Anlage zur l)urellfüllrullg des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß auf der Empfangsseite Amplitudenfilter vorgesehen sind.
20. 20. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite Tiefpaß- oder Sandfilter vorgesehen sind.
21. 21. Anlage zur Durclführuiig des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung ein das Auftreten einer Differenzfrequenz zwischen den verglichenen Schwingungsfrequenzen anzeigendes Wechselstromanzeigegerät enthält.
22. 22. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung Mittel zur Messung der zwischen den verglichenen Schwingungsfrequenzen auftretenden Differenzfrequenz enthält.
23. 23. Anlage zur l)urchfüllrung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und die Empfangsantenne gegenseitig wenigstens teilweise entkoppelt sind.
24. 24. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Senden und zum Empfangen dieselbe Antenne dient.