Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Entfernungen über die Laufzeit von Impulsen nach dem Impuls-Echo-Laufzeit-Verfahren (Echobe¬ trieb) oder dem Impuls-Reflex-Laufzeit-Verfahren (Transponderbetrieb) unter Benützung von Wellen mit definierter Ausbreitungsgeschwindigkeit, vorzugs¬ weise Ultraschallwellen, wobei zum Senden ein Impulspaket definierter Länge und Frequenz erzeugt und nach einer laufzeitabhäπgigen Zeit als Echo oder Reflex empfangen wird.

Stand der Technik:

Durch die DE 3442686 ist ein Vorrichtung und Verfahren zur Positionierung von Punkten im Raum mittels der Bestimmung von Distanzen nach dem

Impuls-Echo-Laufzeitprinzip bekannt, wobei Ultraschallimpulse genutzt werden.

Durch die DE 3607336 ist es bekannt, die Störsicherheit von Ultraschall- Echo-Geräten dadurch zu erhöhen, in dem über eine geeignete Schaltung geprüft wird, ob ein Echosignal über eine bestimmte Anzahl von Meßzyklen konstant ansteht. In der DE 3620783 wird dieser Gedanke insofern erweitert, als durch einen Mikroprozessor überprüft wird, ob die eingehenden Echo- Signale aus dem gleichen zeitlichen (räumlichen) Sektor kommen.

Ebenso ist der Transponderbetrieb bekannt, beispielsweise durch die US-PS 4026654, bei dem ein Objekt (Kleinflugzeug, kleines Schiff) einen "Transpon¬ der" mit sich führt, der aktiv dann ein Signal aussendet, wenn er ein bestimm¬ tes Signal empfängt. Dadurch wird erreicht, daß z.B. dem Radarempfänger einer Radaranlage auch bei sehr kleinen bzw. schwachen Objekten ein auswertbares Signal angeboten bekommt.

Derartige Meßverfahren, insbesondere Ultraschall-Meßverfahren, sind relativ anfällig gegenüber zufälligen anderen Ereignissen, insbesondere Schaller¬ eignissen. Fällt ein derartiges Ereignis in die Meßzeit, wird es als "Echo" oder "Transponderreflex" bewertet und führt zu einer Fehlmessung. Ebenso wird das Meßergebnis bei sich ändernden Umgebungsparametern, insbesondere derjenigen der Luft, leicht verfälscht.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren des eingangs genannten technischen Gebietes zu schaffen, welches ein hohes Maß an Stör¬ sicherheit gegenüber zufälligen Impulsen oder Störimpulsen aufweist, wobei sich ändernde Umgebungsparameter weitestgehend keinen Einfluß mehr haben sollen.

Darstellung der Erfindung:

Die Lösung der Aufgabe besteht erfϊndungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran¬ sprüchen gekennzeichnet. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 10 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß dieses praktisch störunanfäflig ist und ein hohes Maß an Störfestigkeit gegen¬ über zufälligen Impulsen oder Störimpulsen aufweist. Der Grund liegt darin, daß Störereignisse praktisch unmöglich auf gleichen Punkten der Zeitachse gehäuft auftreten können, vielmehr sind zufällige Störereignisse stets stati¬ stisch verteilt. Deshalb wird durch die erfindungsgemäße statistische Auswer¬ tung die Meßsicherheit und -genauigkeit erheblich erhöht, in dem aus einer größeren Anzahl von Eϊnzelmessungen das Vorhandensein einer kleineren Anzahl von Messungen mit vergleichbaren bzw. innerhalb einer gegebenen Toleranz gleichen Ergebnissen gefordert wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden vier gleiche oder bzw. nahezu gleiche Meßwerte, die unmittelbar hintereinander liegen, verwendet.

Bei der Verwendung von Ultraschailwellen besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß kürzere Distanzen, vorzugsweise zwischen Null bis 40 m, zwischen Raumwänden sehr genau ermittelt werden können und dabei auch die Fläche oder der Rauminhalt eines Raumes sehr genau angebbar ist.

Das Verfahren ist in vorteilhafter Weise davon abhängig, ob überhaupt ein auswertefähiger Impuls als Echo oder Reflex des Transponders empfangen wird. Insbesondere bei Distanzen, die nahe an der Reichweitengrenze des Verfahrens liegen, ist eine zuverlässige Übertragung nicht immer gegeben. Das führt beim Stand der Technik dazu, daß keine Messung möglich ist, bzw. sehr unsichere Meßergebnisse erzielt werden, beim erfindungsgemäßen Verfahren hingegen eine genaue Aussage, nämlich "Fehler" oder "Messung" getroffen wird.

In vorteilhafter Weise wird zur Durchführung des Verfahrens innerhalb der Vorrichtung ein Mikroprozessor als zentrales Auswerte- und Steuerglied benutzt, der mit der nachfolgend beschriebenen Logik arbeitet:

Die Messung wird durch Auslösen der "Meßtaste" gestartet. Jede Messung bzw. jeder Meßzyklus besteht aus einer Vielzahl von Einzelmessungen. Die maximale Meßentfernung ist im Vorrichtung als maximale Laufzeit definiert.

In jedem Fall wird eine neue Einzelmessung erst ausgelöst, wenn diese Maximumzeit ohne Eingang eines Echoimpulses verstreicht.

Maximal können - ohne daß ein auswertefähiger Eingang registriert wird -, in der bevorzugten Ausführung 20 Messungen gestartet werden. Wird ein Echo bzw. die Antwort des Transpondergerätes registriert, wird dadurch unver¬ züglich die nächste Messung ausgelöst, ohne daß die maximale Zeit abge¬ wartet wird, was die Geschwindigkeit der Messung erheblich erhöht. Gleich¬ zeitig wird vom Mikroprozessor die Laufzeit des Impulses registriert, in eine Entfernungangabe umgerechnet und gespeichert.

Im weiteren Verlauf der Messung registriert das Programm die eingehenden Meßwerte gleichlautend und speichert diese ab und überprüft die einzelnen Meßwerte auf Gleichheit, die innerhalb einer festgelegten Toleranz, z.B. ±1%, vom Meßwert liegen darf. Erst wenn eine bestimmte Anzahl von annähernd gleichen Messungen vorliegt, bildet das Programm aus diesen Werten den Mittelwert und bringt diesen zur Anzeige. Bevorzugt sind vier nahezu gleiche, unmittelbar hintereinander erfolgende Meßwerte notwendig, was die Zuver¬ lässigkeit erheblich erhöht.

Des weiteren sind bei Erreichen der Reichweite oder bei Meßzielen mit sehr starker Strukturierung der Oberfläche die Schwankungen von Meßwert zu Meßwert so hoch, daß der Mikroprozessor die Messungen verwirft und ähnlich wie bei erfolgloser Messung über eine geeignete Anzeige meldet, daß eine zuverlässige Messung nicht möglich ist. In der bevorzugten Ausführung erfolgt dies durch die Anzeige des Schriftzuges "ERROR".

Der Einsatz eines Mikroprozessors ermöglicht weitere nachstehend beschrie¬ bene Ausgestaltungen der Erfindung. Es ist bekannt, daß die Schallge¬ schwindigkeit in der Luft nach folgendem Ausdruck temperaturabhängig ist. C _τ = 331 ,3 • (1+VT/273, 16) wobei C _τ = Schallgeschwindigkeit bei Temperatur T in Grad Celsius und T = Temperatur in Grad Celsius bedeuten.

Die Reichweite des erfindungsgemäßen Vefahrens ist bei Verwendung von Schallwellen zwangsläufig begrenzt. Bei bevorzugter Verwendung von Ultra¬ schall beträgt die Reichweite - je nach Witterung - in vorteilhafter Weise zwischen mindestens 25-40 m im Transponderbetrieb.

Kurzbeschreibung der Zeichnung:

Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Beispiels der Vorrichtung:

Ein zentraler Mikroprozessor 6 steuert einen Ultraschallsender 4 an, dessen Ausgang auf einen Sende-Schallwandler 1 gelegt ist. Die im Empfänger- Schallwandler 2 ankommenden Impulse werden in einem Verstärker 3 ver¬ stärkt und nach Passieren eines Komparators 5 dem Mikroprozessor 6 zugeführt, der ein Anzeige-Display 7 ansteuert.

In einem Spannungsteiler 15-(-v) wird mit Hilfe des temperaturabhängigen Widerstandes 15 eine temperaturabhängige Spannung erzeugt, die durch den Mikroprozessor oder einen geeigneten Analog-Digitalwandler gelesen und im Mikriprozessor in die Temperatur umgerechnet wird. Aus dem obengenannten Ausdruck wird ein Faktor zu einer vorgegebenen Standarttemperatur errech¬ net. Der gefundene Meßwert wird mit diesem Faktor korrigiert, womit rechne¬ risch eine Temperaturkompensation durchgeführt ist. Vorteilhaft verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine "TEMPERATURTASTE" 12, mit deren Hilfe die Temperatur angezeigt werden kann.

An den Mikroprozessor sind des weiteren eine Meßtaste 8, eine Multiplika¬ tionstaste 9, eine Additionstaste 10 und eine Löschtaste 11 , wie auch die Um¬ schaltung 12 auf Temperaturanzeige, eine Umschaltung 13 auf Echobetrieb und eine Umschaltung 14 auf Transponderbetrieb angeschlossen.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ermöglicht eine zeitsparende Handhabung beim Ausmessen von Flächen und Volumina. Durch Betätigen der Multiplikationstaste 9 wird der im Anzeigeregister des Mikroprozessors befindliche Wert in ein Rechenregister übernommen. Durch nochmaliges Drücken der Multiplikationstaste 9 wird ein weiterer und neuer Meßwert aus dem Anzeigeregister geholt und mit dem bereits abgespeicherten Wert multipliziert und im Anzeige-Display 7 ange¬ zeigt wie auch die Tatsache, daß es sich um Quadratmeter (m ² ) handelt. Durch

nochmaliges Betätigen der Multiplikationstaste 9 bei erneuter Messung wird das Volumen berechnet und in Kubikmeter (m ³ ) angezeigt.

Bei der Vermessung von längeren Distanzen kann durch Drücken einer Addi¬ tionstaste der Meßwert gespeichert und bei folgenden Messungen und nach¬ folgendem Drücken der Additionstaste der neue Wert dem gespeicherten Wert, hinzuaddiert werden. Die Anzahl der Messungen ist prinzipiell beliebig, so daß auch größere Entfernungen einfach ausgemessen werden können, ohne daß Aufzeichnungen oder zeitraubende Additionen gemacht werden müssen.

Des weiteren kann in vorteilhafter Weise die Minimum-Distanz softwaremäßig eingestellt werden, um eine Anzeige zu ermöglichen, wenn die Anzeige kleiner als ein vorgegebener Wert wird.

Dazu ist vorausschickend zu erläutern, daß normalerweise ein Impulspaket,- bestehend aus mehreren Einzelschwingungen, ausgesendet wird. Zur Erreichung einer sicheren Reichweite ist ein derartiges Impulspaket in der Regel ca. 10 bis 25 Einzelschwingungen lang.

Da dieses Impulspaket natürlich eine gewisse Zeit benötigt, wobei einmal die eigentliche Sendezeit, zum anderen die Abkiing∑eit des Sende-Schallwand- lers zu betrachten ist, ist der Empfang fremder Signale nicht möglich. In dieser Zeit wird logisch die Eingangsbeschaltung gesperrt. In der Praxis ist damit eine Minimum-Entfernung von ca. 0,5 bis 0,8 m zu erreichen.

Würde man jedoch den Sendeimpuls äußerst kurz machen, z.B. nur eine Schwingung, würde auch die Sendezeit und die Abklingzeit erheblich kleiner sein und damit würde selbstverständlich auch der Minimum-Abstand erheblich verkleinert werden. Nachteilig wäre, daß damit auch die Reichweite erheblich geringer würde, weil die Energie des Impulses geringer wäre.

Erfindungsgemäß wird deshalb bei Unterschreiten des vom Hauptprozessor erkannten Abstandes von d < X [m] automatisch und softwaregesteuert die Länge des auszustrahlenden Schwingungspaketes erheblich verkürzt. Wenn die Entfernung kleiner ist als ein vorgegebener Wert, wird somit

1. softwaremäßig der Sende-Impuls verkürzt,

2. der Auswerte-Zyklus neu gestartet.

Gleichzeitig wird das empfängerseitige Tor von der ursprünglichen Zeitlänge auf eine angemessene Zeitlänge reduziert, die jedenfalls erheblich kleiner ist, als in nichtreduzierten Zustand. Die Minimum-Distanz kann in vorteilhafter Weise softwareabhängig eingestellt werden.

Bei erkannter Unterschreitung einer gegebenen Distanz wird die ermittelte Distanz nicht zur Anzeige gebracht, sondern ein neuer Meßzyklus gestartet. Die Länge des ausgestrahlten Impulspaketes wird reduziert und kann des weiteren im kleinsten Falle aus nur einem einzigen Impuls (Schwingung) bestehen. Das empfängerseitig bestehende Zeittor wird ebenfalls um einen entsprechenden Betrag verringert. Das Ergebnis wird mit einer besonderen Kennzeichnung im Anzeige-Display 7 angezeigt, so daß die beschriebene Maßnahme erkennbar ist.

Gewerbliche Anwendbarkeit:

Die Erfindung ist insbesondere zur Vermessung von Distanzen geeignet zur Herstellung von Meßgeräten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten. Derartige Meßgeräte sind vielseitig einsetzbar überall dort, wo Distanzen oder Flächen oder Rauminhalte, insbesondere im Bauwesen oder in der Geodäsie, zu vermessen sind.

Liste der Bezugszeichen

1 Sende-Schallwandler

2 Empfänger-Schallwandler

3 Empfänger-Verstärker

4 Sender

5 Komparator

6 Mikroprozessor

7 Anzeige-Display

8 Meßtaste

9 Multiplikations-Taste

10 Additionstaste

1 1 Löschtaste

1 Umschaltung auf Temperatur-Anzeige

13 Umschaltung auf Echo-Methode

14 Umschaltung auf Transponder-Methode

15 Temperatur-Messung