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Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Geschwindigkeit, Beschleunigung,
Bewegungsrichtung, Anwesenheit und Anzahl von bewegten Gegenständen Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Geschwindigkeit, Beschleunigung,
Bewegungsrichtung, Anwesenheit und Anzahl von bewegten Gegenständen an einer Meßstrecke
mittels elektromagnetischer Wellen mit Hilfe eines elektrischen Schwingungserzeugers,
dessen Schwingungen durch induktive/kapazitive Änderung der Amplitude bzw. Frequenz
vom bewegten Gegenstand beeinflußt werden.
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Die elektrische Messung der Geschwindigkeit und Beschleunigung bewegter
Gegenstände wird nach verschiedenen Methoden durchgeführt. Üblich ist es, die Zeit,
die für eine bestimmte Wegstrecke benötigt wird, mechanisch mit Hilfe von Uhren
in Zeiteinheiten, z. B. Sekunden, oder elektrisch durch Abzählen einer der Zeit
entsprechenden Anzahl von Schwingungen eines frequenzstabilen Schwingungserzeugers
mit festgelegter Meßfrequenz, z. B.
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10 000 Hz, zu bsetimmen. Beginn und Ende der Zeitmessung werden durch
einen oder mehrere Impulse eines oder mehrerer mechanisch oder elektromechanisch
betätigter Kontakte fixiert, wobei die Betätigung der Kontakte unmittelbar durch
den Gegenstand selbst oder über Hilfsmedien, wie z. B. Gase oder Flüssigkeiten bei
Druckschwellen durch Fortpflanzung einer Druckwelle oder durch Ein- oder Ausschalten
von Lichtquellen, Unterbrechen von Lichtstrahlen usw., erfolgen kann.
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Die Ermittlung der Bewegungsrichtung, Anwesenheit und Anzahl von
bewegten Gegenständen wird auch über Kontakte und Lichtschranken vorgenommen.
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Diesen bekannten Ausführungsarten haftet der Mangel an, daß bei mechanischer
Betätigung der steuernden Kontakte durch Prellerscheinungen ein falsches Ergebnis
gemessen wird oder daß bei Lichtsteuerung mit elektronischen Kontakten, wie z.B.
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Röhren odere Transistoren, zwar das Kontaktprellen vermieden wird,
dafür aber große Schwierigkeiten hinsichtlich der Abschirmung von Einstrahlungen
unerwünschter Lichtquellen auftreten. Besonders im Freien mit den ständig stark
wechselnden Lichtverhältnissen ist diese Störungsmöglichkeit in sehr vielen Fällen
kaum oder nur durch einen sehr hohen Aufwand, z. 13. durch moduliertes Licht, auszuschalten.
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Eine andere Möglichkeit, die vorstehende Mängel umgehrt, beruht auf
dem Prinzip der Doppelfrequenzmessung mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung. Dieses
Verfahren ist anlagemäßig teuer und bewährt sich bei Geschwindigkeiten, die höher
als etwa 2 m/sec liegen und bei Beschleum.gungsmessung. Für Geschwindigkeiten etwa
unter 2 m/sec
reicht das Auflösungsvermögen nicht aus, so daß die Ergebnisse stark
streuen und eine Geschwindigkeitsmessung nicht durchführbar ist.
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Die Erfindung geht aus von einer eingangs genannten Schaltungsanordnung,
die in verschiedenen Ausführungen bekannt ist. Derartige Anordnungen weisen im allgemeinen
den Nachteil auf, daß ihre ordnungsgemäße Funktion bei Einwirkung von störenden
Einflüssen auf den Schwingkreis des Schwingungserzeugers, wie z.B. Regen, Schnee,
Störspannungen, Temperaturschwankungen, nicht immer gegeben ist.
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Zur Beseitigung dieses Nachteils wird nach der Erfindung eine Schaltanordnung
vorgesehen, bei der zwei elektrisch gleichwertige Schwingkreisteile an der Meßstrecke
angeordnet sind und ein Schwingkreisteil näher zur Meßstrecke liegt als das andere
Schwingkreisteil und beide Teile zur Meßstrecke einen unterschiedlichen, vorzugsweise
rhythmisch wechselnden Abstand aufweisen und durch den Meßgegenstand das näherliegende
Schwingkreisteil kapazitiv und induktiv derart dämpfbar ist, daß Amplituden- und/oder
Frequenzänderungen der Schwingungen des Schwingungserzeugers verursacht und diese
Änderungen in bekannter Weise zur Anzeige gebracht werden.
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Die »Schwingkreisteile« werden im folgenden auch als »Dämpfungsglieder«
bezeichnet.
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An einer Meßstrecke können mehrere parallele Paare solcher Dämpfungsglieder
angeordnet werden
und die Dämpfungsglieder der einzelnen Paare in
ihrer Streckenlänge unterschiedlich ausgebildet werden, damit mehrere Meßwerte,
die auch zeitlich gegeneinander veerschoben sein können, ausgenutzt werden.
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Hierbei wird die Anderung der Amplituden- oder Frequenzhöhe als Meßgröße
zur Geschwindigkeitsmessung zur Anzeige benutzt und die Richtung des Gegenstandes
durch die Folge der Dämpfungsänderung, und zwar in einem Fall durch zunächst eine
kleine und danach eine hohe Amplitude oder Frequenz und im anderen Fall durch zunächst
eine hohe und danach eine kleine Amplitude oder Frequenz, gegeben.
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Weiterhin wird die Änderung der Amplituden-oder Frequenzhöhe als
Meßgröße zur Anzeige benutzt, ob sich ein Gegenstand im Einflußbereich der Dämpfungsglieder
befindet und wobei auch gleichzeitig die Anzahl durchlaufender Gegenstände gezählt
werden kann.
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Es können sich an einer oder mehreren Stellen der Dämpfungsglieder
zusätzliche Dämpfungen befinden, die bei gleichzeitigem Auftreten mehrerer Gegenstände
im Einflußbereich der Dämpfungsglieder, die dem Schwingungserzeuger nähergelegenen
Dämpfungsabschnitte stärker wirksam werden lassen, als die zusätzlich bedämpften
Abschnitte, so daß auch bei gleichzeitigen entgegengesetzten Beeinflussungen der
Dämpfungsglieder durch mehrere Gegenstände eine ausreichende Amplituden- oder Frequenzhöhe
durch den dem Schwingungserzeuger nähergelegenen Dämpfungsabschnitt gegeben ist.
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Ferner ist es möglich, daß die Dämpfungsglieder aus magnetischem
oder aus diamagnetischem Material mit oder ohne Abschirmungen gegen statische Felder
ausgebildet sind, so daß sie nur durch Gegenstände aus Nichtmetallen oder aus Metallen
beeinflußt werden.
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Es kann z. B. im einfachsten Fall bei Verwendung veränderlicher kapazitiver
Schaltelemente der Rückkopplungsgrad zur Änderung der Amplitudenhöhe derart vorgenommen
werden, daß einmal eine linienförmige Kapazität (z. B. Draht, Rohr, Band usw.) auf
die Rückkopplungsspule einwirkt und den Kopplungsgrad und damit die Amplitudenhöhe
vergrößert und eine weitere linienförmige Kapazität, die parallel zu der ersten
linienförmigen Kapazität angeordnet ist, auf eine weitere, der Rückkopplungsspule
entgegengesetzt wirkende Selbstinduktion einwirkt, so daß durch eine Bedämpfung
des Schwingungskreises der Kopplungsgrad und damit die Amplitudenhöhe verkleinert
wird. Da diese parallelgeführten Dämpfungsglieder den gleichen Einflüssen an der
Meßstrecke unterliegen, werden allgemeine äußere Beeinflussungen, wie sie z. B.
durch Feuchtigkeitsgehalt der Luft, Regen, Schnee, Störspannungen usw. gegeben sind,
kompensiert und eine gleiche oder annähernd gleiche Amplitudenhöhe gewährleistet.
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Es ist auch ohne weiteres möglich, größere flächenförmige oder räumliche
Anlagen in die Dämpfungsglieder einzubeziehen, wenn - besonders im Freien - ein
entsprechendes kompensierendes Dämpfungsgegengewicht im entgegengesetzt wirkenden
Dämpfungsglied erstellt wird.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Schaltanordnung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 parallelgeführte wellenförmige Dämpfungsglieder,
F i
g. 2 gekreuzte Dämpfungsglieder und Fig. 3 mehrere parallele Paare von gekreuzten
Dämpfungsgliedern.
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Die parallelgeführten Dämpfungsglieder 2 und 3 (Fig. 1), die als
Bedämpfungsglied2 und als Entdämpfungsglied 3 dienen, werden an der Meßstrecke 1
in wellenförmiger horizontaler oder vertikaler Anordnung oder nach Fig. 2 linear
gekreuzt oder gekreuzt und wellenförmig in horizontaler oder vertikaler Anordnung
angebracht, so daß bei Anwesenheit des Gegenstandes 6 im Einflußbereich der Meßstrecke
1 eines der beiden Dämpfungsglieder 2 oder 3 mehr oder weniger beeinflußt wird und
eine Änderung der Amplitudenhöhe verursacht, die als Meßgröße für die Anwesenheit
eines Gegenstandes ausgewertet wird, wobei auch die Anzahl der Gegenstände bestimmt
werden kann.
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Besteht zwischen den Dämpfungsgliedern 2, 3 und dem Gegenstand 6
eine unterschiedliche Geschwindigkeit, so wird eine ständige Dämpfungsänderung in
positivem oder negativem Sinne verursacht, die eine entsprechende Änderung der Amplitudenhöhe
zur Folge hat. Die Schwingungen des Schwingungserzeugers 7 werden dann als Trägerfrequenz
entsprechend dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Gegenstand 6 und den Dämpfungsgliedem
2, 3 amplitudenmoduliert, wobei die Amplitudenlänge als Zeitmaß für die Geschwindigkeitsmessung
dient, die auf eine vorgegebene Weglänge, dargestellt durch die wellenförmige Anordnung
der Dämpfungsglieder nach F i g. 1 oder 2, bezogen wird.
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Durch eine mehrfache wellenförmige Anordnung der Dämpfungsglieder
2, 3 können auch fortlaufende Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden, so daß
innerhalb der Meßstrecke 1 auch die Beschleunigungen oder die Verzögerungen gemessen
werden und eine Geschwindigkeitsregelung gesteuert werden kann.
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Sind die an der Meßstrecke 1 nach Fig. 2 angeordneten Dämpfungsglieder
2, 3 einmal oder dreimal oder fünfmal usw. gekreuzt, so wird aus der Folge der Dämpfungsänderung,
z. B. im Fall der Bewegungsrichtung Pfeil 8 zuerst eine kleine und danach eine hohe
Amplitude und im Fall der Bewegungsrichtung Pfeil 9 zuerst eine hohe und danach
eine kleine Amplitude, auch die Bewegungsrichtung des Gegenstandes 6 erkennbar.
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Können sich auch mehrere Gegenstände im Einflußbereich der Meßstrecke
1 befinden, so kann es vorkommen, daß z. B. ein Gegenstand das Bedämpfungsglied
2 und ein anderer Gegenstand das Entdämpfungsglied 3 beeinflußt; d. h. beide Gegenstände
würden dadurch eine Kompensation der Amplitudenhöhe im Schwingungserzeuger 7 hervorrufen,
und eine Messung wäre, da keine Modulation entsteht, nicht möglich. Um diesen Fall
auszuschließen, sind gegebenenfalls in den Dämpfungsgliedern 2 und 3 in Abständen,
die nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen festgelegt werden können, zusätzliche
Dämpfungen (Widerstände, Drosseln, Kondensatoren, Selbstinduktionen usw.) vorgesehen,
so daß stets eine ausreichende Differenz durch den dem Schwingungserzeuger 7 nähergelegenen
Dämpfungsabschnitt abzüglich der Gegenbeeinflussungen erhalten bleibt und eine zur
Steuerung ausreichende Amplitudenhöhe gegeben ist.
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Da die Länge der Wellenform der Dämpfungsglieder beim Einbau an der
Meßstrecke 1 frei wählbar
ist, kann eine Anpassung an besondere
örtliche Verhältnisse vorgenommen werden. Außerdem können die Dämpfungsglieder aus
magnetischem oder diamagnetischem Material mit oder ohne Abschirmungen gegen statische
Felder ausgebildet sein, so daß die Dämpfungsglieder entweder nur durch Gegenstände
aus Metallen oder Nichtmetallen beeinflußt werden.
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Wird jedem Dämpfungsglied 2, 3 nach F i g. 2 ein Schwingungserzeuger
mit unterschiedlicher Frequenz derart zugeordnet, daß z.B. durch kapazitive Einwirkung
auf die frequenzbestimmenden Schwingungskreise eine Frequenzänderung erfolgt, so
können alle vorher beschriebenen Messungen auch mit Hilfe der Frequenzmodulation
z. B. wie nachstehend beschrieben durchgeführt werden.
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Von zwei Schwingungserzeugern, die auch in einer Mischstufe zusammengefaßt
sein können, arbeitet z. B. der eine mit der Frequenz von fl = 30 MHz und der andere
auf der Frequenz von 12 = 28 MHz.
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Durch Mischung der beiden Schwingungen entsteht eine Zwischenfrequenz
von f, - 12 = 30 - 28 = 2 MHz. Werden die an der Meßstrecke 1 parallelgeführten
Dämpfungsglieder 2, 3 durch äußere Einflüsse, z. B. Regen, beeinflußt, so werden
beide Schwingungserzeuger geändert, z. B. auf 29,8 MHz und 27,8 MHz, und es bleibt
die Zwischenfrequenz 1i 12 = 29,8 - 27,8 = = 2 MHz bestehen. Durch die in beiden
Schwingungserzeugern unterschiedlichen Induktivitäten muß in diesem Fall sichergestellt
werden, daß in üblicher Weise eine Anpassung der Dämpfungsglieder an die Schwingungserzeuger
vorgenommen wird, derart, daß z. B. die kapazitiven Einflüsse der Dämpfungsglieder
2, 3 in Hinsicht auf die verschiedenen Induktivitäten bei gleicher Bedämpfung gleiche
oder annähernd gleiche Frequenzänderungen hervorrufen.
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Ein Gegenstand 6, der das Bedämpfungsglied des Schwingungserzeugers
für 30 MHz beeinflußt, drückt z. B. die Frequenz von 30 MHz auf 29,2 MHz herunter;
d. h., es ergibt sich dann eine Zwischenfrequenz 1i - 12 = 29,2 - 28 = 1,2 MHz.
Würde der Gegenstand 6 das Bedämpfungsglied des Schwingungserzeugers für 28 MHz
beeinflußt haben, so würde dort z. B. die Frequenz auf 27,2 MHz gedrückt werden,
und es gäbe dann die Zwischenfrequenz fi - 12 = 30 - 27,2 = 2,8 MHz. Die Beeinflussung
des Gegenstandes 6 würde hiernach innerhalb der Meßstrecke 1 eine Zwischenfrequenzänderung
von 1,2 bis 2,8 MHz zur Folge haben, wobei der Schwingungserzeuger für 30 MHz eine
Zwischenfrequenzänderung von 1,2 bis 2 MHz und der Schwingungserzeuger für 28 MHz
eine Zwischenfrequenzänderung von 2 bis 2,8 MHz uewirkt.
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Hieraus kann in Verbindung mit den an der Meßstrecke 1 einmal oder
dreimal oder fünfmal usw. gekreuzten Dämpfungsgliedern 2, 3 (wie vorher bereits
beschrieben) die Richtung eines Gegenstandes 6 bestimmt werden. Durch bekannte Diskriminatorschaltungen
wird die Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation umgewandelt und in gleicher
Weise, wie eingangs beschrieben, als Meßgröße weiterverwendet.
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Der Zwischenfrequenzstufe kann, wenn die Dämpfungsglieder 2, 3 an
der Meßstrecke 1 zweifach angegeordnet werden, zusätzlich zur Zwischenfrequenz eine
Amplitudenmodulation der Zwischenfrequenzschwingungen aufgezwungen werden (wie vorher
be-
reits beschrieben), so daß hinter dieser Stufe ein gesondertes Meßergebnis als
Frequenzmodulation in Form der Zwischenfrequenz und, falls die Sicherheit des Betriebes
es erfordert, das gleiche Meßergebnis als Amplitudenmodulation oder eine weitere
Meßgröße als Amplitudenmodulation zur Verfügung stehen. Da die zweimal eingebauten
Dämpfungsglieder 2, 3 an der Meßstrecke 1 gegeneinander verschoben angeordnet und/oder
die Längen der Wellenform der zweifach angeordneten Dämpfungsglieder 2, 3 und 4,
5 nach F i g. 3 außerdem gegeneinander noch unterschiedlich sein können, ist es
auch möglich, die Ergebnisse der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation
zeitlich unterschiedlich zu erhalten; das bedeutet entweder Übertragung mehrerer
Meßwerte über die gleiche Anlage oder Vergrößerung der Auflösungsmöglichkeiten für
die Meßbestimmung oder gleichzeitige Durchführung von Kontrollangaben usw.