METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING DISTANT POINTS STARTING FROM A COMMUN REFERENCE POINT

Abstract: 1. A process for producing trigger signals at respective points in time to to tn , which correspond to predetermined angular positions of a scanning element, which executes a sinusoidal mechanical oscillation of constant amplitude beta max about a given axis of rotation, in which a) a clock signal is produced with a frequency which is substantially greater than the oscillation frequency of the scanning element, b) the ratio of the frequencies of the clock signal and the scanning element is maintained constant by control of the clock frequency in dependence on the oscillation frequency, c) the periods of the clock signal are counted during each oscillation of the scanning element, and d) a trigger signal is released whenever the count value corresponds to one of the points in time to to tn .

Description: Beschreibung Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen von Abstandspunkten von einem gemeinsamen Bezugspunkt aus Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von i4bstands- punkten von einem gemeinsamen Bezugspunkt aus gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. In der DE-PS 34 15 043 sind ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum entfernungs- und winkelunabhängigen Messen gleicher Abstandspunkte von einem gemeinsamen Bezugspunkt aus behandelt. Ein Schwingsystem tastet hierbei die interessierenden Objektflächen ab. Die Abtastfunktion u wird in eine proportionale Wechselspannung umgewandelt und in Relation zu einer in einzelne Schritte unterteilten Referenzspannung URef gesetzt. Ein Über- oder Unterschreiten der Referenzspannung durch die Wechselspannung erzeugt ein Triggersignal, das die Referenzspannungsschritte weiterschaltet und gleichzeitig Messvorgänge in voneinander äquidistanten Abschnitten ty auslöst. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines sinusförmig obtastenden Schwingsystems Triggerpunkte bei vordefinierten Winkelbeziehungen dieses Schwingsystems auszulösen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhaft ist hierbei, dass trotz variabler Schwingfrequenzen, die von Fertigungstoleranzen, Alterungserscheinungen und dgl. abhängen, stets feste Winkelbeziehungen erhalten bleiben. Was sich ändert, sind lediglich die zeitlichen Abstände zwischen den Impulsen, und zwar entsprechend der Schwingfrequenz. Dieses Verfahren lässt sich vergleichsweise einfach realisieren, weil man lediglich eine bestimmte Anzahl von Impulsen zeitlich linear über einen Sinus verteilen und anschliessend die Pulszahl bestimmen muss, bei welcher das entsprechende Winkelelement durchläuft. Damit sind praktisch alle Grössen zur Berechnung des gewünschten Triggerzeitpunktes gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran- sprüche. Im folgenden wird an Hand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen aufweisen. Es zeigt Fig. 1 die Sinuskurve n des abtastenden Schwingsystems mit den einzelnen für den Messvorgang benötigten Winkelpositionen bzw den Zusammenhang derselben mit dem Triggerzeitpunkt tnr Fig. 2 eine Prinzipskizze über den Hergang des erfindungs gemässen Messverfahrens, Fig. 3 die in äquidistante Zeitabschnitte At unterteilte Zeit achse der Sinuskurve n gemäss Fig. 1 und Fig. 4 das Blockschaltbild des erfindungsgemässen Messver fahrens. Das zeichnerisch nicht näher dargestellte Schwingsystem, z.B. ein Spiegel oder Prisma, der bzw. das gemäss Fig. 3 in einem Flugzeug installiert ist, schwingt sinusförmig, wie in Fig. 1 veranschaulicht. Seine maximale Winkelauslenkung ss max ist hierbei konstant, während sich seine Schwingfrequenz fsp ändern kann. Bei derlei schwingenden Systemen lässt sich die Winkelposition oder Elongation ssmax aus der von der Mittellage bis zur momentanen Winkelposition en verflossenen Zeit tn sowie der Schwingfrequenz f er sp rechnen aus n ssmax . sin (360 . fsp tn) ----------- 1. Der maximale Schwingwinkel gmax ist hierbei der sich aus der Mittellage und dem Umkehrpunkt ergebende Winkel. Es soll nun der Zeitpunkt tn ermittelt werden, bei dem der Winkel erreicht wird, und der bestimmend ist für die Auslösung eines Triggersignals. Hierfür unterteilt man die Zeitachse t bis t8 in diskrete und - der Anschaulichkeit wegen - äquidistante Zeitabschnitte A t, wobei es zu berücksichtigen gilt, dass im Umkehrbereich, also zu den Zeitpunkten to, t4 und t8 jeweils der halbe Zeitintervall vor und der andere halbe nach der Richtungsumkehr liegen. Bei einer solchermassen unterteilten Zeitachse fällt der jeweilige Triggerzeitpunkt tn in einen der diskreten Zeitabschnitte Lt gemäss Fig. 3. Um den Trigger fehl er möglichst gering zu halten, muss die Länge dieser Zeitabschnitte tt entsprechend dem zulässigen Winkel fehler gewählt werden. Um den Triggerzeitpunkt t festzulegen, fest n zulegeQ fehlt letzt nach die Anzahl A der Zeitabschnitte at vom Zeitpunkt t bis zu diesem Trigger n zeitpunkt tn Diese Anzahl A erhält man durch Auszählen; mit dem Zeit n abschnitt t multipliziert, führt dies zum gesuchten Triggerzeitpunkt tn, sofern der Zeitpunkt t der Start für die Bestimmung der Winkelposition n war. Die schaltungsmässige Realisation geht aus Fig. 4 hervor: Der Digitalzähler 1, vorzugsweise ein Binärzähler, wird mit einer Impulsfolge angesteuert, deren Takt folgte der Zeit des diskreten Zeitabschnitts bt entspricht. Er beginnt seinen Zähivorgang zum Zeitpunkt t ,so dass beim Erreichen der Anzahl A 0 n der Zeitpunkt tn bzw. die Winkelposition n erreicht wird. Die Ausgänge des Binärzählers 1 werden alternativ an die Adresseingänge des Speichers 2 oder an die Eingänge der mit unterbrochener Linienführung dargestellten Dekodierschaltung 3 angelegt. Speicher und Dekodierschaltung obliegt jetzt die Aufgabe, solange die Anzahl An an ihren Eingängen anliegt, den entsprechenden Ausgang zu markieren. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass der betreffende Ausgang auf "logisch 1" gehalten wird. Der so markierte Ausgang löst dann das Triggersignal aus. Dieser - in Blickrichtung - untere Schaltungsteil arbeitet erwartungsgemäss nur bei konstanter Schwingfrequenz fsp des Systems. Wie Gleichung I zu erkennen gibt, wird der Triggerzeitpunkt tn bei ge änderter Schwingfrequenz in reziprokem Verhältnis zur Schwingfrequenz änderung geändert, um wieder die gleiche Winkelposition n zu erreichen. Dem Binärzähler 1 muss daher noch eine digitale Frequenznachlaufsteuerung 4, handelsüblich unter der Bezeichnung phase locker loop (= PLL) erhältlich, vor geschaltet werden. Ihre Daten, nämlich die Schwingfrequenz fp und den Phasenwinkel wsp, erhält sie über den Wegaufnehmer 5. Die Frequenznach- laufsteuerung 4 als solche besteht aus einer Reihenschaltung des Phasenvergleichers ss, des Tiefpassfilters 7 und der Stufe 8 - dem Voltage Controlled Oszillator (VCO) -, die der Erhöhung der Schwingfrequenz fp um den Teilerfaktor N dient. Am Ausgang der letztgenannten Stufe erhält man sodann die phasenstarre und um den Teiler faktor N erhöhte Schwingfrequenz fsp als Zählfrequenz fz zu fz = N . fSp 11. Diese Zähifrequenz gelangt einmal über den Teiler 9 an den Phasenvergleicher 6 und zum anderen gelangt sie an den Eingang des Binärzählers 1. Der Teiler 9 teilt hierbei die Zählfrequenz um den Faktor N. Ferner gelten noch folgende einleitend bereits erläuterte Beziehungen: tn = An . At III. #t = 1/fz ...... IV. Dies vorausgesetzt, lässt sich Gleichung 1 auch umformen zul n = ss max . sin C360 . --......... An ) V. N Dieser Gleichung V ist zu entnehmen, dass die Winkelposition n nur noch von der Anzahl An der Zeitabschnitte At abhängt, da alle anderen Werte als konstant angenommen werden können. Schliesslich ist auch noch eine Steuerschaltung 10 vorhanden, die den Ablauf der einzelnen Funktionen steuert und z.B. auch den Binärzähler 1 jeweils wieder auf Null setzt.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Messen von Abstandspunkten von einem gemeinsamen Bezugspunkt aus und unter Verwendung eines sinusförmig abtasten den Schwingsystems, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass a) eine konstante maximale Winkelauslenkung (ssmax) des Schwing systems vorgegeben wird, b) mit vorgegebenen festen Winkelbeziehungen gemessen wird, c) die Zeitachse t bis tn, auf die der jeweilige Triggerzeitpunkt zu fallen kommt, in diskrete Zeitabschnitte at unterteilt wird und d) die Anzahl An der erforderlichen Zeitabschnitte at bis zum Er reichen des Triggerzeitpunktes tn ausgezählt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d 0 d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die Auszählung ein Digitalzähler, z.B. ein Binärzähler (1), ver wendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Länge der vorzugsweise unter sich gleichen Zeitabschnitte at ent sprechend der Grösse des zulässigen Winkel fehlers gewählt wird. 4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d 0 d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die von einem Wegaufnehmer (5) des Schwingsystems kommende Fre quenz fsp über eine Frequenznachlaufsteuerung (4) und den Binärzähler (1) an die Adresseingänge eines Speichers (2) oder an die Eingänge einer Dekodierschaltung (3) gelangt und eine Steuerschaltung (10) für den Ab lauf der einzelnen Funktionen vorgesehen ist. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e; c h n e t, dass in der Frequenznachlaufsteuerung (4) ein Phasenvergleicher (6), ein Tiefpassfilter (7) und eine die Frequenz fp des Schwingsystems um den Teilerfaktor N erhöhende Stufe (8) in Reihe geschaltet sind, und dass der Ausgang der letztgenannten Stufe über einen Teiler 1/N den Phasenvergleich mit der Spiegel frequenz fsp vornimmt. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5, g e k e n n z e i c h n e t durch den Binärzähler (1) mit folgenden Eigenschaften: a) er ist mit einer Im puls folge ansteuerbar, deren Taktzeitfalge der Zeit des diskreten Zeitabschnitts nt entspricht und b) er beginnt seinen Zähivargang zum Zeitpunkt t einer Zeitfalge t bis tn, so dass beim Erreichen der Anzahl An die Winkelaus lenkung B n und auch der Triggerzeitpunkt tn erreicht sind. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Speicher (2) oder die Dekodier schaltung (3) während des eingangseitigen Anliegens der Anzahl A n den entsprechenden Ausgang markierend und dieser wiederum das Triggersignal tn auslösend ausgebildet sind/ist.

Inventors: STRAUSS, MANFRED
Applicants: ELTRO GMBH GESELLSCHAFT FUR STRAHLUNGSTECHNIK
Application year: 1986
Main classification: G01S17
IPC codes: G01C11