DE1673408A1

DE1673408A1 - Einrichtung zur geschwindigkeitsmessung

Info

Publication number: DE1673408A1
Application number: DE19671673408
Authority: DE
Inventors: Maurice Harold Cufflin
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1966-07-19
Filing date: 1967-07-18
Publication date: 1973-02-01
Also published as: US3486032A; NL6709728A; GB1144488A; SE348559B

Description

DR. MÖLLER-BORG DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ

PATENTANWÄLTE

Braunschweig, I? · Juli 1967 Unser Zeichen: JTi/Kh - M

THE MAHGONI COMPANY LIMITED English Electric House, Strand London, W.0.2, England

Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung

Priorität: Großbritannien vom 19. Juli 1966

Nr. 32308/66

Jl

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung der in der deutschen Patentanmeldung M 69 883 IXb/42o beschriebenen Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung und ist insbeaondere zur Geschwindigkeitsmessung bei industriellen /erfahren bestimmt, beispielsweise zur Messung der Ausbritbsgeschwindigkeit eines Stahlbandes aus einem Walzwerk. Sie ist Jedoch nicht auf Anwendungen dieser Art beschränkt, sondern allgemein bei Geschwindigkeits- . mossungon anwendbar, die auch die Messung von Fahrzeuggeiichwindigkoiten einschließen.

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BAD OFUGINAL

Nach der Hauptanmeldung enthält eine Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines beweglichen. Elementes gegenüber einem Bezugspunkt eine oder mehrere lichtelektrische Wandler-Einrichtungen, Mittel, um diese Einrichtung bzw. diese Einrichtungen der -Aktivierung durch Licht von einer sich stetig ändernden Fläche bzw. sich stetig ändernden Flächen des Elementes, die gegenüber dem Bezugspunkt festliegen, auszusetzen, sowie Mittel, um die Bewegung des genannten Elementes gegenüber dem Bezugspunkt der Modulation des Lichtes, welches auf die Einrichtung bzw. die Einrichtungen auftrifft, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der-Bewegung auszunutzen.

Gemäß einer Ausführungsform der in der Hauptanmeldung beschriebenen Einrichtung ist ein Lichtprojektor so angeordnet, daß er auf das Element ein Licht- und Schattenmuster projiziert, das Linien aufweist, die quer zur Richtung der Relativbewegung des Elementes verlaufen, wobei das aus dem Bereich des Musters reflektierte Licht auf eine Photozelle projiziert wird. Das elektrische Ausgangssignal von dieser Zelle enthält eine Hauptkomponente einer Frequenz, die abhängig von der Relativbewegung des Elementes und von dem Abstand der in Bewegungsrichtung quer verlaufenden Linien ist. Durch Messung dieser Fx'equenz in beliebiger bekannter Weise kann die Relativgeschwindigkeit bestimmt werden.

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BAD ORIGINAL

Gemäß der Erfindung soll eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung geschaffen werden, die nach den Prinzipien der in der Hauptanmeldung beschriebenen Einrichtung arbeitet, aber einfacher aufgebaut ist. Insbesondere soll gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung geschaffen werden, bei der eine elektrische Ausgangsgröße, die eine von der Geschwindigkeit abhängige Hauptfrequenzkomponente aufweist, erhalten wird, ohne daß ein Linienmuster aus Licht und Schatten optisch auf die Fläche projiziert wird, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll. Durch die Vermeidung der optischen Projektion eines derartigen Linienmusters kann die erforderliche optische Ausrüstung wesentlich vereinfacht und verbilligt werden.

Gemäß der Erfindung weist eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung eines sich bewegenden Elementes bezüglich eines Bezugspunktes zumindest eine lichtelektrische Wandler-Einrichtung und Mittel auf, um diese Einrichtung der Aktivierung durch Licht von einer sich stetig ändernden Fläche, die gegenüber dem Bezugspunkt festliegt, auszusetzen, wobei diese Einrichtung derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie dem Licht von der Fläche eine Anzahl von in gleichem gegenseitigem Abstand angeordneten lichtempfindlichen Linien darbietet, wobei sich diese Linien in einem Winkel (vorzugsweise einem rechten Winkel) zu der Bewegungsrichtung des

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Lichtes in bezug auf die Einrichtung erstrecken. Das "sich bewegende Element" kann ein Werkstoffelement (zum Beispiel ein sich bewegendes Stahlband) sein,oder es kann lediglich aus einem Bild, einem Muster oder einer sich über eine festeOberfläche bewegenden Darstellung von Licht und Schatten bestehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die lichtelektrische Wandler-Einrichtung aus einer Selenzelle oder ähnlichen Anordnung mit einer Anzahl von zueinander parallelen und im gleichen Abstand angeordneten Draht- oder Streifen-Elektroden mit in den Zwischenräumen vorgesehenem Selen (oder einem anderen geeigneten Material, mit lichtempfindlichem Widerstand wie dotiertem Germanium), wobei wechselweise aufeinanderfolgende Elektroden mit einer Klemme der Zelle und die "übrigen Elektroden mit der anderen Klemme der Zelle verbunden sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die lichtelektrische Wandler-Einrichtung aus einer Selenzelle oder einer ähnlichen Zelle mit einer Selenschicht ( oder einem anderen geeigneten Material mit lichtempfindlichem Widerstand), wobei auf dieser Schicht zwei kammartig geformte Elektroden vorgesehen sind, von denen jede mit einer verschiedenen

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Klemme der Zelle verbunden ist. Die "Zähne" der Käme sind zueinander parallel und in gleichem gegenseitigem Abstand angeordnet, wobei die Zähne der beiden Elektroden ineinander geschoben sind und einen gegenseitigen Abstand aufweisen.

Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung besteht die lichtelektrische Wandler-Einrichtung aus einer Selen-Zelle oder einer anderen Zelle mit einer auf einer metallenen Trägeiäektrode angebrachten Selenschicht (oder einem anderen geeigneten Material

auf mit lichtempfindlichem Widerstand), wobei/der von der Elektrode entfernten Seite der Schicht eine zweite Elektrode mit einer Mehrzahl von parallelen, gleichen gegenseitigen Abstand aufweisenden Linien oder Streifen, die miteinander verbunden sind, vorgesehen ist.

Es ist ersichtlich, daß die erforderliche Hauptfrequenzkomponente, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, in der elektrischen Ausgangsgröße der lichtelektrischen Wandler-Einrichtung durch den Bewegungseffekt des Lichtes über die gleichen Abstand aufweisenden photoempfindlichen Linien erhalten wird, die dem sich relativ bewegenden Licht durch die Einrichtung dargeboten werden. Es ist natürlich bekannt, eine Selen-Zelle aus parallelen Drahtoder Streifenelektroden mit in den Zwischenräumen vorge-

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sehenem Selen aufzubauen. Bei diesen "bekannten Zellen ist jedoch nicht darauf geachtet, daß die Gleichheit des gegenseitigen . Abstandes der Draht- oder Streifenelektroden gewährleistet ist, wie dies bei der Erfindung der Fall sein muß, wenn eine ausreichend gut definierte Hochfrequenzkomponente, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, erhalten werden soll. Überdies liegt bei diesen bekannten Zellen die Anzahl der Elektroden pro Längeneinheit (d.h. die Abmessung rechtwinklig zur Ausdehnungsrichtung der Draht- oder Streifenelektroden) beträchtlich unter dem Wert, welcher gewöhnlich bei einer Zelle zur Ausführung der Erfindung erforderlich ist. Als praktischer Wert kann bei einer gemäß der Erfindung verwendeten Zelle angenommen werden, daß die Elektroden jeweils etwa 0,254- Eua (0,01") breit und um den gleichen Betrag voneinander entfernt sind. Dies zeigt, daß das bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Elektrodensystem einer ZeIe mit einem optischen Gitter mehr verwandt ist als dies für die Elektrodenanordnung einer bekannten Zelle zutrifft.

Vorzugsweise bestehen die Elektroden einer bei der Ausführung der Erfindung verwendeten Zelle aus Ifiiallstäben (z.B. aus Aluminium oder Gold), welche im Vakuum auf das Selen oder ein anderes photoempfindliches Wider-

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standmaterial aufgebracht sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und die

Fig. 2, 5 und 4- teilweise gebrochen dargestellte perspektivische Ansichten dreier Formen von Selen-Zellen, die als Zelle 0 der Fig. 1 verwendbar sind.

Die Figuren 2, 3 und 4 geben die einzelnen Zellen nur schematisch wieder, wobei aufgrund von Schwierigkeiten bei der Darstellung kein Versuch gemacht wurde, die Elektroden oder ihren gegenseitigen Abstand maßstabsgetreu darzustellen.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung zur Messung der Geschwindigkeit eines aus einem Walzwerk (nicht dargestellt) austretenden Stahlbandes S. Eine Lichtquelle L beleuchtet eine Fläche A auf dem Streifen, wobei die Fläche aisgroßer, kreisförmiger Fleck dargestellt ist, aber auch jede geeignete andere Form und Größe haben kann. Wenn das Band heiß genug ist,

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um selbst genügend Licht oder Strahlung zur Aktivierung des verwendeten Iichtelektrisehen Wandlers abzugeben, kann auf die Quelle L verzichtet werden. Das von dem Band kommende Licht wird auf eine Selen-Zelle C projiziert, die in der Weise augebildet ist, daß ihre elektrische Ausgangsgröße eine Hauptfrequenzkomponente enthält, die von der Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes abhängig ist. Das Licht wird auf die Zelle C mittels einer geeigneten Linsenanordnung O fokussiert. Die Ausgangsgröße der Zelle O wird mittels eines Verstärkers M verstärkt, und die Messung der Bewegungsgeschwindigkeit erfolgt mittels eines Frequenzmessers F, der die Freqzenz der Hauptkomponente mißt und direkt in Einheiten der Geschwindigkeit geeicht sein kann.

Eine Ausführungsform der Zelle C ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Zelle besteht aus einer Trägerplatte 1, beispielsweise aus Glasfaser," auf der zueinander parallele, gleichen gegenseitigen Abstand aufweisende Drähte oder vorzugsweise darauf abgelagerte Metallstreifen-Elektroden 2 vorgesehen sind, zwischen denen sich Selen 3 befindet. Das Selen ist geeigneterweise als Schicht auf der Platte ausgebildet, wobei die Elektroden auf diese Schicht aufgebracht sind. Jeweils abwechselnd aufeinanderfolgende Elektroden sind mit einer Klemme 4- der Zelle verbunden, und die verbleibenden EIeMröden liegen an der anderen Klemme 5· Die Zelle ist derart angeordnet, daß sich die Elektroden rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des

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BAD ORfGiNAL

Bandes 1 (Fig.l), wie von der Zelle "gesehen", erstrecken.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform werden

die Elektroden von den "Zähnen" zweier ineinander geschobener Metall-"Kämme" 12 und 22 gebildet, die auf einer Schicht 3 aus Selen auf einer Glasfaserträgerplatte 1 aufgebracht sind. Ein Kamm ist mit der Klemme 4 und der andere mit der Klemme 5 verbunden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist nur ein einziger Metallkamm 32 auf eine Schicht 3 aus Selen aufgebracht, die auf einer Metallträgerplatte 6 (z.B. Messing) aufgebracht ist. Der Kamm ist mit einer Klemme 5 verbunden, und die Trägerplatte Hegt an der anderen Klemme 4·.

Die Selen-Zelle kann durch eine andere Zelle ersetzt werden, bei der anstelle von Selen ein anderes geeignetes Material, wie z.B. dotiertes Germanium, mit photoempfindlichem Widerstand verwendet ist.

In allen Fällen werden die Elektroden vorzugsweise im Vakuum aufgebracht und können beispielsweise aus abgeschiedenem Aluminium oder Gold bestehen. Zur Ver-

en . "

anschaulichung sol^ im folgenden einige praktische Werte

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für die Ausführungsform nach Fig. 3, welche gegenwärtig bevorzugt wird, angegeben werden. Die Grundplatte 1 kann aus einem Viereck mit Seitenlängen zwischen 12,7 und. 25,4 mm (1/2" to 1^!1 square) bestehen,, die Selenschicht kann eine Dicke von 0,381 mm (0,015") aufweisen, und die Dicke der Metallkämme kann zwischen 0,0254 und 0,0508 mm (Ο,ΟΟΓ' to 0,002") betragen, wobei jeder Kammzahn eine Breite von 0,254 mm (0,010") aufweisen und der Abstand zwischen benachbarten, ineinandergreifenden - Zähnen (jeweils einer von jedem Kamm) ebenfalls 0,254mm (0,010") betragen kann.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das sich bewegende Element - das Stahlband S -, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, ein Werkstoffelement, das sich bezüglich der Zelle C selbst bewegt. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß dies stets der Fall ist, da das "sich bewegende Element" auch lediglich ein Bild φ oder sin H-rster oder ein Bild aus Licht und Schatten sein kann, das sich auf einer festen Fläche bewegt. Beispielsweise könnte das "sich bewegende Element" ein Licht- und Schatten-Bild oder eine auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, z.B. auf einemP.P.I.-Radarsichtgerät, erzeugte Darstellung sein. Offensichtlich würde die Einrichtung von Fig. 1 die Bewegungsgeschwindigkeit eines solchen Bildes in einer speziellen Richtung über den Bildschirm der Sichtröhre messen, obwohl sich der Bildschirm der Rohre selbst nicht bewegt.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines sich gegenüber einem Bezugspunkt bewegenden Elementes mit zumindest einer lichtelektrischen Wandler-Einrichtung, Mittel, um diese Einrichtung oder diese -Einrichtungen der Aktivierung durch Licht von einem sich stetig ändernden Bereich oder sich stetig ändernden Bereichen des Elementes, die gegenüber dem Bezugspunkt fest sind, auszusetzen, sowie mit Anordnungen, um die Bewegung des Elementes gegenüber dem Bezugspunkt zur Modulation des Lichtes, welches auf die Einrichtung bzw. die Einrichtungen auftrifft, abhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung auszunutzen, nach Patent.... (Patentanmeldung M 69 883 IXb/42o), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, daß dem von der Fläche kommenden Licht eine Anzahl von gleichen gegenseitigen Abstand aufweisenden photosensiblen Linien dargeboten wird und daß diese Linien sich in einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Lichtes relativ zu der Einrichtung erstrecken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ein rechter Winkel ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bewegende Element ein tatsächliches Werkstoffelement ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bewegende Element ein sich über eine feste Fläche bewegendes Bild, Muster, oder eine Licht- und Schattendarstellung ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da„ durch gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Wandler-Einrichtung eine Selen-Zelle oder eine ähnliche Zelle ist, die eine Anzahl von zueinander parallelen, gleichen gegenseitigen Abstand aufweisenden Draht- oder Streifenelektroden mit in den Zwischenräumen angeordnetem Selen oder einem anderen photοsensiblen Material besteht, und daß abwechselnd aufeinanderfolgende Elektroden mit einer Klemme der Zelle und die verbleibenden Elektroden mit der anderen Klemme der Zelle verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Wandler-Einrichtung aus einer Selen-Zelle oder einer ähnlichen Zelle mit einer Selenschicht besteht, auf der zwei kammförmige Elektroden aufgebracht sind, von denen jede mit einer verschiedenen Klemme der

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Zelle verbunden ist, und daß die Zähne der Kämme zueinander parallel sind und gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen, wobei die Zähne der Elektroden ineinander geschoben sind und einen gegenseitigen Abstand aufweisen.

?· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Wandler-Einrichtung eine Selen-Zelle oder eine ähnliche Zelle mit einer auf einer Wetall-Trägerelektrode aufgebrachten Selenschicht oder ähnlichen Schicht besteht und daß auf der von dieser Elektrode entfernten Seite der Schicht eine zweite Elektrode vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von parallelen, gleichen gegenseitigen Abstand aufweisenden Linien oder Streifen besitzt, die zusammengeschaltet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Zelle aus Metallammellen bestehen, die im Vakuum auf das Selen oder das andere photosensible Widerstandsmaterial abgelagert wurden.

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