NO873982L - Fremgangsmaate og anordning for maaling av en avstand ved hjelp av ultralydpulser. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for måling av en avstand mellom to punkter ved hjelp av ultralydpulser.

Det er velkjent at avstanden mellom to punkter kan måles

på forskjellige måter. Det er kjent å sende et elektromagnetisk, akustisk eller optisk signal fra et opprinnelsespunkt slik at det blir reflektert tilbake fra et målpunkt til opprinnelsespunktet. Avstanden mellom punktene blir bestemt på grunnlag av overføringstiden til og fra målpuktet. Ved denne målemetoden er et passivt ekko fra målpunktet vanligvis ikke tilstrekkelig, men målet må forsynes med en reflektor slik at størrelsen på ekkoet som skal mottas, blir tilstrekkelig.

I US-patent nr. 4.254.478 er det videre beskrevet en fremgangsmåte for bestemmelse av en avstand ved hjelp av ultralydpulser, hvor målpunktet er forsynt med en sender som sender pulsen tilbake til opprinnelsespunktet etter en bestemt forsinkelse. Hensikten med forsinkelsen er å eliminere mulige forstyrrende ekko fra omgivelsene.

En ulempe ved denne kjente fremgangsmåte til bestemmelse

av en avstand ved hjelp av ultralydpulser, er at sender- og mottager-anordningene er separate, og de er konstruert for å virke avhengig av om de er anbragt ved opprinnelsespunktet eller ved målpunktet til mellomrommet. Videre kan måleresultatet bare avleses ved den ene enden av mellomrommet. På grunn av målemetodens stive beskaffenhet er det ikke lett å observere en varierende avstand mellom målepunktene.

Ofte ville det imidlertid være ønskelig at observatører

ved forskjellige punkter lett kunne følge hverandres bevegelser og kontinuerlig styre avstanden mellom stedene. Dette er nødvendig for f.eks. politimenn, dykkere og når det gjelder landmåling og bygging.

Formålet med oppfinnelsen er å eliminere de ovennevnte ulemper og tilveiebringe en fremgangsmåte for måling av avstander, hvilken fremgangsmåte muliggjør en mer fleksibel operasjon enn kjente fremgangsmåter. Dette blir oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte slik som angitt i ingressen til til krav 1, ytterligere kjennetegnet ved de trinn som beskrives i kravets karakteriserende del.

Den grunnliggende idé ved oppfinnelsen er således å tilveiebringe en fremgangsmåte for måling av en avstand på en slik måte at anordninger anbragt ved forskjellige punkter, vekselvirker med hverandre kontinuerlig, og at måleresultatet er synlig i begge innretningene.

For det andre er formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe en måleanordning som er egnet for utførelse av fremgangsmåten og som sikrer den enklest mulige bruk. Dette blir oppnådd i samsvar med de trekk som angis i krav 4.

Siden anordningene som er anbragt ved de forskjellige punkter, er identiske, vil selv en legmann som er ukjent med måleteknikkene, finne det lett å bruke dem, og han trenger ikke å vite om han skal ha med seg en anordning beregnet for opprinnelsespunktet eller en anordning beregnet for målpunktet. Den identiske oppbygning av anordningene gjør dem også lettere

å realisere og fremstille industrielt.

I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet mer detaljert under henvisning til den vedføyde tegning, hvor: Figur 1 er en forenklet skisse av sender/mottager-enheter som brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og vekselvirk-ningen mellom dem, Figur 2 illustrerer på en tidsakse de signifikante hendelser i måleprosedyren på figur 1, Figur 3 er et blokkskjema over oppbygningen av sender/mottager-enheten som brukes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

På figur 1 er sender/mottager-enhetene LVA og LVB anbragt

i en bestemt avstand fra hverandre. Sender/mottager-enheten LVA omfatter en sender La og en mottager Va, og sender/mottager-enheten LVB omfatter tilsvarende en sender Lb og en mottager Vb. Målingen kan påbegynnes ved begge ender av målestrekningen. I det følgende eksempel blir målingen påbegynt ved hjelp av anordningen LVA ved å sende en ultralydpuls med senderen La til anordningen LVB, idet telleren i anordningen LVA blir startet samtidig (telleren er ikke vist på figur 1 for klarhetens skyld). På figur 2 illustrerer den øvre tidsaksen som er merket LVA, de signifikante hendelser i anordningen LVA og den nedre tidsaksen som er merket LVB, illustrerer de signifikante

hendelser i anordningen LVB. Detøyeblikk da anordningen LVA sender en ultralydpuls USP1, er indikert ved ved ti på tidsaksen. Pulsen blir mottatt av mottageren Vbved tiden t2, og forsinkelsesanordningen i anordningen LVB blir startet samtidig (denne anordningen er ikke vist på figur 1). Overføringstiden fra anordningen LVA til anordningen LVB er indikert med T på figur 1 og 2. Forsinkelsen har til hensikt å forsinke overfø-ringen inntil alle mulige forstyrrende refleksjoner er dødd ut. Etter at forsinkelsestiden ved 5t i anordningen LVB er gått ut, sender senderen Lb en ultralydpuls USP2ved tiden t3, og telleren i anordningen LVB blir startet samtidig (telleren er ikke vist på figur 1). Den utsendte pulsen blir mottatt etter overføringstiden T ved tiden t4i anordningen LVA, idet forsinkelsesanordningen i anordningen LVA blir startet samtidig (anordningen er ikke vist), og den telleren som ble startet tidligere ved tidspunktet ti , blir stoppet, hvoretter måleresultatet som er beregnet på grunnlag av tidsintervallet som måles av telleren, kan avleses i anordningen LVA. Etter forsinkelsestiden 5t i anordningen LVA, som fortrinnsvis er lik forsinkelsen i anordningen LVB, sender senderen La en ultralydpuls USP3ved tidspunktet ts , hvilken puls blir mottatt av mottageren Vbi anordningen LVB etter overføringstiden T ved et tidspunkt te,

og som et resultat av dette blir forsinkelsesanordningen i anordningen LVB startet, og den telleren som ble startet tidligere ved tidspunktet ta, blir stoppet, hvoretter måleresultatet er synlig også i anordningen LVB. Etter forsinkelsestiden 6t i anordningen LVB, sender anordningen igjen en ultralydpuls, og måleprosedyren fortsetter som beskrevet ovenfor idet anordningene vekselvirker kontinuerlig med hverandre. For tydelighets skyld er synkroniseringen av anordningene ved begynnelsen av måleprosedyren ikke blitt beskrevet, fordi den ikke tilhører den grunnleggende idé ved oppfinnelsen.

Lengden av forsinkelsestiden 5t i anordningene må velges slik at den er tilstrekkelig lang i forhold til den største arbeidsavstand mellom anordningene og pulsens løpetid i mediet. Når forsinkelsen 5t og pulsens forplantningshastighet i mediet er kjent, kan selvsagt avstanden mellom anordningene beregnes på grunnlag av det målte tidsintervall. Figur 3 illustrerer nærmere oppbygningen av sender/mottager-enheten LVA eller LVB i henhold til oppfinnelsen. Som nevnt ovenfor er anordningene identiske. En sender/mottager-sensor 1 som arbeider ved like sender- og mottager-frekvenser er forbundet med en sender/mottager-komponent 2 hvis mottagerside omfatter en mottager-forsterker 3 koblet etter sensoren 1, og en detektorkrets 4 og en pulsformende krets 5 koblet etter mottager-forsterkeren. På sendersiden blir en puls tilført sensoren 1 gjennom en sender-forsterker 6. Sender/mottager-komponenten 2 er koblet gjennom en buss 7 til en teller og styreport-komponent 8 som kommuniserer gjennom en toveis buss 10 med en prosessor-komponent 9 som styrer apparatets operasjoner. Prosessor-komponenten 9 styrer en fremvisningsenhet 11 over en buss 12. En kalibrerings-komponent 13 er koblet både til teller og styreport-komponenten 8 og til prosessor-komponenten 9. Anordningens programmerbarhet er representert av en program-komponent 14 som er festet til prosessor-komponenten 9. Figur 3 viser også en strømkilde-komponent 15 som leverer strøm til anordningen.

Siden forplantningshastigheten til ultralydpulsen varierer avhengig av f.eks. mediet og dets temperatur, er det nødvendig å kalibrere anordningen for arbeidsbetingelsene i hvert spesielt tilfelle. Denne målingen av forplantningshastigheten ved hjelp av kalibrerings-komponenten 13, kan utføres på mange måter, f.eks. manuelt over en kjent avstand, eller automatisk, hvorved prosessor-komponenten 9 korrigerer måleresultatet. Da kalibreringen imidlertid er kjent for fagfolk på området, ligger den ikke innenfor rammen for oppfinnelsen, så den blir ikke diskutert nærmere her.

Forsinkelsene 6t som er essensielle for anordningene, kan bevirkes av prosessoren 9 som styrer anordningens operasjoner, og derfor er ingen separate forsinkelsesanordninger vist på figur 3. Prosessoren 9 blir informert om en mottatt puls gjennom styreportene og kanalen 10, og den avgir et sendersignal til sender/mottager-komponenten etter forsinkelsestiden. Kompensasjonen for forsinkelsen for å tilveiebringe et korrekt måleresultat, kan også utføres av prosessoren 9 slik at forsinkelsen blir tatt i betraktning når prosessoren beregner måleresultatet. Alternativt kan kompensasjonen utgjøres i teller og styreport-komponenten 9 slik at telleren ikke påbegynner den effektive telling før forsinkelsestiden er passert etter tellerens mottagelse av startpulsen.

Ønskede måleresultater kan lagres i prosessor-komponentens

9 lager. Videre er det mulig å fremvise på fremvisningsanord-ningen 11 ikke bare den målte avstand, men også endringen i en avstand for eksempel. Selvfølgelig er det også mulig å utføre andre beregningsoperasjoner ved hjelp av prosessoren 9 og fremvise dem på fremviser-enheten 11.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor under henvisning til det eksempel som er vist på tegningen, er det klart at oppfinnelsen ikke er begrenset til denne utførelsesfor-men, men at den kan modifiseres på forskjellige måter. Hvis for eksempel ingen respons oppnås på en utsendt ultralydpuls etter en bestemt tidsperiode, kan utsendelsen av pulsen fortsettes inntil en svarpuls oppnås fra den andre anordningen. Tilsvarende kan de konstruksjonsmessige detaljer ved sender/mottager-enheten varieres betydelig innenfor den oppfinnelsesramme som fremgår av kravene. Det er også mulig å bruke mer enn to anordninger samtidig ved å synkronisere anordningene med hverandre, f.eks. ved alternerende å måle avstanden mellom to vilkårlige anordninger.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for måling av en avstand mellom to punkter ved hjelp av ultralyd-pulser, omfattende følgende trinn: (a) utsendelse av en ultralydpuls (USPi) ved hjelp av en sender/-mottager (LVA) som er anordnet ved et opprinnelsespunkt, til et målpunkt, hvorved en teller (8) i senderen/mottageren (LVA) blir startet; (b) mottagelse av ultralydpulsen (USPi) ved hjelp av en sender/mottager (LVB) anbragt ved målpunktet, hvorved en bestemt forsinkelsestid i senderen/mottageren (LVB) blir startet; (c) utsendelse av en ultralydpuls (USP2 ) av senderen/mottageren (LVB) til opprinnelsespunktet etter at forsinkelsestiden er passert, hvorved en teller (8) i senderen/mottageren (LVB) blir startet; (d) mottagelse av ultralydpulsen (USP2 ) ved hjelp av senderen/mottageren (LVA) ved opprinnelsespunktet, hvorved en bestemt forsinkelsestid for senderen/mottageren (LVA) blir startet samtidig, telleren (8) i denne blir stoppet og måleresultatet blir fremvist i senderen/mottageren (LVA); (e) utsendelse av en ultralydpuls (USP3 ) fra senderen/mottageren (LVA) til målpunktet etter at forsinkelsestiden til senderen/mottageren (LVA) er passert, hvorved telleren (8) i denne blir startet; (f) mottagelse av ultralydpulsen (USP3 ) ved hjelp av senderen/mottageren (LVB) ved målpunktet, hvorved forsinkelsestiden til senderen/mottageren (LVB) blir startet samtidig og telleren (8) i denne blir stoppet, karakterisert ved at like forsinkelsestider (5t) og like frekvenser blir brukt i senderne/mottagerne (LVA,LVB), hvorved (g) måleresultatet i trinn (f) blir fremvist også i senderen/mottageren (LVB) som er anbragt ved målpunktet, og (h) målingen fortsetter fra trinn (c) inntil den avbrytes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellige måleresultater blir lagret i et lager for behandling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at en avstandsendring fortrinnsvis blir fremvist i tillegg til en målt avstand mellom anordningene.

4. Anordning for måling av en avstand mellom to punkter ved hjelp av forplantningstiden til ultralydpulser, omfattende sendere/mottagere (LVA,LVB) anbragt ved et opprinnelsespunkt og et målpunkt, hvor hver sender/mottager i kombinasjon omfatter: en sender (La, Lb ) og en mottager (Va,Vb ) for utsendelse og mottagelse av ultralydpulser; en teller-komponent (8) for å tilveiebringe en telling proporsjonal med forplantningstiden til ultralydpulsen; forsinkelsesanordninger (8,9) for å bestemme en forsinkelsestid (5t) mellom mottagnings-tidspunktet for ultralydpulsen og et påfølgende sendetidspunkt, karakterisert ved at senderne/mottagerne (LVA,LVB) er identiske med hverandre, idet alle deres sendere (La,Lb ) og mottagere (Va,Vb ) arbeider ved samme frekvens.