201167. lajstromszámú szabadalom • Ultrahangos érzékelő, előnyösen behatolás érzékelésére
1 HU 201 i 67 B 2 Az ultrahang adó és ultrahang vevő közötti közvetlen-jelek kiküszöbölése szempontjából nem feltétlenül szükséges, hogy az adó iránysugárzó legyen, elegendő például az is, ha a vevőhöz érkező ultrahanghullámok irányítottságáról pl. egy irányító csővel gondoskodunk. A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon példaképpen ábrázolt kiviteli alakok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábra a találmány szerinti ultrahangos érzékelő elvi vázlata és a 2. ábra az 1. ábra szerinti érzékelő működését szemléltető jelek idődiagrammja. Az 1. ábrán látható a visszaverő 3 felülettel (pl. fal) szemben elhelyezett érzékelő ultrahang 1 adója, ultrahang 2 vevője, a 2 vevő kimenete és az 1 adó engedélyező bemenete közé kapcsolt 4 tiltó kapu, valamint a 2 vevő kimenetére csatlakoztatott 5 jelformáló egység. A figyelt térben mozgó 6 tárgy a visszaverő 3 felület és az érzékelő között helyezkedik el. Az ultrahang 1 adót és 2 vevőt úgy kell telepíteni a felügyelt térben, hogy az 1 adót és a 2 vevőt összekötő egyenes felezőpontjára merőleges erre is merőleges 3 felülettel találkozzon. Csakis ilyenkor biztosított, hogy az adó ultrahang hullámai a vevőbe visszajutnak. Ez azonban általában mindenütt könnyen megoldható telepítési kérdés. A találmány szerinti ultrahangos érzékelő működése alaphelyzetben a következő. Az 1 adó ultrahang hullámokat kezd el sugározni, amelyek a 3 felületről visszaverődve a 2 vevőbe jutnak. A vevő kimenetén az ultrahang hullámoknak megfelelő villamos jelalak jelenik meg, ami a 4 tiltó kapu bemenetére jut. A 4 tiltó kapu a 2 vevő jelét detektálva magas szintű jelet generál a kimenetén, ami az 1 adó engedélyező bemenetére kerül. A 4 tiltó kapu magas szintű kimenő jele letiltja az 1 adót, és ezzel megszűnik az ultrahang sugárzás is. Könnyen belátható, hogy a tiltó jel szélessége és jelszünet ideje is megegyezik az ultrahang hullám visszaverődési idejével, tehát a 4 tiltó kapu kimenetén 1:1 kitöltési tényezőjű, állandó frekvenciájú négyszögjel keletkezik. Ez azonban csak a nyugalmi állapotban igaz, tehát akkor, ha az érzékelő és a visszaverő 3 felület között nem jelenik meg mozgó 6 tárgy. Zavaró 6 tárgy megjelenésekor az 1 adóból kisugárzott ultrahang hullámok nem a 3 felületről, hanem az annál közelebb lévő 6 tárgyról verődnek vissza, így a távolsággal arányosan a futásidő is rövidebb lesz. A rövidebb futásidő rövidebb tiltójelet és ezzel nagyobb frekvenciájú, de ugyancsak 1:1 kitöltési tényezőjű négyszögjelet eredményez a 4 tiltó kapu kimenetén. Ez az eset egyenértékű azzal, mintha a 3 felület került volna közelebb az 1 adóhoz, illetve a 2 vevőhöz. Mindkét esetben igaz tehát, hogy az ultrahangot kibocsátó 1 adó addig sugározza az ultrahangot, amíg a visszaverődő ultrahang azt le nem tiltja. A letiltás után érkező visszhangjelek még egy ideig folyamatosan tovább érkeznek, így a tiltást fenntartják. Mikor az utolsó visszhangjel is megéikezett, a tiltás megszűnik és az adó ismét sugározni kezd. Ez periodikusan ismétlődik, mégpedig olyan frekvenciával, amely az ultrahang hullám futásidejével jellemezhető. A 2 vevő kimenetére csatlakoztatott 5 jelformáló egység kimenetén a 4 tiltó kapu kimeneti jelével azonos frekvenciájú szinuszos jel jön létre. így a kimeneti változó frekvencia már ismert módon, a Doppler elven működő, hagyományos érzékelők kimenetére kapcsolt áramkörrel értékelhető ki. A zavaró 6 tárgyról csak abban az esetben érkeznek vissza ultrahanghullámok, ha a zavaró tárgynak az adót és a vevőt összekötő szakaszt felező merőlegesre szintén merőleges felülete, illetve felületének érintője van. Ilyen merőleges felületelemmel, illetve érintővel a gyakorlatban minden amorf tárgy, - pl. emberi test is - rendelkezik. Ilyen amorf tárgy elhaladásakor rövid időre bekövetkezhet olyen állapot is, amikor nem kerül visszavert ultrahanghullám a 2 vevőbe, ez azonban nem azonos a „megszakítás elvének” érvényesülésével, mert az 4 tiltó kapu és 5 jelformáló egység kimenetén jelentkező pregnáns frekvenciaváltozásban nyilvánul meg. Ha tehát a találmány leírásában szereplő példa szerint a 3 fal 5 m-re van az adótól (és a vevőtől is), az 5 jelformáló egység állandóan 33 Hz frekvenciájú jelet bocsát ki. Ha azonban zavaró (amorf) felület halad el a 3 faltól 50 cm-re, először nem kerül letiltó csomag az adóhoz, vagyis az 5 jelformáló egység frekvenciája 0 felé tart. Azt azonban nem éri el, mivel rövid időn belül az adó által kibocsátott ultrahanghullámok olyan felületelemmel találkoznak, amelyekről visszaverődnek és a vevőbe érve magasabb frekvenciájú kimenő jelet eredményeznek a 4 tiltó kapu és az 5 jelformáló egység kimenetén, vagyis a visszaverődés átmeneti, tranziens szünetelése nem eredményez 0 Hz frekvenciájú jelet és így a jelenség nem azonosítható a „megszakítás elvével”. A zavaró 6 tárgy elhaladása pregnáns és jól érzékelhető frekvenciaváltozást eredményez. A visszavert jel teljes kimaradása csak abban a szélsőséges, gyakorlatban soha elő nem forduló esetben jöhet létre, ha a zavaró 6 tárgy úgynevezett abszolút ferde sík. Ilyenkor az abszolút ferde sík elhaladása alatt tényleg a „megszakítás elve” érvényesülhet, de csakis arra az időre, amíg a ferde sík mozdulatlanul a sugárnyalábban tartózkodik. Ha azonban ez a ferde sík pl. 50 cm-es vetülettel rendelkezik és haladási sebessége 0,5 m/s, akkor 1 s időtartamig szünetel a visszaverődés, ami még nem hoz létre 0 Hz frekvenciájú jelet, viszont pregnáns frekvenciaváltozást eredményez a 4 tiltó kapu és az 5 jelformáló egység kimenetén. A 2. ábrán láthatjuk az adóból kibocsátott, a vevő által vett, a tiltó kapu és a jelformáló egység kimenetén megjelenő jeleket az érzékelő nyugalmi állapotában és egy mozgó tárgy észlelése közben. Az ábrán jól látható, hogy az 1 adó és a 2 vevő jelei felváltva jelennek meg és ugyanannyi ideig vannak jelen. A 4 tiltó kapu jele a vevő jeleivel együtt jelenik meg és letiltja az 1 adót. A visszaverő 3 felület változatlan távolsága - mint az ábrán is látható - TI ideig változatlan frekvenciájú jelet eredményez. TI időpontban az érzékelő és a 3 felület között megjelenő mozgó 6 tárgy hatására ugrásszerűen megváltozik, mégpedig úgy, hogy a kisebb távolság miatt lecsökkent visszaverődési idő miatt lerövidülnek az 1 adó és a 2 vevő jelei, tehát megnő a 4 tiltó kapu és az 5 jelformáló egység kimenő jelének frekvenciája. A frekvencianövekedés a távolságváltozással arányos. T2 időpontban a mozgó tárgy elhagyja az érzékelő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
