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Vorrichtung und Verfahren zur optischen Messung der Entfernung eines Objekts (DE102007060966A1)
(2009)
Eine Vorrichtung zur optischen Messung der Entfernung eines Objekts weist eine Quelle zur Aussendung optischer Strahlung, die eine eine optische Strahlung transportierende Lichtleitfaser aufweist, ein optisches Element, welches die optische Strahlung fokussiert und auf das Objekt abbildet, und einen Empfänger auf, der die optische Strahlung empfängt und in ein elektrisches Signal zur Weitergabe an eine Steuereinrichtung umwandelt. Die Lichtleitfaser ist mittels einer Verschiebeeinrichtung relativ zu dem optischen Element verschieblich. Ein Abschnitt der Lichtleitfaser führt zu dem Empfänger und ist mittels einer Kopplungseinrichtung mit einem von der Quelle zur Aussendung optischer Strahlung ausgehenden Abschnitt der Lichtleitfaser zu einer einzigen, mittels der Verschiebeeinrichtung verschieblichen Lichtleitfaser gekoppelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufzeitmessung mittels Ultraschall, bei dem ein komplexes Sendesignal erzeugt wird, mit dem zumindest ein Ultraschallsender durch Aussenden eines Ultraschallpulses angesteuert wird. Mit zumindest einem Ultraschallempfänger wird der Ultraschallpuls nach Durchlaufen einer Übertragungsstrecke empfangen und in ein komplexes Empfangssignal gewandelt. Das komplexe Empfangssignal wird mit dem komplexen Sendesignal korreliert, um ein komplexes Korrelationssignal zu erhalten. Das Korrelationssignal wird nicht nur nach Betrag, sondern auch nach Phase ausgewertet, um eine Laufzeit des Ultraschalls auf der Übertragungsstrecke zu bestimmen. Auf diese Weise wird zum einen eine höhere Genauigkeit der Laufzeitmessung erreicht, zum anderen beeinflussen andere akustische Laufwege des Ultraschallpulses die Messgenauigkeit nicht, so dass nur geringe Anforderungen an die Qualität der akustischen Übertragungsstrecke gestellt werden müssen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Temperatur und Luftdruck sowie der Überwachung des Verschleißes von Fahrzeugreifen, wobei hierfür eine Drahtschleife in das Profil eingebettet wird, die bei verschlissenem Reifen unterbrochen wird, die Messung von Temperatur und Druck in einem sehr kleinen, in die Reifenwange einvulkanisierten elektronischen Transponder erfolgt (Bild 2), der die Meßwerte auf Anforderung des Tranceivers induktiv mit einem digitalen Trägerfrequenzverfahren über eine radial in der Reifenwange integrierte Flachspule auf einen am Fahrzeug montierten Transceiver überträgt. Der Transponder besteht erfindungsgemäß aus einem/wenigen Siliziumchips, auf denen Temperatursensor und mikromechanischer Drucksensor zusammen mit einem Mikroprozessor und zugehöriger Auswerte- und Übertragungselektronik integriert sind, sowie wenigen externen Komponenten, alle in einem Kunststoffgehäuse aus einem Material, das aus der gleichen Stoffgruppe kommt wie das Reifenmaterial oder mit diesem sich sehr innig verbinden läßt, zusammengefaßt. Die Kommunikation erfolgt erfindungsgemäß zwischen Transceiver und Transponder in geträgerter digitaler Form, wobei der Transceiver ein Kommando an den Transponder ausstrahlt, der dieses z. B. durch Durchführung der Messung, Kompensation- und Linearisierung der Meßwerte und Übertragung der Meßdaten und/oder weiterer im Transponder gespeicherter Daten beantwortet.
Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur Messung und Aufzeichnung von Temperaturzeitreihen, bei der die Temperatur in regelmäßigen, vorbestimmten Intervallen erfaßt wird und in einem Halbleiterspeicher abgelegt wird. Erfindungsgemäß werden alle erforderlichen Funktionen einschließlich des Sensors und des Speichers in einer integrierten Schaltung zusammengefügt, welche zusammen mit einer Batterie und einem zeitbestimmenden Element (Quarz) in Form einer Chip-Karte integriert werden. Die Chip-Karte kann erfindungsgemäß durch den Hersteller und den Anwender konfiguriert werden, wobei Daten über den Meßvorgang sowie die Meßintervalle auf der Karte gespeichert werden. Die Karte verfügt ferner erfindungsgemäß über mehrere Betriebszustände, wobei im Zustand "passiv" nahezu kein Strom verbraucht wird (Lagerung), im Zustand "aktiv" eine Meßwerterfassung stattfindet, im Zustand "ruhen" alle Funktionen bis auf eine Zeitgeberfunktion inaktiviert sind. Das Auslesen der Daten ist erfindungsgemäß über Paßworte in mehreren Zugangsebenen abgesichert, eine Manipulation wird ebenso verhindert. Die Anzahl der speicherbaren Meßwerte wird erfindungsgemäß durch ein digitales, blockorientiertes Kompressionsverfahren erhöht. Die Auswertung und Darstellung der Daten erfolgt erfindungsgemäß durch ein externes Datenverarbeitungssystem, wobei die Schnittstelle durch Formgebung und elektrische Ausführung kompatibel mit weitverbreiteten Standards ausgeführt ist.
Als Fortsetzung des FHOP-Projektes wurde an der Fachhochschule Offenburg auf Basis des bestehenden Mikroprozessorkerns im Rahmen einer Diplomarbeit ein Mikrocontroller in ES2-0.7 μm-Technologie entworfen. Der Controller wurde modular aufgebaut mit den Komponenten: FHOP-Mikroprozessor, Buscontroller, Waitstate-Chipselect-Einheit, 16x16 Bit Multiplizierer, 2KB ROM, 256 Byte RAM, Watchdog, PIO mit 16 konfigurierbaren Ports, SIO, 2 Timer und ein Interruptcontroller für 8 Interrputquellen.
Der Chip benötigt bei einer Komplexität von ca. 65400 Transistoren eine Siliziumfläche von etwa 27 mm². Er wurde im September 1996 zur Fertigung gegeben und mittlerweile erfolgreich getestet. Das interne ROM des Mikrocontrollers enthält das BIOS sowie ein Testprogramm. Zur Erstellung der Software steht eine komplette Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Sämtliche Komponenten stehen im FHOP-Design-Kit in Kürze zur Verfügung.
Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.