Laufzeitmessung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Laufzeitmessung ist ein Verfahren zur indirekten Entfernungs- oder Geschwindigkeitsmessung durch Messung jener Zeit, die ein Signal für das Durchlaufen der Messstrecke benötigt.

Je nach Art des Signals spricht man bei Geräten, welche die Laufzeitmessung verwenden, entweder von

Bei Laufzeitmessungen werden im Wesentlichen nur Zeitdifferenzen bestimmt. Daher benötigen sie -- im Gegensatz zu Messungen in einer absoluten Zeitskala (Weltzeit, Atomzeit, Sternzeit usw.) -- nur ein relatives Zeitsystem, also ohne definierten Nullpunkt.

Fledermaus und Delphin als Vorbild[Bearbeiten]

Schaubild

Bekanntes Vorbild in der Natur ist das Orientierungssystem der Fledermäuse. Diese aktiv fliegenden und weltweit verbreiteten Säugetiere sind in der Lage, sich auch in völliger Dunkelheit zu orientieren. Mit Hilfe der Echoortung können sie Entfernung und Richtung von Hindernissen und Beutetieren aus den Reflexionssignalen orten. Delfine können sogar die als Echosignale in einer bestimmten Situation gehörten „Bilder“ wiedergeben und so den Artgenossen Mitteilungen über diese Situation machen.

Dieses Verfahren der Laufzeitmessung zur Orientation kann auch der Mensch sich antrainieren. Es kann dann völlig blinden Menschen zur Orientierung dienen.

Im Gegensatz zur indirekten Ortung steht die Lokalisation der Direktsignale einer Schallquelle.

Technische Umsetzung[Bearbeiten]

Prinzip der Laufzeitmessung

Da elektromagnetische Wellen sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, sind die Laufzeiten bei kurzen Strecken extrem klein. Die Zeitmessung erfolgt daher mit speziellen Kurzzeitmessern oder Intervallzählern, im Labor auch mit dem Oszilloskop. Erste Anwendungen waren Entfernungs-Schätzungen mittels Laufzeitdifferenz von Licht und Schall (Blitz-Donner, Kanonenschüsse) und die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit.

Bei Distanzmessungen geht der Entfernungsbereich von einigen Metern (Handlaser für Bauwesen usw.) über einige Kilometer (EDM für Vermessung und Geowissenschaften) bis Millionen von Kilometern in Astronomie und Raumfahrt.

Die Laufzeitmessung verwendet hauptsächlich:

  1. elektrische Signale und Oszillatoren (Schwing- und Regelkreise); wichtigste Anwendungen in Labor- und Zeitmessung, Elektrotechnik, Computer-Betriebssysteme usw.)
  2. Schall oder Ultraschall, beispielsweise für Tiefenmessung mit Echolot
  3. Lichtwellen und Infrarot für Distanzmessungen, oft in Form von Laserstrahlen
  4. Radiowellen mit Wellenlängen einiger Milli- bzw. Zentimeter (beispielsweise Radar und GPS) bis Meter
  5. Sehr kurze elektrische Impulse zur Fehlerortung in Kabeln.

Über größere Strecken (2,3) werden oft Echoverfahren oder Reflektoren verwendet, um ausreichend starke Messsignale zu erhalten. Bei Radiowellen (4) ist auch aktive Beantwortung mit Transpondern in Gebrauch. Für reflektierte Signale wird die Distanz errechnet als D=c\cdot t/2, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit c von der Brechzahl des Mediums abhängt (für Licht in Bodennähe etwa 1,0003) und t die Signallaufzeit bezeichnet.

Anwendungen[Bearbeiten]

Die wichtigsten Anwendungen sind:

Weblinks[Bearbeiten]