Die Messung der Geschwindigkeit erfolgt im einfachsten Fall durch Ermitteln der Zeit t, die das Messobjekt zwischen zwei definierten Punkten zurücklegt, die einen Abstand s aufweisen (Bild 105).

Bild 105: Messung Strecke pro Zeit

v lässt sich dann bekanntermaßen ermitteln gemäß

(Formel 186)

Das Verfahren wird häufig so implementiert, dass an den zwei definierten Punkten entsprechende Geber wie z.B. Lichtschranken das Passieren des Messobjekts anzeigen. Messanordnungen nach diesem Prinzip sind relativ einfach zu implementieren, die Messung benötigt jedoch prinzipbedingt eine gewisse Messdauer t, kann also keine echte Momentangeschwindigkeit liefern.

Ähnliche Vor- und Nachteile weist das Verfahren nach Bild 106 auf. Es basiert auf der Bestimmung der Drehzahl n eines rotierenden Körpers, woraus dann spezifisch zur Anordnung passend auf eine Lineargeschwindigkeit geschlossen werden kann:

(Formel 187)

Am bekanntesten ist der Einsatz dieses Verfahrens beim Automobil, wo über den Reifenumfang auf die Fahrgeschwindigkeit geschlossen wird. Einen Impuls pro Radumdrehung angenommen gilt für k hierbei

(Formel 188)

mit d als Raddurchmesser. k stellt also den Radumfang dar, weshalb Reifenabnutzungen oder der Übergang zu einer neuen Reifengröße ohne Nachkalibrierung zu entsprechenden Messabweichungen führen. Nimmt man z.B. einen 16-Zoll-Reifen an mit d = 40,64 cm, so führt eine abnutzungsbedingte Verkleinerung des Durchmessers um 1 mm zu einem um ca. 0,25 % zu großen Geschwindigkeitsmesswert (was für die Fahrpraxis selbst kein Problem darstellt).

Bild 106: Bestimmung aus Drehzahl

Bleiben wir beim Beispiel des Automobils. Vielleicht wurde der eine oder andere Leser trotz nach Bild 106 funktionierender Geschwindigkeitsmessung in seinem Automobil schon einmal von einer mobilen „Radarpistole“ der Polizei gemessen. In diesem Fall (wie auch vielen industriellen Anwendungsfällen) erfolgt dies gemäß Bild 107 durch Aussenden eines Radarsignals vom Fahrbahnrand aus in Richtung des Fahrzeugs unter einem gewissen kleineren Winkel φ zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Aufgrund der nie ganz ebenen Frontstruktur eines Fahrzeugs wird stets ein gewisser Signalanteil genau zum Radarsensor wieder zurück reflektiert, wo er dann empfangen wird.

Das Radarsignal besteht aus einem kontinuierlichen Sinussignal konstanter Frequenz (bei aktuellen Radarpistolen übrigens bei 24,125 GHz), einem sog. CW (Continous Wave)- oder auch Dauerstrichsignal. Bei bewegtem Fahrzeug erfährt das Radarsignal eine Frequenzverschiebung fD nach dem Dopplereffekt und zwar zweimal: in Sende- wie auch in Empfangsrichtung. Mit der Wellenlänge λ ist diese

(Formel 189)

vr ist die radiale Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs in Richtung Radarsensor. Sie berechnet sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v gemäß

(Formel 190)
Bild 107: Dopplereffekt mit Radar

Aufgrund der Abhängigkeit von φ wird ein solches Messsystem vor Ort auf einen gewissen Abstrahlwinkel justiert. Kleinere Änderungen dieses Winkels führen nur zu Messabweichungen deutlich unter der üblicherweise einkalkulierten Messtoleranz, da der Graph des Cosinus in Abhängigkeit von φ an dieser Stelle noch relativ flach verläuft.

Nicht beim Automobil, aber bei vielen anspruchsvolleren Geschwindigkeitsmessanwendungen an bewegten Komponenten in der Industrie wird ein anderes, ebenfalls den Dopplereffekt ausnutzendes Verfahren angewandt. Es arbeitet jedoch mit Laser wie in Bild 108 skizziert. Zwei gegenüber der Mittelachse jeweils um einen kleinen Winkel φ versetzte Laserstrahlen werden auf einen Punkt an der Messoberfläche geleitet. Die Laserstrahlen sind in ihrer Lichtintensität sinusförmig mit einer Frequenz f moduliert (die bei praktischen Realisierungen meist erfolgende Anhebung einer der beiden Frequenzen um einen konstanten Betrag, was eine zusätzliche Detektion der Bewegungsrichtung erlaubt, soll hier nicht erörtert werden). Im Projektionspunkt entsteht durch die Überlagerung ein Interferenzmuster. Bei Bewegung der Messoberfläche, die hierzu eine gewisse Struktur aufweisen muss, erfährt das zurück gestreute Laserlicht eine Frequenzverschiebung, die proportional der Messobjektgeschwindigkeit v ist. Im Streulicht sind auch andere Frequenzanteile noch vorhanden, die jedoch in der nachgeschalteten Messelektronik nicht weiter ausgewertet werden.

Bild 108: Dopplereffekt mit Laser

Für die im Gegensatz zu (189) einfache Frequenzverschiebung gilt:

(Formel 191)

d ist hierbei der für eine Messanordnung feste Abstand der Interferenzlinien, der sich wie folgt berechnen lässt, wie man zeigen kann:

(Formel 192)

Die Wellenlänge λ ist abhängig vom verbauten Lasersystem.

Dieses Verfahren erlaubt mit die höchsten Auflösungen und Genauigkeiten unter den industriell eingesetzten Standardverfahren, ist jedoch auch entsprechend teurer. Die Sensoren nennen sich im Englischen auch Laser Surface Velocimeter.

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