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Winkelmessgerät, Sextant od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Winkelmessgerät von ähnlicher Ausführung wie die bekannten
Sextanten, Octoganten, Quadranten od. dgl. mit dem Unterschied, dass sie nicht für Lichtstrahlen, sondern auch für infrarote Strahlen empfindlich sind, um die Lage der Sonne oder anderer Himmelskörper bei bedecktem Himmel bestimmen zu können.
Die Benutzung infraroter Strahlen zum Aufhellen durch Nebel oder Dunkelheit schwer sichtbarer
Gegenstände ist bekannt. Zu diesem Zwecke werden durch einen Scheinwerfer infrarote Strahlen auf den betreffenden Körper, z. B. auf ein Schiff od. dgl., geworfen, welche Strahlen von dem Schiff reflektiert, mit Hilfe von photoelektrischen Zellen und Neonröhren einem Beobachter sichtbar gemacht werden können. Diese Vorrichtung besitzt keinerlei Mittel zur Bestimmung der Richtung, aus der etwaige Wärmestrahlen kommen und der aufzuhellende Körper, welcher die infraroten Strahlen reflektieren soll, wirkt eher als Zerstreuer und absorbiert teilweise die Strahlen, als dass er sie reflektiert. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, bei bedecktem Himmel die Stellung der Sonne oder eines andern Himmelskörpers bestimmen zu können.
Gemäss der Erfindung wird ein Detektor für direkte Wärme-oder infrarote Strahlen in einem einem Sextanten, Quadranten od. dgl. ähnlichen Instrument angebracht, mit dem durch Ausrichten des Detektors und gleichzeitiges Anvisieren eines Vergleichsobjektes die Stellung eines der Sicht entzogenen Wärme ausstrahlenden Körpers gemessen wird. Dabei ist der Detektor auf dem über der Gradteilung des Sextanten schwingenden Hebel befestigt. Dieser Hebel trägt ferner ein Rohrstück und ist auf einem die Gradteilung tragenden Rahmen, wie bei Sextanten üblich, gelagert, so dass beim Ausrichten des Rohrstückes gegen den strahlenden Körper die infraroten Strahlen auf den Detektor fallen und ihn zur Wirksamkeit bringen. Der Detektor ist im Drehpunkt des Hebels eingesetzt, so dass er an den Bewegungen des Hebels nicht teilnimmt.
Der schwingbare Hebel trägt ausser dem teilweise offenen Rohrstück noch eine Abschirmung, die dazu dient, die Ebene, in der der Strahlungskörper liegt, aufzufinden und gleichzeitig den Detektor gegen alle Wärmestrahlen ausser den durch das Rohrstück eintretenden abzuschirmen.
Von dem Detektor wird ein elektromagnetisches Anzeigeinstrument betätigt, durch dessen Höehstaus- schlag das Maximum an Strahlen, das durch das Rohrstück auf den Detektor fällt, und damit die Lage des Himmelskörpers festgesetzt wird.
Zur Ansammlung einer grösseren Menge von infraroten Strahlen auf dem Detektor kann zweckmässig ein Sammelspiegel vorgesehen werden. Dieser ist vorzugsweise parabolisch und mit dem Detektor auf dem schwingbaren Hebel angebracht. Ebenso zur Verstärkung kann eine für infrarote Strahlen durchlässige Sammellinse in deren Brennpunkt der Detektor liegt, angebracht werden. Eine solche Sammellinse ist zweckmässig in einem auf dem auf der Gradteilung gleitenden Hebel sitzenden Rohrstück befestigt.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gerätes entsprechend der Erfindung, Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht in grösserem Massstab eines für elektromagnetische Einflüsse empfindlichen Anzeigeinstrumentes nach Art eines Galvanometers, Fig. 4 ein Teilschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 5 eine Ansicht des Gerätes nach Fig. 1 von oben in grösserem Massstab, in der die unteren Teile fortgelassen sind, Fig. 6 ein Teilschnitt in grösserem Massstab nach der Linie 6--6 der Fig. 7, Fig. 7 ein Teilschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 1, in dem der Schwinghebel entfernt und ein Stromlauf schematisch angedeutet ist.
Fig. 8 eine schematische
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führungsform, wobei die oberen Teile im Schnitt gezeichnet sind, Fig. 10 eine Ansicht des oberen Teiles der Fig. 9 von oben. Fig. 11 eine teilweise schaubildliche Ansicht einer etwas abgeänderten Ausführungs- form ähnlich Fig. 9 und Fig. 12 ein Teilschnitt durch das Gelenk und angrenzende Teile ähnlich der Fig. l zusammen mit einer abweichenden Ausführung des Rohrstückes.
Der Rahmen 1 in Fig. 1 besitzt die bei Sextanten übliche Form und trägt ein Degenstück 2 mit einer Gradteilung 3 üblicher Ausführung. Die Erfindung kann als Sextant, wie nach den Zeichnungen. ausgeführt sein, -kann jedoch auch einen grösseren oder geringeren Winkel besitzen. Das Gerät kann bei hell scheinender Sonne wie ein gewöhnlicher Sextant gehandhabt werden ; es ist jedoch so konstruiert. dass es für den Gebrauch bei bedecktem Himmel oder bei Nebel besonders geeignet ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung ist für den Gebrauch bei Nebel geschaffen, bei hell scheinender Sonne muss jedoch ein Thermoelement 4 mit einem aus einem gefärbten Glas od. dgl. bestehenden Schutz versehen werden, so dass nur ein bestimmter Bruchteil von Wärmestrahlen aufgenommen wird, um eine Beschädigung des Thermoelementes oder Detektors für infrarote Strahlen zu vermeiden. Die Bezeichnung "Detektor" wird im folgenden benutzt, um irgendein für Wärmestrahlen empfindliches Organ zu bezeichnen, wie z. B. ein Thermoelement, eine photoelektrische Zelle od. dgl., die entweder einen elektrischen Strom erzeugt oder den Widerstand für den Durchtritt eines Stromes ändert.
Der Rahmen 1 in Fig. 1 ist mit einer Stütze 5 versehen, die ein Teleskop 6 üblicher Art trägt.
Dieses Teleskop ist gegen einen Spiegel 7 gerichtet, der die Vorderseite eines Instrumentes 8 widerspiegelt.
Dieses Instrument ist nach Art eine Amperemeters, Voltmeters oder Galvanometers für kleine Ströme empfindlich und spricht z. B. schon bei einem Millionstel Volt oder wenig mehr an. Der Detektor ist über Verbindungsdrähte 9 und 10 (Fig. 7) mit dem Anzeigeinstrument 8 verbunden. Die Bezeichnung "Anzeigeinstrument" bezieht sich auf ein Voltmeter, Amperemeter oder Galvanometer od. dgl.. das für ein Millionstel Volt oder mehr empfindlich ist. Wenn der Detektor 4 dem Einfluss von Wärmestrahlen ausgesetzt wird, wird ein Strom erzeugt, und es erfolgt ein Aussehlag am Anzeigegerät 8, wobei der Zeiger 11 z. B. in die in Fig. 3 geneigte Lage sich bewegt, obwohl ein grösserer Strom naturgemäss einen grösseren
Ausschlag hervorruft.
Beim Durchblicken durch das Teleskop 6 ist die ganze Vorderseite des Anzeige- instrumentes 8 sichtbar, so dass die Bewegung des Zeigers 11 verfolgt werden kann. Das Anzeigeinstru- ment trägt ferner eine Libelle 12, die ebenfalls stets sichtbar ist, so dass aus der Lage der Blase l'hervor- geht, ob das Gerät senkrecht ausgerichtet ist. Diese Libelle dient als künstlicher Horizont, im Falle der
Horizont selbst nicht sichtbar ist.
Ist der natürliche Horizont sichtbar, dann wird die untere Hälfte 14 (Fig. 6) des Spiegels 7 nach rückwärts ausgeschwungen und der durch das Teleskop 6 blickende Beobachter sieht den Horizont und kann das Gerät so bewegen, dass die untere Linie 15 des oberen Abschnittes 16 des Spiegels 7 parallel zum Horizont zu liegen kommt bzw. in Übereinstimmung mit der Horizontlinie gebracht wird. Eine Linie 43 ist in der Mitte des Anzeigeinstrumentes (Fig. 3) angebracht. Der Teil 14 des Spiegels wird in die gestrichelte Stellung in Fig. 6 ausgeschwungen und Linie 15 des Spiegels in Übereinstimmung mit der Linie 43 gebracht. Wenn der künstliche Horizont benutzt wird, d. h. die Blase 13, so wird sie mit einer senkrechten Linie 44 auf dem Anzeigeinstrument 8 in Übereinstimmung gebracht.
Mit dem Rahmen 1 ist ein Hebel 17 verbunden, der mit einem Bogenstüek 2 zusammenarbeitet und mit einer Tangentschraube 16 üblicher Art ausgerüstet ist, um eine Feineinstellung zu ermöglichen.
Der Hebel 17 (Fig. 4) ist mit einer Gelenkkappe 19, die über ein Gelenk 20 des Rahmens 1 passt, versehen.
Das Gelenk-20 besitzt einen Ansatz 21 und das Ende der Kappe 19 ist mit einer Öffnung versehen, so dass diese Teile'gut ineinanderpassen (Fig. 4), jedoch gegeneinander beweglich sind, wenn die Kappe beim Schwenken des Hebels 17 gedreht wird. Ein Rohrstück 22 besteht mit der Kappe 19 aus einem Stück oder ist fest mit ihr verbunden und erstreckt sich auf eine genügende Länge nach oben. Das Rohrstück ist auf einer Seite von der Kappe 19 an aufwärts fest auf seiner ganzen Länge offen, während das äusserste Ende seine geschlossene Form beibehält.
Mit dem Rohrstüek 22 ist eine Abschirmung 23 verbunden, die das Rohrstück umgibt. Die Abschirmung 23 ist auf ihrer ganzen Länge U-föl1nig, ausser an einem Punkt, wo sie eine Kappe 24 bildet, die die Kappe 19 und das Gelenk 20 umgibt.
In Fig. 4 ist ein Gewindebolzen 25 gezeigt, der auf der einen Seite des Gelenkes 20 eingeschraubt ist. Dieses Gelenk ist fast seiner ganzen Länge nach hohl und der Bolzen besitzt einen L-förmigen Kanal 26 (Fig. 4), der jedoch auch irgendwie anders geformt sein kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Eine Kappenseite 24', die den Bolzen 25 umgibt, ist auf ihm gelagert, während die Seite 24"der Kappe 24 auf einer Schraube 27 gelagert ist. Die Schraube hat einen geränderten Kopf 28 und einen Gewindeschaft 29, der in ein Gewinde im Gelenk 20 eingeschraubt ist. Die Schraube klemmt auf diese Weise das Ende 24"gegen das Gelenk 20 und auch gegen die Kappe 19, wodurch die Abschirmung 23 in irgendeiner gewünschten Lage durch Reibung festgestellt werden kann.
Der Bolzen 25 besitzt ein Innengewinde 29 zur Aufnahme eines Gewindesockels 30 einer Vakuumröhre 31, die den Detektor 4 enthält. Verbindungs-
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ist ein Handgriff 32 festgeschraubt, der zur Handhabung des Gerätes beim Gebrauch dient. Die Ab- schirmung 23 ist zweckmässig auf einer Seite offen, jedoch am Rand 33 (Fig. 5) geschlossen.
Soll bei Nebel der Winkel der Sonne oder eines andern Wärme ausstrahlenden Körpers gefunden werden, so wird das Gerät beim Handgriff 32 erfasst und im wesentlichen wie ein üblicher Sextant benutzt.
Das Gerät wird nicht nach den Lichtstrahlen der Sonne oder eines andern Himmelskörpers ausgerichtet. sondern so hin und her bewegt, dass es direkte Wärmestrahlen von dem Körper, dessen Winkel bestimmt werden soll, aufnimmt. Bei Beginn der Beobachtung wird die Abschirmung in die in Fig. 1 dargestellte Lage bewegt oder noch weiter darüber hinaus, so dass das geschlossene Ende. 38 einen grösseren Abstand von dem Rohrstück 22 hat. Dadurch können Wärmestrahlen von der Sonne direkt zwischen Seitenwände 34 und 35 eintreten und durch die Öffnung oder den Schlitz 36 im Gelenk 20, wodurch diese Strahlen den Detektor 4 beeinflussen.
Sobald dies eintritt, bewegt sich der Zeiger 11 aus der Nullstellung (Fig. 3) nach rechts. Das Gerät wird dann vorwärts-und rückwärtsgeneigt, bis der Beobachter sicher ist, dass die Strahlen der Sonne direkt zwischen die Wandungen 34 und 35 der Abschirmung 23 eintreten. Sobald dies der Fall ist, schiebt er die Abschirmung nach links (Fig. 1), bis der geschlossene Rand 33 auf das Rohrstück 22 zum Aufliegen kommt, wodurch die offene Seite geschlossen und ein vollständiges Rohr gebildet wird. Der Hebel 17 wird darauf vorwärts-und rückwärtsbewegt, bis ein Maximum an Wärmestrahlen durch das Rohrstück 22 eintritt. Entspricht diesem Maximum ein Ausschlag des Zeigers bis zum Teilstrich 1 (Fig. 3), so bewegt sich der Zeiger in diesem Falle bis zu dem bezeichneten Teilstrich.
Beim Hin-und Herbewegen des Hebels 17 wird der Zeiger 11 manchmal diesen ersten Teilstrich erreichen und manchmal auch weniger weit ausschlagen. Auf diese Weise ist feststellbar, ob ein Maximum an Strahlen aufgenommen wird. dadurch, dass der Zeiger 11 den ersten Teilstrich erreicht. Sobald dies festgestellt ist, richtet der Beobachter das Gerät aus, so, dass der untere Rand des Abschnittes 16 des Spiegels 7 mit dem Horizont, im Falle dieser sichtbar ist, in Übereinstimmung gebracht wird.
Ist der Horizont nicht sichtbar, dann muss das Gerät mit Hilfe der Libelle 12 und der Blase 3 ausgerichtet werden. Sollte während des Ausrichtens der Zeiger 11 seine maximale Stellung verlassen, dann muss das Gerät von neuem so gerichtet werden, dass er wieder in die Maximalstellung zurückkehrt.
Sobald der Zeiger 11 in der Maximalstellung und das Gerät gleichzeitig waagrecht ausgerichtet ist, ist der richtige Winkel eingestellt, der am Bogenstück 2 abgelesen werden kann. Die Klemmschraube : 38 wird dann festgezogen, um den Hebel 17 gegen Bewegung zu sichern.
Bei Benutzung des künstlichen Horizontes, nämlich der Libelle 12, muss die Höhe des Beobachters über dem Wasser oder dem Land in Betracht gezogen werden, wenn der erhaltene Winkel benutzt wird.
Wenn der Beobachter den natürlichen Horizont benutzt, besteht ein doppelter Winkel gegenüber dem Horizont vom Auge des Beobachters aus, und die Messung der Sonnenhöhe geschieht vom abwärtsgerichteten Winkel aus zur Sonne hin, während bei einem künstlichen Horizont die Horizontale benutzt wird.
Der in Fig. 1 abzulesende Winkel beträgt 110 . Es ist ersichtlich, dass der richtige Winkel von der Horizontalen erhalten wird, weil der Hebel 17 und das Rohrstüek 22 genau ausgerichtet sind. Wenn die Teile sauber ausgeführt sind. wird der Winkel zwischen der Sonne und dem Horizont genau bestimmt. In Fig. 8 bezeichnet ein Punkt 39 den Horizont, und die Verbindungslinie 40 mit dem Auge des Beobachters ist naturgemäss eine Horizontale. Eine Linie 42 gibt den Winkel des Hebels 17 und des Rohr- stückes 28, die gegen die Sonne ausgerichtet sind, an. Auf diese Weise wird die richtige Winkeleinstellung erhalten, die am Bogenstück ablesbar ist.
Wenn die infraroten Strahlen, die auf den Detektor fallen, nicht genügen, um einen Strom zu erzeugen, der an dem Anzeigeinstrument 8 einen genügenden Aussehlag ergibt, wird nach Fig. 7 zweckmässig ein Verstärker oder Relais benutzt. Ein derartiges Relais oder Verstärker 45 kann in den Stromkreis des Detektors eingeschaltet werden und mit dem Anzeigeinstrument durch einen Schalter 46 oder entsprechende Stecker verbunden werden. Hat der Schalter die in der Fig. 7 gezeigte Stellung, so werden die von den infraroten Strahlen erzeugten Ströme direkt benutzt. Wenn jedoch der Schalter nach rechts umgelegt ist, so wirkt der vom Detektor erzeugte Strom als Primärstrom in dem Relais.
Der Strom, der durch Leitungen 47 und 48 fliesst, wird ein Strom ähnlicher Art, wie der Primärstrom sein ; er ist jedoch bedeutend stärker und betätigt das Anzeigeinstrument 8 in gewünschter Weise, wobei die Betätigung in genauem Verhältnis zur Wirkung des Detektors 4 steht.
Anstatt die ungebrochenen infraroten Strahlen der Sonne oder eines andern Körpers zu benutzen (Fig. 8), kann eine grössere Anzahl Strahlen auf den Detektor gesammelt werden. In den Fig. 9-12 sind zwei Ausführungsformen dieser Art dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 9-11 wird ein Reflektor zum Sammeln der Strahlen auf den Detektor benutzt, während in Fig. 12 eine Linse angebracht ist, durch die die Strahlen durch Brechung gesammelt werden. Der Rahmen 1 in Fig. 9-10 und die angrenzenden Teile sind genau so ausgebildet, wie in Fig. 1. Der Unterschied liegt nur in der Ausbildung des Gelenkes 20 und der darüberliegenden Teile.
Bei dieser Ausführungsform besitzt der Hebel 17 einen Gelenkteil 20'auf dem Gelenk 20. Das Gelenk 20 ist bei dieser Ausführung zweckmässig massiv und der Gelenkteil 20'ist nur ein Ring, der auf dem Gelenk sitzt. Der Ring 20'besitzt eine Ansatzfläche 49, an der der Reflektor 50 in beliebiger Weise,
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z. B. durch Löten (51), befestigt ist. Der Reflektor 50 kann aus Metall, Glas oder einem andern Material bestehen. Es wird jedoch vorzugsweise ein Metallreflektor benutzt. Da infrarote Strahlen verwendet werden, ist es wünschenswert, dass der Reflektor so wenig wie möglich von diesen Strahlen absorbiert, und diese Strahlen in bestimmter Weise reflektiert, so dass sie im wesentlichen auf den Detektor 4 gesammelt werden.
Während verschiedene Formen von Reflektoren gebraucht werden können, hat es sich herausgestellt, dass ein parabolischer Reflektor am zweckmässigsten ist, da er die Strahlen in wirksamer Weise praktisch ohne Verlust sammelt. Mit dem Reflektor 50 ist ein röhrenförmiges Gehäuse 52 verbunden, welches verhindert, dass Strahlen von der Seite eintreten, so dass nur direkte Strahlen von der Sonne oder dem Beobachtungsobjekt auf den Reflektor 50 auftreffen.
Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass der Detektor 4 im Brennpunkt des Reflektors an einer solchen Stelle angebracht ist, die nahe dem äusseren Rande des Gehäuses 52 liegt. Der Detektor 4 ist in beliebiger Weise unterstützt, u. zw. zweckmässig durch einen oder mehrere dünne Stäbe 53, die am Gehäuse befestigt sind und eine Hülse 54 tragen, in welche der Sockel der Vakuumröhre 31 eingeschraubt werden kann. Die Drähte vom Detektor werden in beliebiger Weise aus dem Gehäuse herausgeführt und sind mit dem Anzeigeinstrument 8 in der oben beschriebenen Weise verbunden. Das Gerät arbeitet genau so, wie das in Fig. 1 dargestellte.
In den Figuren hat der Reflektor 50 eine bestimmte Grösse ; es ist jedoch klar, dass er grösser oder
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kann erforderlichenfalls benutzt werden, um das Gerät bei Nichtgebrauch abzuschliessen. In Fig. 11 ist eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 9 dargestellt, mit dem Unterschied, dass der Spiegel 50'nur ein Teil des Reflektors 50 ist. Andere Teile des Spiegels können in ähnlicher Weise, wie der in Fig. 11 dargestellte, benutzt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Seitenwandungen 52'sind mit diesem Reflektorabschnitt verbunden, so dass nur direkte Strahlen auf den Reflektor treffen, die auf den Detektor gesammelt werden.
In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, um die Wärme-oder infraroten Strahlen auf dem Detektor zu sammeln. Auch hier werden die in Fig. 1 dargestellten Teile mit der Abweichung benutzt, dass die Abschirmung23 und das Rohrstück22 durch ein Rohrstiick22'von solcher Form ersetzt ist, dass das obere Ende ein verhältnismässig grosses, rohrförmiges Gehäuse 57 enthält. In diesem Gehäuse ist eine Linse 58 angebracht, die die auf sie auftreffenden Strahlen sammelt, so dass sie auf den Detektor 4 fallen ; in andern Worten, die Linse ist so geformt und hat eine solche Lage gegenüber dem Detektor, dass dieser im Brennpunkt der Linse sich befindet und sämtliche, durch die Linse gehenden Strahlen auf den Detektor fallen. Beim Gebrauch einer Ausführungsform nach Fig. 9 oder 12 wird eine grössere Anzahl Strahlen auf dem Detektor vereinigt.
Dies ist besonders dann wünschenswert, wenn ausnahmsweise dichter und tiefhängender Nebel herrscht. Wenn der Nebel weniger dicht ist, wird zweckmässig die in Fig. 1 gezeigte Ausführung mit dem Rohrstück 22 benutzt.
Die hier beschriebenen besonderen Ausführungen sollen als Beispiel dienen, ohne die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Winkelmessgerät, Sextant od. dgl., insbesondere zur Bestimmung des Winkels zwischen einem Wärme ausstrahlenden Körper und einem Vergleichsobje1. -t bei Nebel oder bewölktem Himmel, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel durch Ausrichten eines Aufnahmeorgans oder Detektors (4) für direkte Wärme-oder infrarote Strahlen und gleichzeitiges Anvisieren des Vergleichsobjektes gemessen wird.