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Oszillator für Distanzmessungen
Die Erfindung betrifft einen Oszillator für Distanzmessungen, bei welchem in jedem Endpunkt der zu messenden Strecke elektromagnetische Wellen ausgesendet werden, deren Frequenzunterschied im Tonfrequenzgebiet liegt und eine Feinmessung durch eine zweite Serie von Wellen mit höheren Frequenzen, aber gleichem Frequenzunterschied vorgesehen ist.
Bekannte Distanzmesseinrichtungen haben zwei Sende-Empfangs-Geräte, die in jedem Endpunkt der zu messenden Strecke aufgestellt werden. Die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen (Messwellen) werden unabhängig voneinander in jeder Station erzeugt. Die Frequenzen dieser Messwellen unterscheiden sich um eine Differenz im Tonfrequenzgebiet. In den Empfängern wird die Messwelle des entfernt liegenden Senders und diejenige des eigenen Senders gemischt und die Differenzschwingung ausgesiebt. In einem Gerät wird die Differenzschwingung durch einen ganzzahligen Faktor, grösser als Eins, geteilt und der in diesem Gerät ausgesendeten Messwelle überlagert. Im andern Gerät wird diese überlagerte Welle mit demselben Faktor vervielfacht, so dass diese Schwingung dieselbe Frequenz aufweist wie diedarin erzeugte Differenzschwingung.
Beide Differenzschwingungen werden dann einem Phasenmessgerät zugeführt. Aus dem gemessenen Phasenunterschied wird in bekannter Weise die Distanz berechnet.
Diese bekannte Anordnung benutzt die ausgesendeten Wellen direkt als Messwellen zur Distanzmessung. Die Frequenz der Wellen kann entweder für günstige Ausbreitung oder für zweckmässige Distanzmessung gewählt werden. Durch Modulieren dieser Messwellen auf Trägerwellen kann jede dieser Eigenschaften vorteilhaft ausgesucht werden.
In einer bekannten Ausführung auf dieserGrundlage werden die Modulationen mittels Frequenzmodulation vorgenommen. Durch schmalbandige Aussiebung nach erfolgter Mischung der modulierten Trägerwellen wird die Differenzschwingung der Messwellen als Amplitudenmodulation auf der Differenzschwingung der Trägerwellen erhalten. In einem Gerät wird die mit der Messwelle modulierte Trägerwelle zusätzlich mit Impulsen moduliert, die die Phasenlage der Differenzschwingung kennzeichnen. Die übermittelte Differenzschwingung der Messwellen kann somit im andern Gerät durch ihre Kennzeichnung von der in diesem Gerät erzeugten getrennt und erkannt werden.
Die beiden zur Distanzmessung verwendeten Geräte können durch ihren unterschiedlichen Aufbau als Hauptgerät und Nebengerät betrachtet werden. Das Hauptgerät enthält die Einrichtung zur Phasenmessung, während im Nebengerät Mittel vorgesehen sind, die die Differenzschwingung auf die Messwellenmodu- lieren.
Bei Trilaterationsvermessungen müssen mindestens in einem Messpunkt zwei Geräte stehen, nämlich ein Haupt- und ein Nebengerät, damit alle drei Seiten des Dreiecks vermessbar sind, ohne dass Geräte vertauscht werden müssen. Der Zweckmässigkeit halber wurden dementsprechende Geräte gebaut, die sowohl als Haupt- als auch als Nebengerät verwendbar sind. Ein wesentlicher Bestandteil eines derartigen Gerätes ist der Oszillator für die Messwellen, die in den Hauptgeräten und in den Nebengeräten unter- schiedliche Frequenzen aufweisen müssen. Dazu werden zwei Schwingquarze verwendet, von denen jeder auf eine Frequenz gezogen wird und die durch Umschalten in den Schwingkreis des Oszillators geschaltet werden.
Von den heute üblichen Distanzmessgeräten wird eine hohe Auflösung verlangt, weshalb mehrere Messwellen mit verschiedenen Frequenzen vorgesehen werden, die zur Eindeutigkeitsbestimmung der jeweiligen Messung dienen. Eine Auflösung, die eine Distanz von einigen Kilometern auf Zentimeter genau zu bestimmen gestattet, benötigt dazu vier verschiedene Schwingquarze. Ein umschaltbares Haupt-
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Nebengerät benötigt damit acht Schwingquarze.
Die Erfindung gestattet eine derartige Umschaltung mit wesentlich einfacheren Mitteln, indem die von den beiden Sendern abgestrahlten Wellen von Schwingquarzen mit gleicher Resonanzfrequenz, versehen mit verschiedenen Abstimmkondensatoren, herrühren und die mit einem anschaltbaren, regelbaren Frequenzziehkreis versehen sind.
An Hand der Zeichnung wird im folgenden der Aufbau und die Wirkungsweise einer beispielsweisen Ausführungsform beschrieben.
Der Oszillatorkreis besteht aus dem Transistor Hl, aus einem der Schwingquarze Ql oder Q2, welche die Schwingungen für zwei Messbereiche erzeugen, und den Amplitudenbegrenzungsdioden Dl und D2. Über den Transformator T wird das Signal über den Trennverstärker mit dem Transistor H2 ausgekoppelt. Der Abgleich der tieferen Frequenz erfolgt durch die veränderbaren Kondensatoren Cl und C2, zu denen zur Verfeinerung des Einstellbereiches feste Kondensatoren C3 und C4 parallelgeschaltet sind. Der Ziehkreis besteht aus den Kapazitätsdioden D3, D4 und D5. Die Drosselspulen Ll und L2 halten die hochfrequenten Schwingungen von den Gleichstrompfaden fern.
Der Schalter Sl schaltet mit Hilfe der Dioden D6 und D7 dieSchwingquarze Ql oder Q2 in den Rückkopplungspfad des Oszillatorkreises. Der Schalter S2 dient zur Umschaltung der Frequenz der Messwellen von Hauptgerät auf Nebengerät.
Mit denSchaltern Sl und S2 in der gezeichneten Stellung ist der Schwingquarz Ql für ein Hauptgerät geschaltet. Im eingeschwungenen Zustand erhält der Emitter des Transistors Hl einen hochfrequenten
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Gleichstrom durchflossenen, niederohmigendioden D3, D4 und D5. Angenähert derselbe Wechselstrom erscheint am Kollektor des Transistors Hl, der als hochohmige Stromquelle wirkt. Über dem Transformator T baut sich eine hochfrequente Wechselspannung auf, deren Amplitude durch die Schwellenspannung der Dioden Dl und D2 gegeben ist. Der Rückkopplungspfad ist über die Diode D6 und die parallelgeschalteten Kondensatoren Cl und C3 geschlossen.
Bei umgelegtem Schalter Sl gilt derselbe Vorgang für den Schwingquarz Q2, dessen tiefe Resonanzfrequenz durch die Kondensatoren C2 und C4 festgelegt ist.
Beim Umschalten auf Nebengerät wird der Schalter S2 umgelegt. Der feste Strom aus der Quelle +20 V wird damit abgeschaltet und dafür eine negative einstellbare Spannung vomEingang R angeschaltet. Mit dieser negativen Vorspannung wirken die Kapazitätsdioden als veränderbare Kapazität. Da die Kapazität von einer Kapazitätsdiode im allgemeinen nicht genügt, müssen mehrere parallelgeschaltet werden, um den Frequenzziehkreis für den verlangten Frequenzunterschied genügend kapazitiv zu erhalten.
An Stelle von mehreren Kapazitätsdioden kann auch eine feste Kapazität vorgesehen sein, die parallel zu einer oder mehreren Kapazitätsdioden liegt. Dies hängt jedoch von der Type der Kapazitätsdioden ab. Auch ist zu berücksichtigen, dass die im Hauptgerät leitenden Kapazitätsdioden durch ihren Widerstand, je nach der Frequenz des Schwingquarzes, eine dämpfende Wirkung auf den Schwingkreis ausüben können. Diese Wirkung kann durch Parallelschaltung mehrerer Dioden verkleinert werden.
Für eine feste Umschaltung kann selbstverständlich auch eine beliebige Reaktanz, beispielsweise eine Kapazität, genommen werden, die durch eine gewöhnliche parallelgeschaltete Schaltdiode mit entsprechenden Vorspannungen zur Wirkung gebracht werden kann.
Mit dieser beschriebenen Einrichtung ist es möglich, die Distanz genügend genau zu messen. Dip. Feh- ler, die durch Streuungen der Frequenzen der Quarze bedingt sind, bleiben innerhalb kleinerer Bereiche als die Fehler, die durch atmosphärische Einflüsse auf die Ausbreitung der Wellen entstehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Oszillator für Distanzmessgeräte, bei welchem in jedem Endpunkt der zu messenden Strecke elektromagnetische Wellen ausgesendet werden, deren Frequenzunterschied im Tonfrequenzgebiet liegt, und eine Feinmessung durch eine zweite Serie von Wellen mit höheren Frequenzen, aber gleichem Frequenzunterschied vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von den beiden Sendern abgestrahlten Wellen von Schwingquarzen (Ql oder Q2) mit gleicher Resonanzfrequenz, versehen mit verschiedenen Abstimmkondensatoren (Cl, C3 bzw. C2, C4), herrühren und die mit einem anschaltbaren, regelbaren Frequenzziehkreis versehen sind.