Verfahren und Einrichtung zur Messung von Zeitdifferenzen bei der Bestimmung des Ortes einer Sehallquelle. Verfahren zur Bestimmung des Ortes einer Schallquelle sind bekannt. Das Prinzip derselben besteht darin, dass zwei oder meh rere an den Orten<I>A, B</I> usw. aufgestellte Mikrophone den Zeitpunkt t, t, usw. des Eintreffens des Schalles an den Orten<I>A, B</I> usw. über Leitungen einer Zentralstelle Z mitteilen, wo die Zeitdifferenzen t,-t2, t-t3 usw. gemessen werden.
Bei Kenntnis dieser Zeitdifferenzen lässt sich der Ort der Schall quelle auf Grund bekannter geometrischer Überlegungen bestimmen. Dieses Verfahren findet unter anderem auch Verwendung zur Feststellung des Ortes eines Geschützes,. wo- bei durch die Mikrophone der Augenblick des Eintreffens des Mündungsknalles des selben angezeigt wird.
Der bislang eingeschlagene Weg zur Messung der Zeitdifferenzen besteht in der oszillo-raphischen Aufnahme der Mikrophon ströme, welche mittelst der bekannten Ver- stä.rkerröhren verstärkt sein können, und dar auffolgender Ausmessung der Aufnahmen, ein Verfahren, welches wegen der .dazu nötigen Mitführung eines Oszillographen ins Feld unbequem ist und welches auch, da die Aufnahmen zuerst entwickelt werden müssen, für die Durchführung eine .gewisse, mehr oder weniger grosse Zeit in Anspruch nimmt. Auch muss, da der Oszillograph nicht fort dauernd über längere Zeit laufen kann,
dafür Vorkehr getroffen werden, dass er erst kurz vor dem Eintreffen des Schalles in A, B usw. in Tätigkeit gesetzt wird; er ist also nicht ständig betriebsbereit. Gewöhnlich wird der Oszillograph durch einen zwischen der Schallquelle und. den Mikrophonen befind lichen Wachtposten auf elektrischem Wege in Gang gesetzt.
Die genannten Nachteile werden durch das Verfahren gemäss,der Erfindung dadurch beseitigt, dass durch die Mikrophonströme, welche, falls .dies notwendig sein sollte, vor her verstärkt werden können, eine Aufladung bezw. Entladung eines Kondensators bekann ter Kapazität bewirkt wird, indem der Stromimpuls des zuerst ansprechenden Mikro phons diesen Vorgang auslöst und der,Strom- impuls des später ansprechenden Mikrophons denselben unterbricht,
wobei die Grösse der Aufladung bezw. Entladung des Konden sators ein Mass für die zu messende Zeit differenz ist. Dieses Verfahren, welches ge- stattet, die in Frage kommenden Zeitdiffe renzen auf bequeme und schnelle Art zu be stimmen, ist allgemein verwendbar für alle Fälle, in .denen die Zeit zwischen zwei elek trischen Strom- oder Spannungsimpulsen zu messen ist, zum Beispiel Echolot usw.
Zur Ausführung dieses Verfahrens wird eine Einrichtung verwendet, welche in die Mikrophonkreise eingeordnete, auf die Mikro phonströme ansprechende elektrische Schalt vorrichtungen mit Relaiswirkung, sowie min destens einen an dieselben über einen Wider stand angeschlossenen Kondensator von be kannter Kapazität nebst einem Messgerät zur Ermittlung der anhand der Vorgänge im Kondensator sich ergebenden Zeitdifferenzen enthält. Die Einrichtnug ist stets betriebs bereit.
Ausführungsbeispiele der erfindungs gemässen Einrichtung sind in der Zeichnung in Fig. 1 bis 6 schematisch dargestellt, und die Ausführung des Verfahrens sei zugleich mit diesen Ausführungsbeispielen beschrieben.
Als erstes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung, welche mittelst eines polari sierten Relais P während der zu messenden Zeit die Aufladung eines Kondensators C durch die Batterie B über einen Wider stand R bewirkt. In der Ruhestellung liegt der Anker des Relais P auf 'Stellung 2, der Kondensator ist entladen. Durch den Strom impuls des Mikrophons I wird der Anker in Stellung 1 herübergezogen, wodurch der Stromkreis E <I>R C</I> geschlossen wird und die Aufladung beginnt.
Der Stromimpuls des Mikrophons II zieht den Anker in Stellung 2 zurück und unterbricht dadurch den Ruf ladestrom. Die Rufladung wird mittelst eines statischen Voltmeters bezw. mittelst einer Elektronenröhre gemessen. Nach erfolgter Messung kann der Kondensator C durch die Taste T entladen werden, wodurch- die Ein- riohtung für eine neue Messung vorbereitet ist.
Sollte zu Beginn,der Messung zuerst das Mikrophon II ansprechen, was natürlich eine richtige Durchführung der Messung ver- unmöglichen würde, so vertauscht man die Anschlüsse der beiden Mikrophone, worauf ohne weiteres das Mikrophon I zuerst an spricht.
Ein anderes Ausführungsbeispiel,diesmal unter Verwendung von zwei Thyratrons, zeigt Fig. 2. Die beiden Thyratrons sind symmetrisch angeordnet. Sie besitzen zwei getrennte Anodenwiderstände BI und Ra. Durch die Gitterbatterien V, sind die Gitter der Thyratrons genügend negativ gemacht, um eine Zündung der Thyratrons vorerst zu verhindern.
Erst wenn vom Mikrophon I ein Stromimpuls durch den Transformator TI geht, erhält das -Gitter des ersten Thyratrons zeitweilig eine positivere Spannung, wodurch dieses Thyratron zum Zünden .gebracht wird. Dabei.sinkt die Spannung im Punkte A; die Spannung im Punkte B bleibt jedoch unver ändert, und zwar so lange, als das zweite Thyratron nicht gezündet hat. Während dieser Zeit besteht also zwischen den Punk ten A und B eine Spannungsdifferenz, durch welche ein Kondensator C aufgeladen wird.
Bringt ein Stromimpuls des Mikrophons II such das zweite Thyratron zum Zünden, so sinkt die .Spannung im Punkte B ebenfalls, die Spannungsdifferenz zwischen<I>A</I> und<I>B</I> verschwindet, und der Aufladevorgang hört auf.
Um zu verhindern, dass der Konden sator sich nunmehr wieder über die Wider stände BI und Ra entlädt, ist zwischen A und B in Serie mit dem Kondensator ein Gleichrichter eingeschaltet, welcher den Strom nur in der Aufladerichtung durchlässt (Pfeil ausgezogen gezeichnet), in der Ent- laderichtung (Pfeil gestrichelt gezeichnet) aber sperrt.
Wählt man als Gleichrichter eine Glühkathodenröhre, welche im Sättigungs stromgebiet arbeitet, so nimmt die Rufladung des Kondensators linear mit der Aufla:de- dauer zu, unabhängig von der zwischen A und D liegenden Spannung. Man ist dadurch von Änderungen der Spannungsdifferenz zwischen <I>A</I> und<I>B</I> weitgehend unabhängig, solange die Spannungsdifferenz zwischen A und D grösser als die Sättigungsspannung der Glühkathodenröhre bleibt.
Durch Betätigen des Unterbrechers S werden die Thyratrons gelöscht, durch Betätigen :der Taste T wird der Kondensator C entladen, .so dass der Apparat wieder betriebsbereit ist.
Ein .drittes Ausführungsbeispiel. bei wel chem ein Kondensator entladen wird, zeigt Fig. 3. Beim Zünden .des Thyratrons I ent steht durch .den .durch dasselbe fliessenden Strom längs des Widerstandes R. ein Span nungsabfall, die Spannungsdifferenz zwi schen Punkt B und Punkt A sinkt, so dass sich der durch vorheriges Niederdrücken der Taste T auf die Batteriespannung E geladene Kondensator C entladen kann.
Zündet das zweite Thyratron, so nimmt es dem ersten Thyratron infolge des dem letzteren vor geschalteten Widerstandes El den Strom weg, so dass .das erste Thyratron im Augen blick des Zündens des zweiten Thyratrons erlischt.
Der dem zweiten Thyratron parallel geschaltete Kondensator<B>C</B> bewirkt, da.ss im Augenblick des Zündens des zweiten Thyra- trons im Stromkreis Thyratron II-Konden- sator <B>C</B> eine oszillatorische Entladung ein setzt, wobei .die Spannung an der Anode des Thyratrons kurze Zeit nach dem Zünden durch null geht.
Da in diesem Augenblick infolge Abklingens der Mikrophonspannung die Gitterspannung des zweiten Thyratrons wieder ihren Ruhewert erreicht hat, löscht das zweite Thyratron ebenfalls und zündet nicht mehr. Punkt<I>A</I> und Punkt<I>B</I> kommen wieder auf gleiches Potential, und die Ent ladung des Kondensators hört auf. Die im Sättigungsstromgebiet arbeitende Ventilröhre G bewirkt wiederum, ähnlich wie in Bei spiel 2, lineare Entladung des Kondensators mit .der Zeit, verhindert aber auch, dass der Kondensator nach dem Löschen der beiden Thyratrons wieder auf die Spannung der Batterie E aufgeladen wird.
Der betriebs bereite Zustand wird lediglich durch Nieder drücken der Taste T wiederhergestellt. Ein Ausführungsbeispiel unter gleich zeitiger Verwendung von Thyratrons und Relais zeigt Fig. 4. Im Anodenkreis der bei den Thyratrons befindet sich je eine Magnet spule zweier elektromagnetischer Relais M, und !1'11i. Beim Zünden des ersten Thyra- trons schliesst das Relais I den Kreis E R C.
Der Kondensator C wird so lange aufgeladen, als das zweite Thyratron noch nicht ge zündet hat. Durch Zünden des Thyratrons II öffnet das Relais II den Kontakt II, wo durch der Aufladestrom unterbrochen wird. Durch Öffnen des Schalters <B>S</B> werden die Thyratrons gelöscht, und die Relais kommen in Ruhelage. Zugleich wird mit der Taste T der Kondensator über den Widerstand RII entladen, und der Apparat ist wieder be triebsbereit.
Die Spannung des Kondensators kann mit einem statischen oder mit einem Röhrenvolt meter gemessen werden. Wird eine .grössere Genauigkeit verlangt, dann empfiehlt sich die Anwendung einer der nachstehend be schriebenen Kompensationsschaltungen. Fig.5 zeigt eine derartige Schaltung, bei welcher die zu messende Spannung über das Steuer- gitter einer Doppelgitterröhre auf den Anodenstrom derselben wirkt. Zunächst sei noch der Kondensator in ungeladenem Zu stand, und der Kontakt des Potentiometers in Stellung M .gebracht.
Mit Hilfe des Potentiometers PI wird nun der Anoden strom auf einen gewünschten Wertgebracht. Die Aufladebatterie E" ist so geschaltet, dass bei Aufladung des Kondensators C das Steuergitter der Röhre eine zusätzliche nega tive Spannung erhält, wodurch der Anoden strom stark geändert wird.
Um den letzteren wieder auf den ursprünglichen Wert zu brin gen, wird dem Gitter nunmehr eine zusätz liche, :diesmal positive Spannung erteilt, wel che mit dem Potentiometer P" eingestellt und mit einem gewöhnlichen Präzisionsvoltmeter gemessen wird. Die beiden Spannungen, die am Kondensator C liegende und die mit dem Potentiometer Po eingestellte, sind ihrem Be trage nach gleich.
Mit dieser Kompensations methode wird die statische Spannungs- messung mit stromverbrauchenden Instru menten zurückgeführt.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die statische Spannungsmessung auf die Messung einer längeren Zeitdauer mittelst Stoppuhr zurückgeführt wird. I und II be deuten, wie in Fig. 4, die Relaiskontakte. Vor der Messung werden beide Kondensatoren C und Cmittelst Taste<I>U</I> und<I>U'</I> entladen und der Anodenstrom durch Drehen des Potentio- meters P, auf einen bestimmten Wert ein reguliert.
Der Schalter Q steht zunächst auf 1. Nach erfolgter Ladung des Kondensators C wird die dadurch erzeugte zusätzliche nega tive .Spannung des 'Gitters kompensiert .durch eine Aufladung des Kondensators C'. Diese Aufladung beginnt bei Umlegen .des Schal ters Q auf .Stellung 2.
Zugleich misst man mittelst Stoppuhr die Zeit T zwischen die sem Augenblick und dem Zeitpunkt, an wel chem die Spannungsdifferenzen an den bei den Kondensatoren entgegengesetzt gleich sind. Dieser zweite Zeitpunkt ist dann erreicht, wenn der Anodenstrom seinen ursprünglichen Wert erreicht hat.
Der Aus löse- und Arretiervorgang der Stoppuhr kann automatisch ;gemacht werden, indem die Auslösung bei Betätigung .des Schalters Q, die Arretierung der Uhr dagegen durch das mit einem Maximalkontakt versehene Milli- amperemeter, welches im Anodenkreis der Röhre liegt, erfolgen.
Die Zeitdifferenz zwi schen den. blikrophonstromimpulsen lässt sich aus der gemessenen Zeit T durch einfache Multiplikation mit einem konstanten Zahlen faktor gewinnen, dessen Grösse lediglich von den Widerständen R, R' und den Kapazi täten C und C', nicht aber von tder Batterie- spannung E" abhängt, was die Berechnung bedeutend vereinfacht. Man erspart auf ,diese Art ein Voltmeter, an welches in bezug auf Ablesegenauigkeit hohe Anforderungen ge stellt werden müssten.
Auch für die Zeit messung hat man es in der Hand, die Ge nauigkeit beliebig weit zu steigern, indem man mittelst .des Widerstandes R' den Kom- pensationsvorgang verlängert.