<Desc/Clms Page number 1>
Auf einem Fahrzeug angebrachte Anordnung zur Abstandsmessung. Zu Abstandsmessungen, zur Messung der Entfernung von Hindernissen oder der Höhe über Grund bei Luftfahrzeugen und Schiffen oder der Tiefenlage eines unter Wasser fahrenden Wasserfahrzeuges, sind schon eine ganze Reihe von Einrichtungen und Verfahren bekannt oder sonstwie vorgeschlagen. Sehr viele solcher Verfahren beruhen auf dem Prinzip der Echolotung mit Schall oder mit elektromagnetischen Wellen und verwenden beispielsweise eine vergleichende Laufzeitmessung oder eine Frequenz- oder Phasenmessung der ausgesandten bezw. nach Reflexion an dem entfernten Gegenstand empfangenen Impulse.
Zur Durchführung derartiger Messungen ist ein Impulsgenerator erforderlich, der Schall- oder andere Wellen möglichst genau definierter Frequenz, unter Umständen nur einer einzigen Frequenz, abstrahlt. All diese bekannten Verfahren arbeiten mit verhältnismässig grossem Energieaufwand und gestatten gleichwohl häufig nicht, die Abstandsmessung, insbesondere in Bodennähe, mit der gewünschten oder notwendigen Genauigkeit und Sicherheit durchzuführen.
Es liegt nun die Aufgabe vor, eine mit Schall arbeitende Anordnung zur Abstandsmessung, insbesondere in Bodennähe anzugeben, welche mit einfachen Mitteln zumin- dest eine angenäherte Messung des Abstandes vom Boden oder einem Hindernis bewirkt, wobei eine unzulässige Annäherung zweckmässig durch ein Signal angezeigt wird. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, dass zur Messung jedes vom Fahrzeug ausgehende Schablfrequenzgemisch verwendet werden kann, sofern dies nur ausser tiefen auch hohe Frequenzen über 2000 Hz enthält. Das bedeutet, dass besondere Schallgeneratoren nicht.
unbedingt notwendig sind, insbesondere bei Flugzeugen.
Gegenstand der Erfindung ist. eine Anordnung auf einem Fahrzeug, zum Beispiel
<Desc/Clms Page number 2>
einem Luftfahrzeug, zur Messung des Abstandes vom Boden bezw. von Hindernissen in beliebiger Richtung, unter Verwendung eines vom Fahrzeug ausgehenden Schallfre- quenzgemisches, das ausser tieferen Frequenzen auch Frequenzen über \?000 Hz enthäll-, und sich dadurch auszeichnet, dass auf dem Fahrzeug eine ein Messgerät steuernde Schallempfangseinrichtung mit ausgeprägter Ricbt- kennlinie vorgesehen und in bezug auf die Schallquelle derart angeordnet ist.
dass die von der Schallquelle ausgesandten Schallwellen mit hohen Frequenzen ein schallempfindliches Organ nicht auf direktem Wege, sondern nur bei Annäherung ,des Fahrzeuges an eine reflektierende Fläche nach Reflexion an dieser Fläche treffen können, während die von der Schallquelle ausgesandten ZVellen mit tiefen Frequenzen unmittelbar durch Beugung zu diesem schallempfindlichen Organ gelangen. Als hohe Frequenzen werden somit hier, wie auch im folgendem, solche bezeichnet, die in bezug auf die Empfangseinrichtung keine merklichen Beugungserscheinun- gen aufweisen, und als tiefe Frequenzen, solche die Beugungserscheinungen aufweisen.
Zur Erzeugung des '-,%lesssehalles können beliebige Geräuschquellen dienen, gegebenenfalls auch besondere, zu diesem Zweck vorgesehene Schallsender. Insbesondere bei Luftfahrzeugen lässt sich vorteilhaft das sowieso vorhandene Eigengeräusch verwenden, in welchem ausser tiefen Frequenzen (Motor- und Auspuffgeräusch) auch viele hohe Frequenzen, zum Beispiel die sogenannten Schneidentöne an den Schneiden der Propellerblätter oder an sonstigen, im Luftstrom liegenden ganten vorhanden sind. Besondere Schallsender können auch zur Ergänzung oder Verstärkung eines Eigengeräusches, etwa. auf Wasserfahrzeugen oder für den Fall des Fluges mit abgestelltem Motor, vorgesehen sein.
Gegebenenfalls sind solche Hilfsscha.ll- sender nur zur Erzeugung bestimmter, ausgezeichneter Frequenzen vorzusehen, die im an sich vorhandenen Geräuschspektrum fehlen oder doch nicht in genügender Stärke vorhanden sind. Bei einer beispielsweisen Ausführungs- form der erfindungsgemässen Anordnung ist das Sehallaufnahmeorgan ein Mikrophon, das einen Verstärker steuert, mit dem eine Fre- quenzfiltereinrichtung verbunden ist, und der ausgangsseitig eine Signalvorrichtung oder ein Messgerät beeinflusst.
Das Frequenzfilter ist so bemessen, da.ss die. hohen Schallfrequenzen, die vermöge der gewählten Anordnung nicht zum Mikrophon gebeugt werden können, vom übrigen Frequenzgemisch getrennt %verden. um zu einer auf Intensitätsmessung oder -vergleich beruhenden Anzeige verwendbar zu sein.
Solange beispielsweise ein solcherart ausgerüstetes Flugzeug in grösserer Höhe fliegt., kann die Reflexion am Erdboden vernachlässigt werden. In das Mikrophon gelangen nur die tiefen Schallfrequenzen, die sich genügend stark beugen lassen, während die höheren Frequenzen am Aufnahmeorgan vorbeigeleitet werden. In dem vom Filter gesteuerten Anzeigekreis tritt daher keine Mess- grösse auf.
Nähert sich das Flugzeug aber dem Boden, so wird ein beträchtlicher Teil des Schalles reflektiert, so ,dass nun auch die hohen Schalltöne ins Mikrophon gelangen, allerdings nur auf dem Reflexionsweg, und dass nunmehr auch im Ausgangskreis des Filters messbare Amplituden auftreten.
Diese benutzten Eigenschaften eines Geräusches hinsichtlich der Beugungsfähigkeit der einzelnen Töne sind in den Abb. 1 und 2 dargestellt, die an einem Luftfahrzeug beim Flug in verschiedenen Höhen aufgenommen wurden.
Abb. 1 zeigt das aufgenommene Gesamtspektrum, und zwar Kurve a beim Flug in grosser Höhe, Kurve b beim Flug in geringer Höhe über der Erde. Es ist insbesondere zu beachten, dass die Kurven a und b sich für Frequenzen unterhalb von etwa 1600 Hz praktisch kaum unterscheiden; das bedeutet, dass für die tiefen Frequenzen der zum Mikrophon reflektierte Anteil gegenüber dem zum Mikrophon unmittelbar gebeugten Anteil stets vernachlässigt werden kann, zumal die
<Desc/Clms Page number 3>
Kurve b in sehr geringer Höhe über einer Wasserfläche aufgenommen ist.
Abb. 2 zeigt in vergrössertem Massstab die aufgenommenen Schallintensitäten, wenn ein Filter vorgeschaltet ist, dessen untere Durchlassgrenze etwa bei 1600 Hz liegt. Es ist leicht zu erkennen, dass bei der Annäherung an die Erde (Kurve b) diese Frequenzen um ein mehrfaches stärker auftreten als beim Flug in grösserer Höhe (Kurve a).
Wenn auch die Kurven a und b je nach der Apparatur verschieden ausfallen können, so sind doch stets Frequenzen von über 2000 Hz zu einer brauchbaren Messung erforderlich.
Die Abb. 3, 4 und 5 zeigen die Schemas von drei beispielsweisen Ausführungsformen der Anordnung nach der Erfindung. In Abb. 3 sei 1 das Aufnahmemikrophon, dem zum Beispiel ein in den Boden des Flugzeuges eingelassener Trichter 2 mit solcher Bemessung vorgeschaltet ist, dass hohe Töne von der Schallquelle nicht zum Mikrophon gebeugt werden können. Das Mikrophon steuert über einen Eingangstransformator 3 den Empfangsverstärker 4. Dieser besteht zum Beispiel aus einer Vorverstärkerstufe 5, deren Ausgangsspannung einmal dem Eingang eines Filters 6 und ferner dem Steuerkreis einer zweiten, das gesamte Frequenzspektrum verstärkenden Stufe 7 zugeführt wird.
Auf deren Ausgangsseite ist ein Detektor 8 vorgesehen, so dass am Widerstand 9 eine Gleichspannung auftritt, deren Grösse von der Intensität des einfallenden Gesamt- schalles (vergl. Abb. 1) abhängt. Der Aus- gang des Filters 6 enthält nur noch die hohen Frequenzen, führt also nur in dem Masse merkliche Amplituden, als reflektierter Schall zum Mikrophon 1 gelangt, das heisst das Flugzeug sich der Erde nähert.
Mit diesen Spannungen wird vorteilhaft eine Regelröhre 10 gesteuert, zum Beispiel eine Egpo- nentialröhre. Um eine Pegelregelung in Abhängigkeit von der Stärke des überhaupt erzeugten Schalles zu ermöglichen und so die Anzeige zum Beispiel von der Drehzahl des den Messschall erzeugenden Flugmotors unabhängig zu machen, ist in Reihe zu den Ausgangsklemmen des Filters 6 der Widerstand 9 der Vorstufe 7 in den Steuerkreis der Regelröhre 10 geschaltet. Die Amplitude im Anodenkreis ist damit ein Mass für Eintreffen reflektierter hoher Frequenzen und damit für die Annäherung an den Boden, unabhängig davon, 'ob der Motor mit voller Drehzahl läuft (Reiseflug) oder gedrosselt ist, zum Beispiel bei einer Landung.
Die Ausgangsspannung der Röhre 10 kann nochmals in einer Stufe 11 verstärkt und darauf einem Anzeigegerät zugeführt werden. Als Anzeigegerät ist im Ausführungsbeispiel eine Glimmlampe 12 vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel der Abb. 3 wird die Messung nur benutzt, um mittels des Schwellwertes der Glimmlampe 12 bezw. der einzelnen Verstärkerglieder eine reine Signalgabe für den Fall zu gewährleisten, dass das Flugzeug eine gewisse Mindesthöhe über Grund unterschreitet. Selbstverständlich ist es bei entsprechender Empfindlichkeit der Geräte auch möglich, ein messendes Anzeigeinstrument statt der Glimmlampe 12 vorzusehen, das wenigstens in einem gewissen Höhenbereieh über Grund den jeweiligen Abstand angibt.
Eine andere Ausführung zeigt Abb. 4. Zunächst wird ebenso wie bei der Anordnung der Abb. 3 das gesamte Geräusch in einer Vorstufe 5 des Verstärkers 4 verstärkt. Die angeschlossene Filtereinrichtung 6 besteht aus zwei Filtern, von denen das eine 6' nur die tiefen, der Beugung am Trichter 2 unterliegenden Frequenzen und das andere 6" nur die hohen, nicht merklich beugbaren Frequenzen idurahlässt. Die tiefen Frequenzen werden in einer Stufe 13, die hohen Frequenzen parallel dazu in einer Stufe 14 weiter verstärkt.
Die Geichstromspeisung beider Ver- stärkerrähren erfolgt über die Widerstände 15 und 16, während die verstärkten Wechselströme über Kondensatoren 17 bezw. 18 und gleichrichtende Elemente 19 bezw. 20 je einer Wicklung eines Quotientenmessgerätes 21 zugeführt werden.
<Desc/Clms Page number 4>
Diese Einrichtung arbeitet also mit dem Prinzip der Vergleichsmessung zwischen tiefen und hohen Frequenzen.
Sie benutzt dabei die an Hand der Abb. 1 bereits besprochene Tatsache, dass. die empfangene Schallintensität sich für den untern Frequenzbereich mit der Annäherung an den Boden durch den reflektierten Anteil nicht wesentlich ändert, so (dass die Intensität der tiefen Töne als praktisch unveränderliches Vergleichsnormal dienen kann. Änderungen der Gesamtschall- stärke der Geräuschquelle bleiben ebenfalls ohne Einfluss, da, sie bei tiefen und hohen Frequenzen in gleicher Weise auftreten und sich so im Vergleichsinstrument 21 aufheben.
Das Instrument 21 kann als Sehwellwert- gerät ausgebildet sein oder bei Erreichen einer vorbestimmten Stellung einen Kontakt zur Betätigung eines Warnsignals schliessen. Es kann aber auch zur messenden Anzeige der jeweiligen Höhe dienen.
Bei der Anordnung des Schallempfängers ist das Mikrophon so anzuordnen, dass es gegen den von der Schallquelle kommenden Schall, gegebenenfalls auch gegen die Über- trabgung durch Körperschall, genügend abgeschirmt ist, damit wenigstens die hohen Frequenzen ferngehalten werden. Die Fre- quenzgrenze kann verschieden sein, je nach der Anordnung des Mikrophons. Die Abschirmung kann durch einen Trichter bewirkt werden, der gleichzeitig eine Richtwirkung für den Empfang reflektierter Strahlung gewährleistet. Zu diesem Zweck ist der Trichter oder dergleichen vorzugsweise nach der Richtung zu orentieren, aus der für die gewünschte Anzeige der reflektierte Sehall hauptsächlich zu erwarten ist.
Besonders zweckmässig ist die versenkte Anordnung des Mikrophons im Fahrzeug, so dass keine zusätzlichen Widerstände entstehen. Soll eine zusätzliche Abschirmung gegen die Schallquelle vorgesehen werden, so ist aus dem gleichen Grund die Anordnung vorteilhaft so zu wählen, dass Teile des Fahrzeuges diese Abschirmung übernehmen können.
Die Erfindung erlaubt also eine sichere Anzeige oder Warnung bei rntersehreitung eines gewissen l@indestabstandcs. Die Anzeige ist um so genauer und verlässlicher, je mehr der Reflexionskoeffizient des reflektierenden Gegenstandes gleichbleibend und bekannt ist. Da: Messgerät kann auch die absolute Empfangsintensität der hohen Frequenzen oder auch deren Verhältnis zur Empfangsintensität; der niederen Frequenzen laufend messen und anzeigen.
Die Anwendung der Erfindung kommt daher in erster Linie für Flugzeuge bei der Landung auf vorbereiteten Landeplätzen in Frage, w o die Bodenverhältnisse leicht bestimmbar und annähernd über den ganzen Platz konstant sind. oder vor allem beim Flug über Gewässer: besonders wichtig dürfte die genaue Anzeige zum Beispiel beim Transozean-Flugverkehr sein, wo bekanntlich die wirtschaftlichste Reiseflug - höhe nur wenige il1eter über der @Vasserober- fläche ist und der Flug hierbei oft bei un- sichtigem )Vetter durchgefiihrt -erden muss.
Ein anderes, weites Anwendungsgebiet ist die Militärluftfahrt, zum Beispiel die Höhenanzeige für niedrig fliegende Schlachtflugzeuge, sogenannte Infanterieflieger, oder im Seekrieg vor allem für Torpedoflugzeuge. Gerade im letzteren Fall kommt es auf die (Yenaiie Einhaltung sehr geringer Höhen an, wobei unter Umständen künstlicher Nebel oder dergleichen zu durchfliegen ist. In all diesen Fällen wird der Erfindungsgegenstand wertvolle Hilfe leisten können. Ausserdem ist er aber auch als Ergänzunga- oder Kontrollgerät für andere. bekannte Echomessgeräte brauchbar.
Denn, da er normalerweise mit Eigengeräusch arbeitet und in seinem Aufbau sehr einfach ist, braucht kaum ein Versager befürchtet. zu werden. Zeigt nun das Gerät eine Annäherung unter eine ungefähre Grenze an, so kann der Pilot das grössere, kompliziertere und normalerweise mehr Leistung verbrauchende Eehomessgerät einschalten und die Höhe genau ermitteln, danach wieder abschalten. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Bord-Energiequellen für die Bereitschaftszeit nicht oder nur in geringem Mass in Anspruch genommen werden müssen, und dass gleichwohl der Pilot die Sicherheit
<Desc/Clms Page number 5>
hat, bei Gefahr aufmerksam gemacht zu werden. Unter Umständen wird ein kompliziertes, hohe Leistung (z.
B. für Schallsen- der) oder den Verbrauch von I'ressluft benötigendes Gerät durch diese Vereinigung mit dem einfachen Kontrollgerät nach der Erfindung überhaupt erst für den Bordgebrauch verwendbar, da dann die Arbeitszeit dieses Gerätes und,demgemäss der erhöhte Energieverbrauch auf die eigentlichen, kürzen Mess- zeiten beschränkt bleibt.
Bei andern Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anordnung erhält der am Fahrzeug angeordnete Empfänger mindestens ein weiteres schallempfindliches Organ (z. B. Mikrophon), welches mindestens die hohen Frequenzen unmittelbar von der Schallquelle, das heisst ohne Reflexion am Boden bezw. einem Hindernis empfängt.
Ferner können akustische, mechanische oder elektrische Filter vorgesehen sein, mittels deren die tiefen Frequenzen aus dem mittelbar zum einen Mikrophon übertragenen Schallgemisch und gegebenenfalls auch die entsprechenden tiefen Frequenzen aus dem unmittelbar zum andern Mikrophon übertragenen Schallgemisch, unterdrückt werden. Ferner können Einrichtungen vorgesehen werden, die nur einen genau definierten Teil des bei der unmittelbaren Übertragung einfallenden Schalles bis zum Anzeigegerät durchlassen. Diese Einrichtungen können sowohl akustischer (Schalldämpfer) oder mechanischer (Mikrophonempfindlichkeit) oder elektrischer Natur (Lautstä.rkeregelwiderstand) sein.
Die Messung wird mit einer besonderen Einrichtung so durchgeführt, dass die hohen Frequenzen, welche der Beugung nicht unterliegen, und daher in das abgeschirmte Mikrophon für mittelbare Schallaufnahme nur dann merklich gelangen, wenn die Reflexion merkbar wird, also das Flugzeug beispielsweise in geringer Höhe fliegt, in dem na.chgesehal- teten Verstärker herausgesiebt und hinsichtlich ihrer Intensität mit dem genau definierten Teilschall verglichen werden, der mittels einer akustischen Abzweigung unmittelbar von der Schallquelle zu einem besonderen Flilfsmikrophon übertragen wird.
Unter Umständen kann auch dieser Vergleichsschall frequenzmässig auf die genannten hohen Frequenzen beschränkt sein.
In der eine solche Ausführungsform darstellenden Abb. 5 ist 1 das Hauptmikrophon für die Messung. Diesem ist zur Ausbildung einer Richtcharakteristik beispielsweise ein Trichter 2 vorgeschaltet. Der Trichter möge für Bodenabstandsmessungen nach unten gerichtet und im übrigen im Flugzeugkörper vollständig eingelassen sein.
Die am Flugzeugkörper entlang verlaufenden, von der Schallquelle ausgestrahlten Schallwellen können das Mikrophon 1 nur insoweit treffen, als ihre Frequenz tief genug ist, damit die Urellen trotz der Richtwirkung und Abschirmung zum Mikrophon beugen. Die höheren Frequenzen können nur durch Reflexion am Erdboden zum Mikrophon 1 gelangen.
Ausser dem Mikrophon 1 ist in,der Abb. 5 ein Hilfsmikrophon 30 vorgesehen. Dieses soll einen genau definierten Teilschall ohne jede Abschirmwirkung unmittelbar von der Schallquelle aufnehmen. Es kann zu diesem Zweck in der Nähe der Schallquelle angeordnet sein, oder - wenn das Gesamtgeräusch von mehreren einzelnen SchalIquellen erzeugt wird - aus einer entsprechenden Anzahl parallel geschalteter Einzelmikrophone bestehen, deren jedes einer Schallquelle zugeordnet ist.
Es ist aber auch möglich, dass das Hilfsmikrophon 30 räumlich in unmittelbarer Nähe des Hauptmikrophons 1 angebracht ist, allerdings ohne Abschirmwirkung. Die dritte Möglichkeit ist dadurch gegeben, dass von der Schallquelle eine besondere Schall- leitung zum Hilfsmikrophon führt. Das Hilfsmikrophon kann ungerichtet sein oder mit einer Hauptachse mit der Richtung der unmittelbaren Schallwellen zusammenfallen.
Haupt- und Hilfsmikrophon sind jeweils über einen Eingangstransformator 3 bezw. 31 an die Eingangsstufe 5 bezw. 32 eines für beide Mikrophone getrennt arbeitenden Verstärkers 4 angeschlossen. Die verstärkten Amplituden des Hauptmikrophons werden einem Frequenzfilter 6 zugeleitet, welches.
<Desc/Clms Page number 6>
nur die nicht beugenden hohen Frequenzen durchlässt. Ebenso ist im Ausführungsbei- spiel ein Frequenzsieb 33 vorgesehen, welches von den Frequenzen des Hilfsmikrophons 30 nur die genannten hohen Frequenzen durchlässt.
Dieser Hochpass kann aber auch unter Umständen entbehrt werden. Die vom Hilfsmikrophon herrührenden Frequenzen können in einer weiteren Stufe 3.1 verstärkt und darauf mittels eines Detektors 8 gleichgerichtet werden, so da,ss am Ausgangswiderstand 9 eine Gleichspannung auftritt, deren Grösse der Intensität des unmittelbar zum Hilfsmikrophon 30 übertragenen Schalles oder bei Einseha.ltung des Frequeuzfilters 33 - des hochfrequenten Anteils dieses Schalles verhältig ist.
Diese Gleichspannung wird mit der Ausgangsspannung des Frequenzfilters 6 oder einer dieser Ausgangsspannung verhältigen Grösse verglichen. Der Vergleich kann mit Hilfe eines Quotientenmessgerätes in an sich bekannter Weise erfolgen. Eine andere-1ög- lichkeit zeigt die Abb. 5. Hierbei ist die dem unmittelbar übertragenen Schall verhältige Gleichspannung des -\Viderstandes 9 in Reihe mit dem Ausgang des Filters 6 in den Steuerkreis einer Regelröhre 10, vorzugsweise in Gegenschaltung eingefügt.
Die Ausgangsspannung dieser Regelröhre wird gegebenenfalls nach Verstärkung in einer weiteren Stufe 11 einem 1Iessinstrument zugeführt, beispielsweise einem über Transformator 35 und Hilfsgleichrichter 36 gespeisten Drehspulinstrument 37. An diesem Instrument kann bei entsprechender Eichung die Höhe des Flugzeuges über Grund abgelesen werden. Selbstverständlich kann auch an Stelle eines messenden Instrumentes ein reiner Indikator angewendet werden, der bei Unterschreitung einer Mindesthöhe anspricht. Jedoch gibt die Erfindung gerade auch die Möglichkeit einer verbesserten genauen 31essung der gewünschten Abstände, da über das besondere Hilfsmikrophon eine Vergleichsgrösse, die im Verhältnis zur überhaupt verfügbaren Schallintensität recht genau konstant bleibt, geliefert werden kann.
Die beiden Mikrophone sind in ihrer gegenseitigen Anordnung und Bemessung vorteilhaft so zu treffen, da.ss bei Höhenflug die Ausgangsamplituden der von beiden Mikrophonen beeinflussten Verstärkerteile etwa gleich gross sind. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass dem Hilfsmikrophon ein entsprechend der zu übertragenden Teilenergie kleiner bemessener Schaltrichter vorgeschaltet ist als dem Hauptmikrophon, oder dass, wie schon oben erwähnt, sonstige Einrichtungen zur Regelung bezw. Einstellung der über das Mikrophon 30 eingehenden Intensität vorgesehen sind.
<Desc / Clms Page number 1>
Arrangement for distance measurement mounted on a vehicle. For distance measurements, for measuring the distance from obstacles or the height above ground in aircraft and ships or the depth of a watercraft moving under water, a whole series of devices and methods are already known or otherwise proposed. Many such methods are based on the principle of echo sounding with sound or with electromagnetic waves and use, for example, a comparative time-of-flight measurement or a frequency or phase measurement of the emitted respectively. pulses received after reflection on the distant object.
To carry out such measurements, a pulse generator is required that emits sound or other waves of as precisely defined frequency as possible, possibly only a single frequency. All these known methods work with a relatively high expenditure of energy and nevertheless often do not allow the distance measurement to be carried out, in particular near the ground, with the desired or necessary accuracy and reliability.
The object is to provide a sound-based arrangement for distance measurement, especially near the ground, which at least approximates the distance from the ground or an obstacle using simple means, an impermissible approach being appropriately indicated by a signal. Furthermore, there should be the possibility that any template frequency mixture emanating from the vehicle can be used for measurement, provided that it only contains high frequencies above 2000 Hz in addition to low frequencies. That means that special sound generators don't.
are absolutely necessary, especially with aircraft.
The subject of the invention is. an arrangement on a vehicle, for example
<Desc / Clms Page number 2>
an aircraft to measure the distance from the ground BEZW. of obstacles in any direction, using a sound frequency mixture emanating from the vehicle, which, in addition to lower frequencies, also contains frequencies above \? 000 Hz, and is characterized by the fact that a sound receiving device controlling a measuring device with a pronounced Ricbt characteristic is provided on the vehicle and is so arranged with respect to the sound source.
that the high-frequency sound waves emitted by the sound source cannot hit a sound-sensitive organ directly, but only when the vehicle approaches a reflective surface after being reflected on this surface, while the low-frequency Z-waves emitted by the sound source directly through diffraction get to this sound-sensitive organ. Here, as in the following, high frequencies are referred to as those which have no noticeable diffraction phenomena with respect to the receiving device, and low frequencies are those which have diffraction phenomena.
Any sound sources can be used to generate the 'less sound, if necessary also special sound transmitters provided for this purpose. In the case of aircraft in particular, the inherent noise that is already present can advantageously be used, in which, in addition to low frequencies (engine and exhaust noise), there are also many high frequencies, for example the so-called cutting tones on the blades of the propeller blades or on other gangs lying in the air flow. Special sound transmitters can also be used to supplement or amplify an inherent noise, for example. on watercraft or in the event of a flight with the engine switched off.
If necessary, such auxiliary loudspeakers are only to be provided for the generation of certain, excellent frequencies which are missing in the existing noise spectrum or which are not present in sufficient strength. In an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention, the sound recording element is a microphone which controls an amplifier to which a frequency filter device is connected and which influences a signal device or a measuring device on the output side.
The frequency filter is dimensioned so that the. high sound frequencies, which due to the chosen arrangement cannot be bent towards the microphone, are separated from the rest of the frequency mix. in order to be usable for a display based on intensity measurement or comparison.
As long as an airplane equipped in this way flies at a greater height, for example, the reflection on the ground can be neglected. Only the low sound frequencies that can be bent sufficiently strong get into the microphone, while the higher frequencies bypass the receiving organ. There is therefore no measured variable in the display circuit controlled by the filter.
However, when the aircraft approaches the ground, a considerable part of the sound is reflected, so that the high-pitched sound tones also get into the microphone, but only on the reflection path, and that measurable amplitudes now also occur in the output circle of the filter.
These properties of a sound used with regard to the diffraction ability of the individual tones are shown in Figs. 1 and 2, which were recorded on an aircraft during flight at different altitudes.
Fig. 1 shows the total spectrum recorded, namely curve a when flying at high altitude, curve b when flying at low altitude above the earth. It should be noted in particular that curves a and b practically hardly differ for frequencies below about 1600 Hz; This means that for the low frequencies the portion reflected to the microphone can always be neglected compared to the portion directly diffracted to the microphone, especially since the
<Desc / Clms Page number 3>
Curve b is taken at a very low height above a body of water.
Fig. 2 shows the recorded sound intensities on an enlarged scale when a filter is connected upstream, the lower transmission limit of which is around 1600 Hz. It is easy to see that when approaching the earth (curve b) these frequencies occur several times more than when flying at higher altitudes (curve a).
Even if the curves a and b can turn out differently depending on the apparatus, frequencies of over 2000 Hz are always required for a usable measurement.
Figures 3, 4 and 5 show the schemes of three exemplary embodiments of the arrangement according to the invention. In Fig. 3, let 1 be the recording microphone, which is preceded, for example, by a funnel 2 embedded in the floor of the aircraft with such dimensions that high tones from the sound source cannot be bent to the microphone. The microphone controls the receiving amplifier 4 via an input transformer 3. This consists, for example, of a preamplifier stage 5, the output voltage of which is fed to the input of a filter 6 and also to the control circuit of a second stage 7 which amplifies the entire frequency spectrum.
A detector 8 is provided on its output side, so that a DC voltage occurs across the resistor 9, the magnitude of which depends on the intensity of the total incident sound (see Fig. 1). The output of the filter 6 only contains the high frequencies, so it only has noticeable amplitudes to the extent that reflected sound reaches the microphone 1, that is, the aircraft approaches the earth.
A regulating tube 10, for example an egpotential tube, is advantageously controlled with these voltages. In order to enable level control depending on the strength of the sound generated at all and thus make the display independent of the speed of the aircraft engine generating the measurement sound, for example, the resistor 9 of the preliminary stage 7 is in the control circuit in series with the output terminals of the filter 6 the control tube 10 switched. The amplitude in the anode circle is therefore a measure of the arrival of reflected high frequencies and thus of the approach to the ground, regardless of whether the engine is running at full speed (cruising) or is throttled, for example when landing.
The output voltage of the tube 10 can be amplified again in a stage 11 and then fed to a display device. In the exemplary embodiment, a glow lamp 12 is provided as the display device.
In the embodiment of Fig. 3, the measurement is only used to bezw by means of the threshold value of the glow lamp 12. the individual amplifier elements to ensure a pure signaling in the event that the aircraft falls below a certain minimum height above ground. Of course, given the appropriate sensitivity of the devices, it is also possible to provide a measuring display instrument instead of the glow lamp 12, which indicates the respective distance at least in a certain height range above the ground.
Another embodiment is shown in Fig. 4. First, just as in the arrangement of Fig. 3, the entire noise is amplified in a preliminary stage 5 of the amplifier 4. The connected filter device 6 consists of two filters, of which one 6 'only allows the low frequencies that are subject to diffraction at the funnel 2 and the other 6 "only allows the high frequencies that are not noticeably diffractable. The low frequencies are in a stage 13, the high frequencies are further amplified in parallel in a stage 14.
The direct current feed of both amplifier tubes takes place via the resistors 15 and 16, while the amplified alternating currents via capacitors 17 respectively. 18 and rectifying elements 19 respectively. 20 are each fed to a winding of a quotient measuring device 21.
<Desc / Clms Page number 4>
This device therefore works with the principle of comparative measurement between low and high frequencies.
It uses the fact already discussed on the basis of Fig. 1 that the received sound intensity does not change significantly for the lower frequency range as it approaches the ground due to the reflected portion, so (that the intensity of the low tones as a practically unchangeable comparison standard Changes in the overall sound strength of the noise source also have no influence, since they occur in the same way at low and high frequencies and thus cancel each other out in the comparison instrument 21.
The instrument 21 can be designed as a visual threshold device or close a contact for actuating a warning signal when a predetermined position is reached. But it can also be used to measure the height.
When arranging the sound receiver, the microphone is to be arranged in such a way that it is sufficiently shielded against the sound coming from the sound source, and possibly also against transmission by structure-borne sound, so that at least the high frequencies are kept away. The frequency limit can be different depending on the placement of the microphone. The shielding can be effected by a funnel, which at the same time ensures a directional effect for the reception of reflected radiation. For this purpose, the funnel or the like is preferably to be oriented in the direction from which the reflected visual reverberation is mainly to be expected for the desired display.
The recessed arrangement of the microphone in the vehicle is particularly useful, so that no additional resistance arises. If additional shielding against the sound source is to be provided, then, for the same reason, the arrangement should advantageously be selected so that parts of the vehicle can provide this shielding.
The invention thus allows a reliable display or warning when a certain minimum distance is exceeded. The more the reflection coefficient of the reflective object is constant and known, the more accurate and reliable the display. Since: The measuring device can also determine the absolute reception intensity of the high frequencies or their relationship to the reception intensity; Measure and display the lower frequencies continuously.
The application of the invention is therefore primarily suitable for aircraft when landing on prepared landing sites, where the ground conditions can be easily determined and are approximately constant over the entire area. or especially when flying over water: the exact display is particularly important, for example, with transocean air traffic, where the most economical cruising altitude is known to be only a few meters above the surface of the water and the flight here is often when the cousin is invisible must be carried out.
Another, wide field of application is military aviation, for example the altitude display for low-flying attack aircraft, so-called infantry aircraft, or in naval warfare, especially for torpedo aircraft. Especially in the latter case it is important to maintain very low altitudes, whereby artificial fog or the like may have to be flown through. In all these cases the subject of the invention will be able to provide valuable help. In addition, it can also be used as a supplement or control device for other known echo measuring devices can be used.
Because, since it normally works with its own noise and is very simple in its structure, there is hardly any failure to fear. to become. If the device now indicates an approach below an approximate limit, the pilot can switch on the larger, more complicated and usually more power consuming eehomeasuring device and determine the altitude precisely, then switch it off again. In this way it is achieved that the on-board energy sources do not have to be used, or only have to be used to a small extent, for the standby time, and that the pilot nevertheless ensures safety
<Desc / Clms Page number 5>
has to be made aware of danger. A complicated, high performance (e.g.
B. for sound transmitters) or the consumption of I'ress air required device through this combination with the simple control device according to the invention only usable for on-board use, since then the working time of this device and, accordingly, the increased energy consumption on the actual shorten Measurement times remains limited.
In other embodiments of the arrangement according to the invention, the receiver arranged on the vehicle receives at least one further sound-sensitive organ (e.g. microphone), which at least receives the high frequencies directly from the sound source, that is to say without reflection on the ground or. receives an obstacle.
Furthermore, acoustic, mechanical or electrical filters can be provided, by means of which the low frequencies from the sound mixture transmitted indirectly to one microphone and optionally also the corresponding low frequencies from the sound mixture transmitted directly to the other microphone are suppressed. Furthermore, devices can be provided which allow only a precisely defined part of the sound incident during direct transmission to pass through to the display device. These devices can be acoustic (silencer) or mechanical (microphone sensitivity) or electrical (volume control resistance).
The measurement is carried out with a special device in such a way that the high frequencies, which are not subject to diffraction and therefore only noticeably enter the shielded microphone for indirect sound pickup, when the reflection becomes noticeable, i.e. the aircraft is flying at low altitude, for example, can be filtered out in the amplifier attached to the receiver and compared in terms of intensity with the precisely defined partial sound, which is transmitted directly from the sound source to a special auxiliary microphone by means of an acoustic branch.
Under certain circumstances, this comparison sound can also be limited in terms of frequency to the high frequencies mentioned.
In Fig. 5, which shows such an embodiment, 1 is the main microphone for the measurement. A funnel 2, for example, is connected upstream of this in order to develop a directional characteristic. The funnel should be directed downwards for ground clearance measurements and otherwise completely embedded in the aircraft body.
The sound waves which run along the aircraft body and are emitted by the sound source can only hit the microphone 1 to the extent that their frequency is low enough for the waves to bend towards the microphone despite the directional effect and shielding. The higher frequencies can only reach microphone 1 through reflection on the ground.
In addition to the microphone 1, an auxiliary microphone 30 is provided in FIG. This is intended to pick up a precisely defined partial sound directly from the sound source without any shielding effect. For this purpose it can be arranged in the vicinity of the sound source, or - if the overall noise is generated by several individual sound sources - consist of a corresponding number of individual microphones connected in parallel, each of which is assigned to a sound source.
It is also possible, however, for the auxiliary microphone 30 to be fitted spatially in the immediate vicinity of the main microphone 1, but without a shielding effect. The third possibility is that a special sound line leads from the sound source to the auxiliary microphone. The auxiliary microphone can be omnidirectional or coincide with a main axis with the direction of the direct sound waves.
Main and auxiliary microphone are each via an input transformer 3 respectively. 31 to the input stage 5 respectively. 32 of an amplifier 4 operating separately for both microphones is connected. The amplified amplitudes of the main microphone are fed to a frequency filter 6, which.
<Desc / Clms Page number 6>
only lets through the non-diffracting high frequencies. Likewise, a frequency filter 33 is provided in the exemplary embodiment, which of the frequencies of the auxiliary microphone 30 allows only the high frequencies mentioned to pass through.
However, this high pass can also be dispensed with under certain circumstances. The frequencies originating from the auxiliary microphone can be amplified in a further stage 3.1 and then rectified by means of a detector 8, so that a DC voltage occurs at the output resistor 9, the magnitude of which corresponds to the intensity of the sound transmitted directly to the auxiliary microphone 30 or if the frequency filter is observed 33 - the high frequency component of this sound is proportional.
This direct voltage is compared with the output voltage of the frequency filter 6 or a variable related to this output voltage. The comparison can be made in a manner known per se with the aid of a quotient measuring device. Another possibility is shown in Fig. 5. Here, the direct voltage of the resistor 9 in relation to the directly transmitted sound is inserted in series with the output of the filter 6 in the control circuit of a control tube 10, preferably in a counter-circuit.
The output voltage of this regulating tube is, if necessary after amplification in a further stage 11, fed to a measuring instrument, for example a moving-coil instrument 37 fed via transformer 35 and auxiliary rectifier 36. With the appropriate calibration, the altitude of the aircraft above ground can be read on this instrument. Of course, instead of a measuring instrument, a pure indicator can be used that responds when the level falls below a minimum. However, the invention also provides the possibility of an improved, precise measurement of the desired distances, since the special auxiliary microphone can be used to supply a comparative variable which remains fairly constant in relation to the sound intensity available at all.
The mutual arrangement and dimensioning of the two microphones should advantageously be made in such a way that, when flying high, the output amplitudes of the amplifier parts influenced by the two microphones are approximately the same. This can be achieved, for example, in that the auxiliary microphone is preceded by a switching funnel that is smaller than the main microphone in accordance with the partial energy to be transmitted, or that, as already mentioned above, other regulating devices or Adjustment of the incoming intensity via the microphone 30 are provided.