DE1005749B

DE1005749B - Procedure for registering cloud height measurements

Info

Publication number: DE1005749B
Application number: DEC11095A
Authority: DE
Inventors: Daniel Lesage
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1954-06-15
Filing date: 1955-04-20
Publication date: 1957-04-04

Description

Verfahren zur Registrierung von Wolkenhöhenmessungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das zur Messung und Registrierung von Wolkenhöhen mit Hilfe von Lichtimpulsen dient. Method for registering cloud height measurements The invention relates to a method that helps to measure and register cloud heights of light pulses is used.

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die Messung von Wolkenhöhen auf die Messung der Zeit zurückgeführt wird, die zwischen der Aussendung eines Lichtimpulses und seinem Eintreffen auf einer photoelektrischen Zelle nach Reflexion an einer Wolkenschicht verstreicht. Methods are already known in which the measurement of cloud heights is traced back to the measurement of the time between the emission of a light pulse and its arrival on a photoelectric cell after reflection from one Cloud layer passes.

In dem Empfangsgerät nach der Erfindung werden die von der Photozelle empfangenen Echos verstärkt und einem Gerät zugeführt, das selbsttätig und kontinuierlich die Werte registriert, die als sehr kurze Zeitintervalle gegeben sind. In the receiving device according to the invention, the photocell received echoes are amplified and fed to a device that operates automatically and continuously registered the values which are given as very short time intervals.

Zu diesem Zweck werden die in bestimmten Zeitintervallen auftretenden kurzen Echos in zu ihrer Länge proportionale elektrische Signale umgeformt, die auf ein Registriergerät gegeben werden können. For this purpose, the occurring in certain time intervals short echoes are converted into electrical signals proportional to their length can be given on a recording device.

Man begegnet jedoch gewissen Schwierigkeiten durch die Tatsache, daß die empfangende Photozelle mehrere Echos liefern kann, die durch sehr tiefen Nebel oder durch übereinanderliegende Wolkenschichten verschiedener Höhe hervorgerufen werden. Diese Echos folgen aufeinander zeitlich proportional zu dem vom Lichtimpuls durchlaufenen Weg. Ihre einzelnen Amplituden nehmen mit dem durchlaufenen Weg und der angetroffenen Trübung ab.However, certain difficulties are encountered by the fact that the receiving photocell can deliver multiple echoes through very deep fog or caused by superimposed layers of clouds of different heights will. These echoes follow one another in proportion to that of the light pulse traversed path. Their individual amplitudes take the path traversed and the turbidity encountered.

Es ist daher nötig, den Verstärkungsgrad von der Entfernung des Gegenstandes abhängig zu machen. It is therefore necessary to adjust the degree of amplification from the distance of the object to make dependent.

Dies wird erreicht mit Hilfe einer zeitabhängigen Regelspannung, die bewirkt, daß die Empfindlichkeit des Empfängers für die Echos von entfernten Hindernissen vergößert wird. Eine derartige regelbare Verstärkung ist an sich bekannt, denn in der Technik der sprengseismischen Bodenuntersuchung werden allgemein Verstärker mit automatisch regelbarem Verstärkungsgrad abhängig von der Laufzeit (und damit der Entfernung der Reflexionsstellen) verwendet. Die Regelspannung wird durch eine Sägezahnspannung geeigneter Form dargestellt, deren Dauer der Hin-und Rücklaufzeit eines Impulses für die maximale Reichweite des Gerätes entspricht. Die Regelspannung wird gleichzeitig dazu verwendet, die Steilheit der Röhren des Niederfrequenzverstärkers zu steuern. Da die Anlegung einer Sägezahnspannung kurzer Dauer an das Gitter der Röhren nicht nur ihre Steilheit erhöht, sondern auch eine starke und rasche Änderung des Anodenstroms mit sich bringt, die leicht die folgenden Stufen übersteuern könnte, ist es vorgesehen, dieses Störsignal durch eine besondere Schaltung des Niederfrequenzverstärkers wieder zu entfernen.This is achieved with the help of a time-dependent control voltage, the causes the sensitivity of the receiver to the echoes from distant obstacles is enlarged. Such a controllable gain is known per se, because in the technique of seismic soil investigation are generally amplifiers with automatically adjustable gain depending on the running time (and thus the distance of the reflection points). The control voltage is controlled by a Sawtooth voltage of suitable form is shown, the duration of the return time of a pulse for the maximum range of the device. The control voltage is also used to adjust the steepness of the tubes of the low frequency amplifier to control. Since the application of a sawtooth voltage to the grid of the Tubes not only increase their steepness, but also a strong and rapid change of the anode current that could easily override the following stages, it is provided that this interference signal through a special circuit of the low frequency amplifier to remove again.

Im praktischen Betrieb interessiert die Höhe der ersten Wolkendecke. Die Aufgabe besteht nun darin, das Echo von dieser ersten Wolkendecke von den unerwünschten Störreflexionen zu trennen. Das Registriergerät soll also gegebenenfalls das Echo eines niedrigen Nebels geringer Dichte unbeachtet lassen und nur das erste, kräftige Echo registrieren. Schaltungen zur Unterdrückung von unerwünschten Nebenechos sind aus der Radartechnik an sich bekannt. In practical operation, the height of the first cloud cover is of interest. The task now is to remove the echo from this first cloud cover from the unwanted Separate interfering reflections. The recorder should therefore, if necessary, the echo disregard a low, low density nebula and only the first, strong one Register echo. Circuits for suppressing unwanted side echoes are known per se from radar technology.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Niederfrequenzverstärker die vorverstärkten Echosignale von der Photozelle mit einer zeitabhängigen Regelspannung gemischt und verstärkt werden, daß die hieraus resultierenden Signale ein Amplitudensieb durchlaufen, das Signale unterhalb eines vorbestimmten Pegels abscheidet, daß weiterhin das verbleibende Echosignal in einer weiteren Stufe die mit einer mit der Aussendung der Lichtimpulse synchronisierten Sägezahnspannung vorgenommene Aufladung eines Kondensators unterbricht und dessen Entladung über einen Widerstand einleitet und daß schließlich die Aufladespannung des Kondensators mittels eines Meßinstruments angezeigt und registriert wird. The method according to the invention is characterized in that in the pre-amplified echo signals from the photocell to a low frequency amplifier mixed with a time-dependent control voltage and amplified that the result resulting signals pass through an amplitude sieve, the signals below a predetermined level separates that the remaining echo signal continues in a Another stage that is synchronized with the emission of the light pulses Sawtooth voltage made charging a capacitor interrupts and its Discharge initiates through a resistor and that finally the charging voltage of the capacitor is displayed and registered by means of a measuring instrument.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt Fig. 1 schematisch den erfindungsgemäßen Gesamtaufbau des Gerätes, Fig. 2 und 3 das Blockschema und die Schaltung des Niederfrequenzverstärkers, Fig. 4 die Signale nach der Amplitudensiebung, Fig. 5 die Schaltung der Umwandlerstufe und Fig. 6 den Verlauf der registrierten Signale. Further details of the invention emerge from the following Description of an embodiment based on the drawing. Herein Fig. 1 schematically the overall structure of the device according to the invention, Fig. 2 and 3 the block diagram and the circuit of the low frequency amplifier, FIG the signals after the amplitude filtering, FIG. 5 the circuit of the converter stage and FIG. 6 shows the course of the registered signals.

Nach Fig. 1 werden die von der Photozelle kommenden vorverstärkten Signale und zugleich die durch die Synchronisationsimpulse S des Gebers ausgelöste, aus dem Generator B kommende zeitabhängige Regelspannung auf den Niederfrequenzverstärker X gegeben. Die Signale aus dem VerstärkerS werden unterhalb eines bestimmten Pegels in der Stufe C abgeschnitten und zur Umwandlungsstufe D geleitet. According to Fig. 1, those coming from the photocell are pre-amplified Signals and at the same time the signals triggered by the synchronization pulses S of the encoder, Time-dependent control voltage coming from generator B to the low-frequency amplifier X given. The signals from the amplifier S are below a certain level cut off in stage C and passed to conversion stage D.

Diese erhält außerdem von B ein durch die Synchronisationsimpulse S ausgelöstes Sägezahnsignal. An die Stufe D ist ein Registriergerät E angeschlossen.This also receives a from B through the synchronization pulses S triggered sawtooth signal. A recording device E is connected to stage D.

Der Verstärker=4 ist in Fig. 2 mehr im einzelnen dargestellt. Er besteht zunächst aus zwei gleichartigen, parallel geschalteten Verstärkerstufen, von denen die eine, 1, die vorverstärkten Niederfrequenzsignale 2 und die Regelspannung 3 empfängt. Der andere Verstärker 4 empfängt nur die Regelspannung 3. The amplifier = 4 is shown in more detail in FIG. He consists initially of two similar amplifier stages connected in parallel, of which the one, 1, the preamplified low frequency signals 2 and the control voltage 3 receives. The other amplifier 4 only receives the control voltage 3.

Auf diesen letzteren Verstärker folgt eine Phasenumkehrstufe 5, die am Ausgang die umgekehrte Regelspannung 6 abgibt. Die Signale 7 aus dem Verstärker 1 und die Signale 6 werden dann in Stufe 8 gemischt und erhalten so die Gestalt 9.This latter amplifier is followed by a phase inversion stage 5, the outputs the reverse control voltage 6 at the output. The signals 7 from the amplifier 1 and the signals 6 are then mixed in stage 8 to obtain the shape 9.

Die entsprechende Schaltung zeigt Fig. 3. Zwei gleichartige Pentoden 10 und 11 sind parallel gesdialtet, wobei ihre Anoden und Schirmgitter über Widerstände an dem positiven Pol einer Spannungsquelle HT liegen. Die erste Röhre 10 erhält am Steuergitter 12 über den Kondensator 13 die niederfrequenten Signale 2, nämlich die von der Photozelle empfangenen und vorverstärkten Echos P0, P1, P2 Auf das Schirmgitter 14 dieser Röhre wird gleichzeitig die Regelspannung 3 gegeben, die in einer Sägezahnspannung besteht, deren Form empirisch durch Versuche so ausgebildet ist, daß der Niederfrequenzverstärker für vom Lichtstrahl durchlaufene Schichten gleichen Streuvermögens, aber verschiedener Höhe gleiche Empfindlichkeit aufweist. Die Periodendauer der Sägezahnspannung entspricht der Hin- und Rücklaufzeit eines Lichtblitzes für die maximale Reichweite des Gerätes, z. B. 10 Mikrosekunden, wenn die höchste von dem Entfernungsmesser meßbare Wolkenschicht in etwa 1500 m Höhe liegt. Die Sägezahnspannung wird periodisch durch die Synchronisationsimpulse S über den Generator B ausgelöst. Die gleiche Sägezahnspannung liegt am Schirmgitter 15 der zweiten Röhre 11, deren Steuergitter 16 auf gleichem Potential liegt wie das Gitter 12 der Röhre 10 bei Abwesenheit der Echosignale. Die erste Röhre ist über den Widerstand 17 und den Kondensator 18 an das Schirmgitter 19 der Mischröhre 20 gekoppelt. Andererseits wird die Sägezahnspannung 3 durch die Röhre 11 verstärkt und über den Widerstand 21 und den Kondensator 22 zur Röhre 23 gegeben, die mit ihrem kleinen Anodenwiderstand die Phasenumkehr bewerkstelligt. Von dort wird das Signal über den Widerstand 24 und den Kondensator 25 auf das Steuergitter 26 der Mischröhre übertragen. Man erhält an ihrer Anode die Signale 9, die nur die den verschiedenen Echos P0, P,, P2 entsprechenden Impulse in angemessener Verstärkung enthalten. The corresponding circuit is shown in FIG. 3. Two similar pentodes 10 and 11 are dialed in parallel, with their anodes and screen grids via resistors at the positive pole of a voltage source HT. The first tube 10 receives at the control grid 12 via the capacitor 13, the low-frequency signals 2, namely the pre-amplified echoes P0, P1, P2 received by the photocell onto the screen 14 this tube is given the control voltage 3 at the same time, which is a sawtooth voltage exists, the shape of which is empirically formed through experiments so that the low frequency amplifier for layers traversed by the light beam the same scattering power, but different Height has the same sensitivity. The period corresponds to the sawtooth voltage the outward and return travel time of a light flash for the maximum range of the device, z. B. 10 microseconds if the highest layer of cloud that can be measured by the range finder is about 1500 m above sea level. The sawtooth voltage is periodic due to the synchronization pulses S triggered by generator B. The same sawtooth voltage is applied to the screen grid 15 of the second tube 11, the control grid 16 of which is at the same potential as the grating 12 of the tube 10 in the absence of the echo signals. The first tube is Via the resistor 17 and the capacitor 18 to the screen grid 19 of the mixing tube 20 coupled. On the other hand, the sawtooth voltage 3 is amplified by the tube 11 and via the resistor 21 and the capacitor 22 to the tube 23, which with their small anode resistance accomplishes the phase inversion. From there that will Signal via resistor 24 and capacitor 25 to control grid 26 of the Transferring the mixing tube. The signals 9 are obtained at their anode, which only the different echoes P0, P ,, P2 corresponding pulses in appropriate amplification contain.

Diese Signale können nun z. B. ein erstes Echo P0 enthalten, das von niedrigem Nebel geringer Dichte herrührt und das entfernt werden muß. Dieses Echosignal ist relativ schwach und verschwindet, wenn die Amplituden des ganzen Signals 9 unterhalb eines be- stimmten Niveaus abgeschnitten werden. Dabei wird die Lage der Echosignale nicht verändert und folglich auch das Meßresultat nicht beeinflußt. These signals can now z. B. contain a first echo P0 that originates from low, low density mist and which must be removed. This Echo signal is relatively weak and disappears when the amplitudes of the whole Signal 9 below a loading cut off at the right level. The The position of the echo signals is not changed and consequently also does not influence the measurement result.

Zu diesem Zweck gelangen die Signale 9 von der Anode der Röhre 20 an eine Diode, die nur die Signale über einem ausgewählten Pegel durchläßt und damit das Rauschen und gegebenenfalls das Echo von tiefen Nebeln abschneidet. Die Form der Zeichen nach dem Abschneiden ist in Fig. 4 als durchgezogene Linie gezeichnet, wogegen die gestrichelte Linie die abgeschnittenen Signale darstellt, einschließlich des Echos P0, dessen Amplitude unter dem kritischen Niveau liegt. For this purpose, the signals 9 arrive from the anode of the tube 20 to a diode that only lets through the signals above a selected level and thus cuts off the noise and possibly the echo of deep nebulae. Form the character after cutting is shown in Fig. 4 as a solid line, whereas the dashed line represents the clipped signals, including of the echo P0, the amplitude of which is below the critical level.

Es sei nun der letzte Teil des Gerätes mit der Umwandlerstufe D und dem Registriervoltmeter E beschrieben. Diese Stufe soll die sehr kurz aufeinanderfolgenden Zeitangaben in Gestalt der ankommenden Signale in eine Gleichspannung übersetzen, die diesen Zeitintervallen proportional ist und vom Registriergerät aufgenommen werden kann. Wie gesagt, beschränkt man sich auf die Registrierung des ersten Echos, weil die anderen nur mittelbares Interesse haben. Let it be the last part of the device with the converter stage D and the registration voltmeter E. This stage is supposed to be very short in succession Translate time information in the form of the incoming signals into a direct voltage, which is proportional to these time intervals and recorded by the recorder can be. As I said, you limit yourself to registering the first echo, because the others only have an indirect interest.

Die Schaltung dieser Stufe ist in Fig. 5 dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem Thyratron 30, einer Diode 31 und einem Kreis aus Widerstand und Kapazität. Das Thyratron 30 ist bei Abwesenheit der niederfrequenten Echosignale durch eine negative Vorspannung am Gitter gesperrt. Die abgeschnittenen Zeichen gelangen von der Stufe C über den Kopplungskondensator 32 auf das Gitter des Thyratrons. Die Anode 33 liegt andererseits an einer linearen Sägezahnspannung, die in gleicher zeitlicher Länge wie die Regelspannung 3 von dem Generator B erzeugt und durch die Gleichlaufimpulse S des Lichtblitzgebers ausgelöst wird. Parallel zum Thyratron liegt die mit ihrer Anode 34 direkt mit der Anode des Thyratrons 30 verbundene Diode 31, deren Kathode mit einem Kreis aus einem Widerstand 35 und einem parallel geschalteten Kondensator 36 vesl,unden ist. Die Zeitkonstante dieses RC-Kreises ist sehr groß gewählt. The circuit of this stage is shown in Fig. 5 and consists essentially of a thyratron 30, a diode 31 and a circuit of resistance and capacity. The thyratron 30 is in the absence of the low-frequency echo signals blocked by a negative bias on the grid. The cut characters get from stage C via the coupling capacitor 32 to the grid of the thyratron. The anode 33 is on the other hand to a linear sawtooth voltage, which in the same temporal length as the control voltage 3 generated by the generator B and by the Synchronization pulses S of the light flasher is triggered. Parallel to the thyratron the anode 34 connected directly to the anode of the thyratron 30 diode 31, whose cathode is connected to a circuit of a resistor 35 and a parallel Capacitor 36 vesl, unden is. The time constant of this RC circuit is very large chosen.

Die mit der Kathode der Diode verbundene Belegung des Kondensators ist in ein Registriervoltmeter geschaltet. Dieses besteht aus zwei parallel geschalteten und sorgfältig abgeglichenen Röhren 37 und 38, von denen die eine. 37, die zu messende Spannung am Gitter erhält. Zwischen den Kathoden dieser Röhren liegt das Meßwerk 39 mit der Schreibnadel 40, deren Spitze auf einem gleichförmig abrollenden Papierstreifen die Spannungen registriert.The assignment of the capacitor connected to the cathode of the diode is switched to a registration voltmeter. This consists of two connected in parallel and carefully balanced tubes 37 and 38, one of which. 37, the one to be measured Receives tension on the grid. The measuring mechanism is located between the cathodes of these tubes 39 with the stylus 40, the tip of which is on a uniformly unrolling strip of paper registered the tensions.

Die Stufen D und E arbeiten wie folgt: Während das Thyratron 30 anfangs gesperrt ist, lädt die Sägezahnspannung den Kondensator 36 über die Diode 31 auf. Wenn das erste Echo P1 am Gitter des Thyratrons ankommt, wird dieses leitend. Die Anodenspannung des Thyratrons fällt rasch auf einige Volt ab, und dadurch wird die Diode 31 gesperrt. Dann beginnt der Kondensator 36 sich infolge der großen Zeitkonstante des EC-Kreises langsam über den Widerstand 35 zu entladen. Die Entladespannung erscheint auf dem Gitter der Röhre 37 und stört das Gleichgewicht der Röhren 37 und 38. Dieser Störung folgt das Voltmeter 39 und registriert sie mittels der Schreihnadel 40. Bis zur folgenden Lotung hat der Kondensator 36 Zeit, sich vollständig zu entladen, und das Voltmeter kann in seine Gleichgewichtslage zurückkehren. Das Thyratron ist wieder gesperrt, die Diode frei, und der Vorgang kann von neuem beginnen. The stages D and E work as follows: While the thyratron 30 initially is blocked, the sawtooth voltage charges the capacitor 36 via the diode 31. When the first echo P1 arrives at the grating of the thyratron, it becomes conductive. the The anode voltage of the thyratron drops rapidly to a few volts, and this becomes the Diode 31 blocked. Then the capacitor 36 begins due to the large time constant of the EC circuit slowly through the resistor 35 to discharge. The discharge voltage appears on the grid of the tube 37 and disturbs the balance of the tubes 37 and 38. This The voltmeter 39 follows the fault and registers it by means of the scriber 40. The capacitor 36 has time to fully discharge until the following sounding, and the voltmeter can return to its equilibrium position. The thyratron is blocked again, the diode free, and the process can begin again.

Der Verlauf des aufgenommenen Diagramms ist in Fig. 6 dargestellt, nach dem bei jeder Lotung der Schreibstift ausschlägt und darauf wieder auf Null zurückkehrt. Die Änderung der Lage der Maxima gibt die Änderungen der betreffenden Wolkenhöhe an. The course of the recorded diagram is shown in Fig. 6, after each sounding the Pen knocks out and on it returns to zero. The change in the position of the maxima gives the changes the cloud height concerned.

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Registrierung von Wolkenhöhenmessungen mittels ausgesendeter und durch eine Photozelle wieder empfangener Lichtimpulse mit Unterdrückung der unerwünschten Nebenechos, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Niederfrequenzverstärker (A) die vorverstärkten Echosignale (2) von der Photozelle mit einer zeitabhängigen Regelspannung (3) gemischt und verstärkt werden, daß die hieraus resultierenden Signale (9) ein Amplitudensieb (C) durchlaufen, das Signale unterhalb eines vorbestimmten Pegels (P) abschneidet, daß weiterhin das verbleibende Echosignal in einer weiteren Stufe (D) die mit einer mit der Aussendung der Lichtimpulse synchronisierten Sägezahnspannung vorgenommene Aufladung eines Kondensators (36) unterbricht und dessen Entladung über einen Widerstand (35) einleitet und daß schließlich die Aufladespannung des Kondensators (36) mittels eines Meßinstruments (E) angezeigt und registriert wird. PATENT CLAIM: 1. Method for registering cloud height measurements by means of light pulses transmitted and received again by a photocell with suppression of unwanted side echoes, characterized in that in one Low frequency amplifier (A) the pre-amplified echo signals (2) from the photocell with a time-dependent control voltage (3) mixed and amplified that the The signals (9) resulting therefrom pass through an amplitude sieve (C), the signals below a predetermined level (P) cuts off the remaining one Echo signal in a further stage (D) with one with the emission of the light pulses synchronized sawtooth voltage charging of a capacitor (36) interrupts and initiates its discharge via a resistor (35) and that finally the charging voltage of the capacitor (36) is displayed by means of a measuring instrument (E) and is registered.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that in one Stage (1) of the low-frequency frequency amplifier (A) the echo signals (2) together with the Control voltage (3) can be increased in two parallel steps (4, 5) the control voltage (3) alone amplified to the same extent and reversed in phase and that the two amplifier stages connected in parallel (1 and 4, 5) outgoing signals (7, 6) are fed to a mixer (8).

3. The method according to claim 1, characterized in that the from the amplitude sieve (C) echo signals to the grid of a gas discharge tube (30) are placed and this tube (30), which during the transmission of the pulses is blocked, make conductive, thereby a parallel to the tube (30) lying diode (31), via which the sawtooth voltage charges the capacitor (36), block and initiate the discharge of the capacitor (36) via a large resistor (35).

4. The method according to claim 1, characterized in that the time-dependent Control voltage (3) for the low frequency amplifier (A) and the sawtooth voltage for the measuring stages (D, E) by one synchronized with the emission of the light pulses Generator (B).

Documents considered: German Patent No. 907 542.