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Anordnung zur Fernübertragung von physikalischen Größen, insbesondere
für Radiosonden Zur Erforschung der atmosphärischen Verhältnisse werden mit Sendern
ausgerüstete Ballons zum Aufstieg gebracht. Diese Sender haben die Aufgabe, die
von gleichzeitig mitgeführten meteorologischen Instrumenten festgestellten Meßwerte
zur Bodenstel le zu übertragen. Für die Meteorologie sind eine ganze Reihe von verschiedenen
Größen von Interesse, wie z. B. Temperatur, Feu,chtigkeit, Druck, Helligkeit, Einstrahlung.
Es interessieren bereits kleinste Änderungen dieser Meßwerte, so daß an die Genauigkeit
der tSbe.rtragungseinrichtung erhebliche Anforderungen gestellt werden, insbeson,dere
dann, wenn eine durchlaufende, lückenlose Registrierung gefordert wird. Zur Erfassung
dieser Größen dienen hierbei Bauelemente, deren Grnßenweft von den Witterungseinflüssen
abhängig ist, z. B. Fotozellen, feu,chtigkeits abhängige oder temperaturabhängige
Widerstände usw.
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Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ein Meßwiderstand verwendet
ist, dessen Änderungen zur Variation der Frequenz einer Relaxationsschwingung benutzt
werden. Die hierbei erforderlichen Relaxationsoszillatoren weisen jedoch eine sehr
große Stromaufnahme und keine ausreichende Konstanz der Impulsfolgefrequenz auf.
Die lückenlose Übertragung einer größeren Anzahl von Meßwerten führt zu einem Mehrkanal-Übertragungsverfahren.
Die in der Nachrichtentechnik zur Anwendung gekommenen Mehrkanal-tYbertragungseinrichtungen
sind jedoch aus Gewichts- und wirtschaftlichen Grüniden nicht für den Betrieb in.
der Radiosonde geeignet.
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Mit der Erfindung wird nun eine Ubertragungseinrichtung geschaffen,
die diesen Nachteil nicht aufweist. Es wird hierbei von für andere Zwecke und getrennt
für sich bereits bekannten Schaltungsanordnungen Gebrauch gemacht, die es zum einen
ermöglichen, durch die Entladung eines Speicherkondensators über einen Resonanzkreis
diesen Kreis zu Schwingungen anzuregen, die durch eine Gasentladungsrölhre steuerbar
sind, und die es zum anderen gestatten, eine von der Größe eines Widerstandes und
eines Kondensators abhängige Kippfrequenz durch Verändern einer dieser Größen zu
variieren. Ferner kommen bei der Erfindung allgemein übliche Schaltungen zur Trennung
verschiedener, einem gemeinsamen Träger aufmodulierter Frequenzen zur Anwen dung.
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Gemäß der Erfindung sind. in an sich bekannter Weise durch Kippschwingungen
periodisch erregte Schwingungskreise vorgesehen, deren perfodische Erregung in an
sich ebenfalls bekannter Weise durch veränderbare Bauelemente in Form von Widerständen
und Kondensatoren beeinflußbar ist, die so gewählt und z, B. als temperaturabhängige,
strahlungsabhän-
gige, feuchtigkeitsabhängige Widerstände usw. ausgebildet sind,
daß sie in ihren jeweiligen Werten durch die zu messenden Größen bestimmt sind.
Am Meßort ist hierbei ferner ein Sender vorgesehen, dem die in den einzelnen Schwingkreisen
in Abhängigkeit von den zu messenden Größen auftretenden Schwingingen unterschiedlicher
Frequenz aufmoduliert werden, während am Empfangsort Mittel vorgesehen sind, die
in bekannter Weise eine Trennung und Auswertung der verschiedenen Frequenzen vornehmen.
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An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sei
die Erfindung näher erläutert.
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In Abb. 1 ist eine Einrichtung zur Erfassung und Übertragung von
fünf Meßgrößen gezeigt. An die Klemmen 1 und 2 ist eine Speisespannung gelegt, die
über einen Widerstand 3 einen Kondensator 4 auflädt. Sobald an diesem die Zündspannung
erreicht ist, zündet eine Gasentladungsstrecke 5 und entlädt den Kondensator 4 wieder.
Dabei wird ein weiterer Kondensator 6 aufgeladen. Kurz danach erlischt die Gasentladungsstrecke
5, während die auf dem Kunden stator 6 befindliche Ladung den aus diesem Kondensator
und einer Induktivität 7 bestehenden Schwingungslçreis zu einer gedämpften Schwingung
anregt.
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Die Frequenz der Entladungs:stöße ist um so kleiner, je größer der
Widerstand 3, der Kondensator 4 und die Zündspannung der Gasentladungsstrecke, und
um so größer, je größer die an den Klemmen 1, 2 angelegte Spannung ist. Die Frequenz
der gedämpft ausklingenden Schwingungen hängt von der Größte des Kondensators 6
und der Spule 7 ab. Die Entladungsfolge kann daher durch Verändern der Batteriespannung,
des Widerstandes 3, des Kondensators 4 oder der Zündspannung der Gasentladungsstrecke
5, die
Frequenz innerhalb des gedämpften Schwingungszuges durch
Verändern des Kondensators 6 oder der Spule 7 beeinflußt werden. Durch eine zusätzliche
Bedämpfung des Schwingungskreises 6 und 7 z. B. mittels eines parallel geschalteten
veränderlichen Widerstandes ist es ferner möglich, die Dauer des gedämpften Schwingungszuges
zu beeinflussen. Statt der Gasentladungs strecken können auch Rölhrenschaltungell,
z. B. Multivibratoren oder Sperrschwinger, verwendet werden. In Abb. 1 ist angenommen,
daß der Widerstand 3 temperaturabhängig ist und beispielsweise als Heißleiter ausgeführt
ist. Die Frequenz der Aufeinanderfolge der gedämpften Schwingungszüge des Schwingungskreises
6, 7 hängt daher, wenn die übrigen Größen konstant gehalten werden, nur noch von
der Temperatur ab. In dem zweiten Kanal ist der Widerstand 12 als feuchtigkeitsempfindlicher
Widerstand ausgeführt, so daß hier die Frequenz der Aufeinanderfolge der gedämpften
Schwingungen des Kreises 15 und 16 von der Feuchtigkeit abhängt. Die Kondensatoren
13, 15, die Gasentladungsstrecke 14 und die Induktivität 16 haben die gleichen Aufgaben
wie die entsprechenden Teile 4 bis 7 des ersten Kanals. In dem dritten Kanal ist
an Stelle der Gasentladungsstrecke 5 bzw. 14 eine Funkenstrecke 20 vorgesehen, die
ihre Zündspannung innerhalb eines großen Bereiches linear mit dem Luftdruck ändert,
wodurch die Frequenz der Aufeinanderfolge der Schwingungen in dem von dem Kondensator
21 und der Induktivität 22 gebildeten Schwingkreis geändert wird. Der Widerstand
18 dient zur Begrenzung des Ladestromes für den Kondensator 19, der dann die Zündung
der Funkenstrecke 20 bewirkt. Der vierte Kanal mit dem Widerstand 24, den Kondensatoren
25, 27, der Gasentladungsstrecke 26 und der Induktivität 28 dient dazu, die Größe
der mit der Temperatur und der Betriebszeit veränderlichen Batteriespannung zu übertragen,
und enthält daher weitgehendst konstante Schaltelemente, so daß die Frequenz der
im Kreise 27 und 28 angeregten gedämpften Schwingungszüge die Größe der Spannung
kennzeichnet. In dem fünften Kanal ist als Ladewiderstand für den ersten Kondensator
31 eine Fotozelle 30 bzw. eine Ionisationskammer vorgesehen, die ihren Widerstand
mit der Beleuchtung bzw. der Höhenstrahlung ändert.
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Gasentladungsstrecke 32, Kondensator 33 und Induktivität 34 haben
die gleichen Funktionen wie bei den vorherigen Kanälen. Die Frequenz des Kreises
33, 34 gibt also die Intensität der Beleuchtung und Höhenstrahlung wieder. Mittels
eines weiteren Kanals kann beispielsweise die Innentemperatur der Sonde erfaßt werden,
so daß die durch Temperaturänderung hervorgerufenen Veränderungen an den elelrtrischor
Werten der einzelnen Kreise am Boden erfaßt und in den endgültig registrierten Werten
automatisch berücksichtigt werden können. Es ist bei verschiedenen Kanälen auch
möglich, die Ladekondensatoren, z. B. die Kondensatoren 4 und 13, als veränderliche
Kondensatoren auszubilden, deren Kapazität durch eine der zu messenden Größen verändert
wird, wie bereits bekannt ist. Damit wird - wie schon beschrieheu - die Entladungsfrequenz
geändert. Die unmittelbare Veränderung der Frequenz der Schwingungen der angeschlossenen
Kreise 6, 7 oder 15, 16 durch die zu messenden Größen ist weniger zweckmäßig, insbesondere
wenn es sich um die t'bertragung einer großen Anzahl von Meßwerten handelt. Bei
solchen Anlagen müßte nämlich der Frequenzabstand der Kanäle sehr groß werden, um
die einzelnen. Kanäle am Empfangsort voneinander trennen zu können, was
unter Umständen
schwierig ist. Über die Induktivitäten 8, 17, 23, 29 und 35 werden die einzelnen
gedämpften Schwingungszüge über einen Widerstand 9 in den Modulationskreis des Hauptsenders
mit der Röhre 10 und dem Schwingkreis 11, 11 a übertrqn.
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Sofern die Frequenzen der einzelnen Kanäle nur den Bereich einer Oktave
überstreichen, kann der Hauptsender im sogenannten B- oder C-Betrieb arbeiten, ohne
daß auf der Empfangsseite die entstandenen Frequenzgemische in den Meßbereich fallen
und zu Fehlmessungen fiihren. Aus diesem Grunde nimmt der Hauptsender nur dann Leistung
auf, wenn ein Signal zu übertragen ist. Andererseits kann natürlich auch z. B. mit
Frequenzmodulation gearbeitet werzl.
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Bei der Schaltung nach Abb. 2 dient die Röhre t01 in Verbindung mit
einem Transformator 102, einen Kondensator 103 und einem Widerstand 104 zur Erzeugung
einer Kippschwingung, ähnlich wie diese mittels eines Sperrschwingers erzeugt wird.
Mit gP ser Schaltung werden bekanntlich kurze Anodenstromstöße erzielt, deren zeitlicher
Abstand voneinander im wesentlichen von dem Kondensator 103 und dem Widerstand 104
sowie der angelegten Gittervorspannung abhängt. Durch die Anodenstromstdße wird
ein Schwingungskreis 105, 105a zu gedämpften Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen
werden über einen Widerstand 108 und eine Koppel spule oder einen Schwingungskreis
106, 106a in den Gitterkreis des Hauptsenders gekoppelt, der hielr durch die Röhre
109, den Schwingkreis 110, 110a, den Koppelkondensator 111 und die Antenne 112 dargestellt
ist Ein weiterer Schwingungskreis 107, 107a soll anoden ten, daß noch mehrere MeRkreise
angekoppelt werden können. In Abb. 2 ist speziell angenommen, daß sich die Gittervorspannung
der Röhre 101 in Abhängigkeit von den zu messenden Größen ändern. soll. Zu diesem
Zweck erhält die Röhre 101 ihre Gittervorspannung über einen Spannungsteiler, gebildet
aus den Wisderständen 115, 113. Werden beispielsweise der eine Widerstand 115 dieses
Spannungsteilers und der Kathodenwikderstand 114 der Röhre 101 als von der Temperatur
abhängig ausgebildet, so ändert sich die Gitterspannung nicht, wenn beide die gleiche
Temperatur und dasselbe temperaturabhängige Verhalten aufweisen. Dadurch, daß der
eine Widerstand geschwärzt wird, während der andere möglichst strahlungsabweisend,
z. B. weißgefärbt ist, kann die Gesamteinstrahlung mittels dieser Schaltung erfaßt
werden. Aus meßtechnischen Gründen ist es erwünscht, daß sämtliche Größen durch
gleldiartige, veränderliebe Schaltelemente dargestellt werde. In Abb. 1 ist der
Druck zur Veränderung der Zündspannung einer Funkenstrecke benutzt worden. Zur Veränderung
eines Widerstandes durch den Luftdruck wird ein Spezialbarometer verwendet.
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Die in den Abb. 1 und 2 gezeigten Beispiele der Fernübertragung von
meteorologischen Größen sollen nur das erfindungsgemäße Verfahren der Bildung eines
Mehrkanalsystems unter Verwendung einfachster Mittel darstellen. Es können natürlich
imch andere Größen fernübertragen werden oder die genannten Größen mittels anderer
veränderlicher Elemente. Beispielsweise kann der Luftdruck mittels eines Vakuummeters
als Ladewiderstand übertragen werden, bei dem die vom Druck abhängige, durch eine
radioaktive Substanz hervorgerufene Ionisation einer Gasmenge mittels Messung des
Ionisationsstromes bestimmt wird. Desgleichen kann die Windstärke über einen Drehkondensator
als Ladekondenstator, die Strömungsgesehwindigkeit durch eine der
Strömung
proportionale, von einem Generator gelieferte Spannung nsw. fernübertragen werden.
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Auf der Empfängerseite werdendie einzelnenÜbertragungskanäle in bekannter
Weise mittels Filter voneinander getrennt, gleichgerichtet und zweckmäßigerweise
einer Impulsdiflierenzschaltung zugeführt, wie sie in der Radartechnik üblich ist,
um einen Generntor in seiner Frequenz so nachzuregein, daß immer Frequenzgleichheit
mit der empfangenen Frequenz bleibt. Bei diesen Schaltungen wird ein Kondensator
durch die eine Impulsfolge aufgeladen und durch die andere Impulsfolge entladen.
Bei gleicher Impulsfoige bleibt die Spannung am Kondensator konstant. Diese Spannung,
die bei abweichender Impulsfolge positiv oder negativ werden kann, wird zur Drehzahl-
und Richtungsänderung eines Motors verwendet, der den Generator so nachregelt, daß
die von ihm abgeleitete Impulsfolgefrequenz gleich der empfangenen Impulsfolgefrequenz
wird. Durch diese Art der Nachführung eines Generators ist eine einwandfreieRegistrierung
ider Meßwerte möglich. Reibungsfehler des Schreibstiftes stören nicht, da sie durch
die Moto.rnachführung mit ausgeregelt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Fernübertragungseinrichtung werden gleichartig
ausgebildete Empfangskanäle und Registriereinrichtungen benutzt. Es ist also möglich,
die Kanäle gegeneinander zu vertauschen, so daß eine unbefugte Aufnahme und Aus
wertung der Meßwerte erschwert wird.
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PATENTANSPROCKE: 1. Anordnung zur Fernübertragung von physikalischen
Größen, insbesondere für Radiosonden
zur Bestimmung meteorologischer Größen, dadurch
gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise durch Kipschwingungen periodisch
erregte Schwingungskreise vorgesehen sind, deren periodische Erregung in an sich
ebenfalls bekannter Weise durch veränderbare Bauelemente in Form von Widerständen
und Kondensatoren beeinflußbar ist, die so gewählt und z. B. als temperaturabhängige,
strahlungsabhängige, feuchtigkeitsabhängige Widerstände usw. ausgebildet sind, daß
sie in ihren jeweiligen Werten durch die zu messenden Größen bestimmt sind, und
daß am Meßort ferner ein Sender vorgesehen ist, dem die in den einzelnen Schwingkreisen
in Abbängigkeit von den zu messenden Größen auftretenden Schwingungen unterschiedilcher
Frequenz aufmoduliert werden, während am Empfangsort Mittel vorgesehen sind, die
in bekannter Weise eine Trennung und Auswertung der verschiedenen Frequenzen vornehmen.