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Anordnung zur objektiven Messung der Sichtweite Zusatz zum Patent
836410 Im deutschen Patent 836 410 ist ein Verfahren zur Durchstrahlung optisch
absorbierender Medien beschrieben. Nach diesem Verfahren wird senderseitig ein elektrischer
Funke in einer Edelgasatmosphäre von einer Atmosphäre Druck über einen extrem induktionsarmen
Kondensator gezündet und die Selbstinduktion des Entladungskreises so dimensioniert,
daß der entstehende elektrische Funke größer oder gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand
des Kondensatorentladungskreises ist, und empfängerseitig wird ein lichtelektrischer
Empfänger mit nachfolgendem Verstärker einer solchen Bandbreite, daß praktisch alle
im Funken enthaltenen Fourierfrequenzen verstärkt werden, verwendet.
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Die vorliegende Zusatzpatentanmeldung geht aus von einer Anordnung
zur objektiven Messung der Sichtweite, welche gemäß dem Verfahren nach dem Hauptpatent
zur quantitativen Messung der optischen Absorption des durchstrahlten Mediums arbeitet.
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Bei Sichtweitenmessungen wird die visuell bestimmbare und gefragte
Sicht durch objektiv registrierende Apparate gemessen. Es ist daher in bekannter
Weise ein sehr schmales Lichtbündel, etwa 1 Winkelgrad Öffnung, zu verwenden, damit
weitgehend Streulicht ausgeschaltet wird und nur die Absorption oder Extinktion
des direkten Strahles z. B. zwischen einer Signallampe und dem Auge gemessen wird.
Besondere Bedeutung hat die Aufgabe bei der ständigen Registrierung der Sicht an
Landebahnen von Flugplätzen.
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Hier werden Sichtmesser bekannter Art in etwa 1 bis 3 m Höhe oberhalb
des Niveaus der Landebahn neben dieser in Nähe des Aufsatzpunktes landender Flugzeuge
angeordnet. Es hat sich ein Abstand von rund 160 m, entsprechend 500 Fuß, als Standardentfernung
eingebürgert. Bei den bekannten Sichtmessern wird eine Glühlarnpe als Sender und
ein auf diese spektral angepaßter fotoelektrischer Empfänger mit Registriereinrichtung
verwendet. Das Licht ist üblicherweise moduliert, um es vom Tageslicht unterscheidbar
zu machen. Der Nachteil der bekannten Einrichtungen ist, daß bei aufkommendem Nebel
sehr bald mit zunehmender Absorption und Streuung die Signalübertragung und damit
Messung unterbrochen wird, denn es können leicht Schwächungen des direkten Strahles
in der Größenordnung 10-6 und mehr auftreten. Durch Anwendung des mit intensiven
Lichtimpulsen arbeitenden Verfahrens nach dem deutschen Patent 836 410 gelingt es,
ohne Schwierigkeiten derartige Schwächungen des Signalstrahles zu überwinden und
damit sichere Messung zwischen guter Sicht und dichtem Nebel im ganzen klimatisch
möglichen Gesamtbereich durchzuführen. Diese Arbeitsweise ist besonders wichtig,
da sie es gestattet, bei sehr geringer Sicht die weiterer Zunahme oder Abnahme der
Sichtweite meßtechnisch zu verfolgen und damit Voraussagemöglichkeiten zu schaffen,
wann mutmaßlich z. B. der Start eines Fugzeuges wieder möglich sein wird. Es ist
nun grundsätzlich an jede Anlage dieser Art zur quantitativen Absorptionsmessung,
die nach einem Einweg-Verfahren arbeitet, die Forderung nach außerordentlich hoher
Konstanz der Lichtblitzamplitude zu stellen. Bei Sichtweiten-Meßgeräten kommt außerdem
hinzu, daß außerdem diese Konstanz über sehr lange Zeiten, z. B. einige Jahre, erhalten
bleibt. Diesen Forderungen einer großen Konstanz bei langer Lebensdauer genügt das
im Hauptpatent beschriebene Verfahren noch nicht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die dessen Einsatz
für Sichtweitenmessungen vorteilhaft ermöglichen.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß folgende Merkmale
gemeinsam angewendet werden: a) Die konstruktiv für hohe Blitzenergie ausgelegte
Funkenstrecke wird mit einer wesentlich unterhalb der normalen Betriebsbedingungen
liegenden Impulsenergie und Impulsfolge betrieben. b) Zur Stabilisierung der Senderamplitude
sind der Funkenstrecke zwei in Serie geschaltete Entladungsgefäße nachgeschaltet,
von denen das eine zur Erzeugung einer konstanten Durchbruchsspannung mit einem
unedlen, leicht ionisierbaren Gas und das andere zur Erzeugung
einer
großen Lichtemission mit einem edlen Gas vergleichsweise langsamer lonisierbarkeit
gefüllt ist.
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Es ist vorteilhaft, bei der Anordnung zur Sichtweitenmessung das
Licht des Senders zur Vermeidung von Streulicht in an sich bekannter Weise durch
eine Rohranordnung, vorzugsweise ein Wabensystem, zu leiten. Ferner enthält der
Empfänger in seiner Schaltung Regelglieder, insbesondere Regelröhren mit logarithmischer
Kennlinie, die durch einen nachgeschalteten Multivibrator derart betätigt werden,
daß sich ein konstanter Wert der Impulsspannung ergibt, wobei die Vorspannung der
Regelglieder direkt oder indirekt zur Meßwertanzeige der Extinktion bzw. der Sichtweite
benutzt wird. Die Logarithmierung von Meßgrößen ist bekannt.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung werden demnach die
Elektroden der senderseitigen Funkenstrecke in einer Betriebsschaltung verwendet,
bei der ein an sich weit stärkeren Energien gewachsenes Funkenstreckensystem unterlastet
betrieben wird. Bei einer Funkenstrecke, die 10 Joule Blitzenergie konstruktiv verträgt,
wird bei Belastung mit 1/ioo Joule pro Blitz die Lebensdauer hinsichtlich der Elektroden
oder, falls dieselben in einem abgeschmolzenen Entladungsgefäß oder einer demontablen
Funkenkammer angeordnet sind, auch die Schwärzung der Gefäßwandung infolge zerstäubten
Elektrodenmaterials zumindest um den Faktor 1000 höher sein als bei 10 Joule.
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Fig. 1 zeigt die übliche Schaltung. Vom Transformator 1 wird über
Gleichrichter 2 der Hochspannungskondensator 3 aufgeladen, der über einen Widerstand
4 den Glimmstabilisator 5 speist. Über einen Ladewiderstand 6 wird der induktionsarme
Impulskondensator7 geladen, der mit geringer Induktivität mit der Funkenstrecke
bzw. Entladung lampe 8 verbunden ist. Sie ist im Brennpunkt des Spiegels 9 oder
einer Linse angeordnet. Die Zündelektrode 10, die statisch von außen oder als Hilfsfunkenstrecke
im Inneren des Entladungsgefäßes wirkend angeordnet ist, erhält die Zündimpulse,
die -Impulsfolge bewirken. In besonderen Fällen kann das Entladungsgefäß oder die
Funkenstrecke natürlich auch im Selbstkippbetrieb ohne Zündung von außen benutzt
werden. Die Regelmäßigkeit der Blitzfolge läßt sich durch radioaktive Isotope in
den Elektrodenspitzen oder W-Bestrahlung sichern. An Stelle einer Stabilisierung
des Gleichstromes kann natürlich auch direkt stabilisierte Netzspannung verwendet
werden.
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Eine erfindungsgemäß ausgestattete Schaltung, die dazu beiträgt,
die Konstanz der ausgesandten Blitze zu verbessern, zeigt Fig. 2. Hier liegt in
Serie mit der Lichtimpulslampe 8 ein Entladungsgefäß 8 a. Dieses ist mit einem vorzugsweise
unedlen Gas, z. B. Wasserstoff, mit sehr rascher Ionisierbarkeit gefüllt, dagegen
8 mit einem schwereren, vorzugsweise edlen Gase langsamerer Ionisierbarkeit. Dadurch
wird zuerst 8 a gut leitend, die volle Spannung liegt nunmehr an 8 und führt zur
Konstanz der Lichtemission des Blitzes, weil 8 a durch die geringe anteilige Energieaufnahme
erstens kaum erhitzt wird und dadurch in seiner Durchbruchsspannung nicht thermisch
verändert wird, zweitens infolge der geringeren Temperaturabhängigkeit eines leichten
unedlen Gases hinsichtlich seiner Durchbruchsspannung a priori konstanter ist und
mit äußerlich schwankender Umgebungstemperatur sich wenig verändert; drittens werden
die
Wandung und die Elektroden von 8 weniger stark einem Verschleiß unterliegen bzw.
einer Schwärzung, weil der erste sehr steile Anstieg im Durchbruch, der erfahrungsgemäß
besonders stark das Elektrodenmaterial zerstäubt, sich anteilig in 8 a und somit
verringert in 8 auswirkt, während der Betrag der ausgesandten Lichtimpulse nur geringfügig
geschwächt wird. Diese werden ja erst von einem wenig späteren Teil der Entladung
erzeugt, während der stark elektrodenzerstäubende Initialstromstoß noch zu energiearm
ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Empfängers zur Erzielung eines
sehr großen Meßbereiches, beispielsweise 8 Zehnerpotenzen, zeigt Fig. 3. Die Photozelle
11, die hinter dem Objektiv 9 in dem divergenten Strahlenbündel 12 angeordnet ist,
liefert über den Kondensatorl3 ihr Signal zur Röhrel4a und weiter verstärkt zu 14
b, 14 c, 14 d. Diese vier Röhren haben logarithmische Kennlinie und sind über Koppelkondensatoren
15 verbunden, ihre Anodenwiderstände sind 16, die Gitterableitwiderstände 17.
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Schirmgitter und Kathoden sind schaltungsmäßig nicht näher ausgeführt.
Die Gittervorspannung ist durch einen großen Kondensator 18 mit hohem Isolationswiderstand
gebildet, der über den Hochohmwiderstand 19 mit einer Zeitkonstante von vielleicht
2 Sekunden entladen wird. Hinter der letzten Verstärkerröhre 14d ist die Multivibratorröhre
20 angeordnet mit dem Kathodenwiderstand 21, dem Kopplungskondensator 22 und den
Ableitwiderständen 23.
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Sie arbeitet als monostabiler Multivibrator. Bei jedem eine eingestellte
Mindestspannung übersteigenden Spannungsstoß der Röhre 14 d steigt in bekannter
Weise bei der zweiten Multivibratorstufe der Strom bis zur Röhrensättigung und hält
sich auf diesem Betrag gemäß der Zeitkonstante 23, 22. Dieser Stromstoß, dessen
Coulombbetrag somit von der Qualität des auslösenden Signals unabhängig ist, passiert
den Transformator 24, an dessen Sekundärwicklung er über den Gleichrichter 25 in
Pfeilrichtung mit negativem Potential zum Kondensator 18 abgeleitet wird.
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Jedem Ansprechen des Multivibrators entspricht somit ein konstanter
negativer Spannungszuwachsbetrag am Kondensator 18. Bei konstanten Signalfolgen
der Photozelle 11 sinkt somit stetig die Gittervorspannung der vier Vorverstärkerröhren
der Fig. 3, bis die Verstärkung der Röhren 14 a bis 14d so weit abgesunken ist,
daß der abgegebene Spannungsstoß nicht mehr die Multivibratorröhre 20 auszulösen
vermag.
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Alsdann sinkt die Spannung an 18 wegen Entladung durch 19 ab, bis
wieder die Verstärkung so weit gewachsen ist, daß der Multivibrator auf ein Signal
anspricht. Der Wert der Spannung an 18 ist somit der Logarithmus der Signalintensität
am Empfangs ort.
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Wenngleich bei jedem Rundfunkempfänger für ungedämpfte Schwingungen
eine analoge Regelung üblich ist, wurde sie zur Messung der Spitzenspannung bei
Lichtimpulsen bisher nicht bekannt. Es wurde gefunden, daß bei handelsüblichen Verstärkerröhren
mit Regelcharakteristik 2,5 bis 3 Zehnerpotenzen der Verstärkung mit geradlinigem
logarithmischem Verlauf regelbar sind, und man erhält bei vier Verstärkerstufen
mit Sicherheit 3, meist 12 Zehnerpotenzen streng geradlinigen logarithmischen Verstärkerverlaufs.
Das entspricht bei einer Stufenverstärkung von etwa 30 bis 103 bei zwei Stufen,
d. h. 106 für vier Stufen einem Regelumfang von 10-2 bis 108. Damit ergeben sich
infolge der sehr hohen Spitzen der
Lichtimpulse bei idealer Sicht
und der im Grundpatent offenbarten Möglichkeit der Durchleuchtung sehr stark absorbierender
Medien Meßmöglichkeiten zwischen intensivem Nebel bis zur idealen Sicht in kontinuierlichem
Schreiberdiagramm. Die Schreiberleistung wird zweckmäßig in bekannter Weise gemäß
Röhre 26 (Fig. 3) durch Umwandlung der Regelspannung in Kathodenverstärkungsschaltung
in starken Strom gewonnen. Am niederohmigen Kathodenwiderstand 27, der auch in Schreibernähe
hinter dem Verbindungskabel 28 angeordnet sein kann, vermag man durch Einstellung
des Abgriffes 29 den Schreiber an die Schaltung anzugleichen. Die Nachstellung des
Verstärkers bei Röhrenalterung kann in bekannter Weise durch Vorgabe einer regelbaren
zusätzlichen Vorspannung am Kondensator 18 erfolgen.
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Die beschriebene Ausgestaltung von Sendern und Empfängern für Zwecke
der Sichtweitenmessung ist nützlich auch für Zwecke der Schrägsichtmessung zwischen
Flugzeugen und Bodenstationen.
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Zur Eichung von Anlagen der beschriebenen Art kann der Sender abgeschaltet
werden, was der Absorption Unendlich entspricht. Um die Absorption Null zu imitieren,
kann man auf das Gitter der ersten Röhre einen normalisierten Impulsgenerator schalten,
z. B. eine einfache Kippschwingung, oder auf die Photozelle einen kleinen Lichtimpulserzeuger
arbeiten lassen.