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Einrichtung zur visuellen Darstellung eines Meßwertes, insbesondere
der durch Echolotung gemessenen Entfernung in Kurvenform Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur visuellen Darstellung eines Meßwertes, insbesondere
einer durch Echolotung gemessenen Entfernung, in Kurvenform, wobei der Meßwert in
eine seiner Größe entsprechenden Frequenz umgewandelt wird und auf einemAufzeichnungsträger
mit geschlossener Speicherbahn, insbesondere einem magnetisierbaren Aufzeichnungsträger,
gespeichert und mit Hilfe einer Abfrageeinrichtung einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere
einem Kathodenstrahlrohr, zugeführt wird und die Speicherabschnitte des Aufzeichnungsträgers
durch Löschen wieder aufnahmebereit gemacht werden.
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Bekannte Einrichtungen dieser Art arbeiten z. B. mit einem endlosen
magnetisierbaren Aufzeichnungsträger, auf welchem Schallvorgänge, insbesondere Geschütz-
und Gefechtslärm, über ein festes, der Länge des Trägers entsprechendes Zeitintervall
aufgezeichnet und bestimmte interessierende Bereiche der Aufzeichnung, insbesondere
das Knallen schwerer Geschütze, zum Zwecke der Standortermittlung durch akustische
Wiedergabe ausgesucht und zur endgültigen Registrierung auf einen schreibenden Oszillographen
übertragen werden. Diese Einrichtungen eignen sich jedoch nur zur visuellen Aufzeichnung
einmaliger Meßvorgänge, nicht aber zur fortlaufenden Aufzeichnung veränderlicher
Meßwerte in Kurvenform und insbesondere auch nicht zur Aufzeichnung der veränderlichen
Meerestiefe unter einem fahrenden Schiff.
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Bekannt sind Echolotgeräte mit visueller Augenblicksanzeige der an
der Meßstelle vorliegenden Meerestiefe. Um die Änderung der überfahrenen Tiefen
in der Anzeige festzuhalten, benutzt man bisher Echolotschreiber, bei denen ein
Schreibgriffel synchron mit der Aussendung von Schallirupulsen über einen Aufzeichnungsstreifen
aus stromempfindlichem Papier bewegt wird. Bei Eintreffen des Echos erzeugt der
Griffel auf dem Papier eine Marke, deren Lage der Wassertiefe entspricht. Die aneinandergereihten
Aufzeichnungen ergeben eine Darstellung der überfahrenen Tiefen in Kurvenform. Wegen
der durch den Papierverbrauch entstehenden Kosten wird jedoch meist davon abgesehen,
den Echolotschreiber ständig eingeschaltet zu lassen. Auch bei Meßwerten anderer
Art kann der Wunsch vorliegen, sich ständig über vorangegangene zeitliche Änderungen
unterrichten zu können. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Übersicht ohne
Verbrauch an Aufzeichnungspapier zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem Gedanken,
daß jeweils nur die Meßwerte aus der gerade vergangenen Zeit von Interesse sind,
so daß man die Meßwerte z. B. der jeweils vergangenen letzten halben Stunde in einer
Speichereinrichtung zur Verfügung haben müßte, durch deren Abfragung dann eine beliebige
visuelle Darstellung dieser Reihe von Meßwerten in Kurvenform möglich wäre. Zu diesem
Zweck werden erfindungsgemäß die Speicherabschnitte des Aufzeichnungsträgers einerseits
in langen Perioden kurzzeitig in an sich bekannter Weise durch den Löschkopf und
Aufzeichnungskopf beaufschlagt und andererseits in kurzen Perioden durch den Wiedergabekopf
fortlaufend abgefragt.
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Eine besonders einfache Lösung läßt sich dadurch erreichen, daß die
kurzen Perioden durch die Umlaufgeschwindigkeit der Speicherbahn zur Abfrageeinrichtung
bestimmt sind und die langen Perioden durch die Geschwindigkeit eines mit der Speicherbahn
gekoppelten Schaltorgans, das mit von der Speicherbahn wenig abweichender Geschwindigkeit
umläuft.
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Die Erfindung sei in ihrer Anwendung auf ein mit periodischer Impuls
aussendung arbeitendes bekanntes Echolotgerät näher erläutert.
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In der Zeichnung stellt 1 einen Schallsender dar, der durch einen
Generator 2 gespeist wird. Der Generator 2 wird periodisch durch einen elektrisch
von einer Spule 4 betätigten Schalter 3 getastet. Ein Ende der Spule 4 ist geerdet
und das andere Ende über eine Batterie 5 mit einem festen Kontakt 6 eines Unterbrechers
verbunden. Der bewegliche Kontakt 7 des Unterbrechers besteht aus einem bei 8 gelenkig
gelagerten Hebelarm und ist mit Erde verbunden. Der bewegliche Kontakt 7 ist normalerweise
durch eine Feder 9 offengehalten und wird durch einen Nocken 10 periodisch geschlossen,
der an einer im folgenden näher beschriebenen umlaufenden Scheibe 11 befestigt ist.
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Der Generator 2 könnte- auch durch geeignete Mittel innerlich getastet
werden, um einen Impuls von elektrischer Wechselenergie zu erzeugen, so daß der
magnetisch betätigte Schalter 3 in Fortfall kommen kann.
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Die vom Generator 2 erzeugte elektrische Impulsenergie wird auf den
Schallsender 1 gegeben, durch den sie in bekannter Weise in Schallenergie umgewandelt
und an ein Übertragungsmedium 12, wie z. B. Wasser, abgegeben wird. Der erzeugte
Schallimpuls wird gegen den Meeresboden 13 gerichtet und von diesem in bekannter
Weise reflektiert. Die reflektierte Schallenergie beeinflußt einen Empfänger 14,
der sie in einen elektrischen Impuls umwandelt.
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Der vom Empfänger 14 erzeugte elektrische Impuls wird an ein Zeitmeßgerät
15 gegeben, das die Zeit A t zwischen dem unmittelbar vom Generator 2 kommenden
Impuls und dem vom Empfänger 14 aufgenommenen Impuls mißt. Dieses Zeitmeßgerät erzeugt
eine Gleichspannung, deren Amplitude von dem Zeitabstand dt der beiden vorerwähnten
Impulse abhängt und deren Größe jeweils bis zur nächsten Echo ankunft unverändert
bleibt und sodann sprungweise entsprechend dem neuen Wert von At geändert wird.
Eine solche Zeitmeßeinrichtung ist an sich bekannt und beispielsweise näher beschrieben
in der USA.-Patentschrift 2009459 von Edwin E. Turner.
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Die vom Empfänger 15 erzeugte, dem gemessenen Wert dt entsprechende
Gleichspannung wird auf einen Reaktanz-Röhrenmodulator 16 von irgendeiner gewünschten
Bauart gegeben, der eine Ausgangsimpedanz erzeugt, deren Reaktanz proportional mit
der Eingangsspannung veränderlich ist. Die Ausgangsimpedanz des Modulators 16 liegt
parallel zum abgestimmten Kreis eines Niederfrequenzoszillators 17, so daß Anderungen
in der Ausgangsimpedanz des Modulators 16 entsprechende Frequenzänderungen des Niederfrequenzoszillators
17 hervorrufen. Durch geeignete Ausbildung des Empfängers 15, Modulators 16 und
Oszillators 17 kann in an sich bekannter Weise erreicht werden, daß die Frequenz
des Niederfrequenzoszillators 17 sich nach einer linearen Funktion des Zeitintervalls
dt zwischen den beiden auf den Empfänger 15 gegebenen Impulsen und damit linear
mit den Änderungen der Tiefe des Gewässers 12 ändert. Beispielsweise kann die Frequenz
des Niederfrequenzoszillators 17 nach einer linearen Funktion der Wassertiefe ansteigen.
Nach jedem Schallempfang ändert sich die Frequenz des Oszillators 17 sprunghaft
auf eine dem neuen Wert der Wassertiefe entsprechende Größe entsprechend der gemessenen
Laufzeit dt und der dadurch bewirkten Änderung der Reaktanz im Modulator 16.
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Die Ausgangsenergie des Niederfrequenzoszillators 17, die beispielsweise
entsprechend einer Tiefe von 0 bis 400 Faden sich von 500 bis 5000 Hz verändern
mag, wird über einen zweiten, mit dem Schalter 3 gekuppelten und von der Spule 4
betätigten Schalter 18 auf einen elektromagnetischen Aufzeichnungskopf 19 gegeben.
Der Aufzeichnungskopf 19 ist stationär in der Nähe des Außenrandes einer Scheibe
20 aus magnetisierbarem Material angeordnet, die um eine Achse 21 umläuft und durch
einen Motor 22 mit einer Geschwindigkeit von z. B.
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3600 Umdrehungen in der Stunde angetrieben wird.
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Der Rand der Scheibe 20 steht in Reibkontakt mit dem Rand der Scheibe
11, die ihrerseits den Nocken 10 trägt, der durch Schließen der Kontakte 6 und 7
periodisch
die Spule 4 betätigt. Der Durchmesser der Scheibe 11 ist so groß, daß sie nahezu
eine Umdrehung bei jeder Umdrehung der Scheibe 20 ausführt, und die Geschwindigkeit
der Scheibe 11-kann z.B. 2598 Umdrehungen in der Stunde betragen.
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Daraus geht hervor, daß einmal bei jeder Umdrehung der Scheibe 11
und im wesentlichen einmal bei jeder Umdrehung der Scheibe 20 der Schalter 18 durch
Erregung der Spule 4 geschlossen wird und dadurch die Erregung des Schreibkopfes
19 durch den Oszillator 17 ermöglicht. Infolgedessen wird die Frequenz des Niederfrequenzoszillators
17 auf der magnetisierbaren Scheibe 20 über einen kleinen Elementarabschnitt bei
jedem Umlauf der Scheibe 20 aufgezeichnet. Da jedoch die Geschwindigkeit der Scheibe
11 von der Geschwindigkeit der Scheibe 20 um zwei Umdrehungen in der Stunde abweicht,
wandert die Lage des Elementarbereiches unter dem Schreibkopf 19 fortlaufend längs
der Peripherie der Scheibe 20 und läuft jede halbe Stunde einmal vollständig herum.
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Da nun die Frequenz des Oszillators 17 ein Maß für die Wassertiefe
ist und diese Frequenz einmal während jeder Umdrehung der Scheibe 20 aufgezeichnet
wird, so werden längs der Peripherie der Scheibe 20 die Wassertiefen jeweils der
letzten halben Stunde aufgezeichnet.
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Um die Frequenzaufzeichnungen, die sich bereits eine halbe Stunde
auf der Scheibe 20 befinden, zu beseitigen, ist neben dem Schreibkopf 19 ein Löschkopf
23 angeordnet. Der Löschkopf 23 ist über eine Batterie 24 und einen dritten, von
der Spule 4 betätigten Schalter 25 mit einem Löschgenerator 26 verbunden, der eine
Frequenz in der Größenordnung von z. B. 30 kHz erzeugt. Die Größe der Spannung der
Batterie 24 wird zweckmäßig etwa gleich der vom Generator 26 erzeugten Spitzenspannung
gewählt. Wenn die Spule 4 erregt wird und die Aufzeichnung einer Information durch
den Schreibkopf 19 verursacht, wird der Schalter 25 gleichzeitig geschlossen und
bewirkt, daß die Löschschwingungen auf den Löschkopf 23 gegeben werden. Dadurch
wird die auf dem Elementarbereich der Peripherie der Scheibe 20 unter dem Löschkopf
23 gerade befindliche, vor einer halben Stunde gegebene Information gelöscht. Die
Umdrehung der Scheibe 20 erfolgt in solcher Weise, daß die durch den Schreibkopf
19 magnetisierten Elementarbereiche im wesentlichen über die ganze Peripherie der
Scheibe 20 wandern, bevor sie im Augenblick, in dem der Löschkopf 23 durch Schließen
des Schalters 25 erregt wird, unter den Löschkopf 23 gelangen.
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An der Peripherie der Scheibe 20 ist ferner ein Abnahmekopf 27 angeordnet,
der beim Vorbeilauf der Peripherie der Scheibe 20 durch alle in der Scheibe aufgespeicherten
Signale erregt wird. Die vom Kopf 27 abgenommenen Signale werden auf einen Verstärker
28 mit Amplitudenbegrenzung gegeben, so daß der Ausgang dieses Verstärkers bei jedem
Umlauf der Scheibe 20 die Informationen der letzten halben Stunde in Form vonWechselspannungsimpulsen,
aber wechselnder Frequenz liefert. Die Ausgangs energie des Verstärkers 28 wird
auf einen linearen Filterdiskriminator 29 von irgendeiner gewünschten Art, z. B.
mit s- oder T-förmigem Widerstands-Kapazitäts-Filter, gegeben. Die Stromkreisparameter
des Filters 29 sind so eingestellt, daß die Ausgangs energie des Filter in ihrer
Größe eine lineare Funktion der Frequenz der Eingangssignale darstellt.
So
mögen z. B. Signale niedriger Frequenz von 500 Hz im wesentlichen keine Ausgangsspannungen
erzeugen, während Signale von hoher Frequenz, z. B. von 5000 Hz, eine große Ausgangsspannung
hervorrufen. Der Ausgang des Filterdiskriminators 29 ist mit einem Gleichrichter
30 verbunden, so daß am Ausgang des Gleichrichters 30 eine veränderliche Gleichspannung
erzeugt wird, deren Größe eine lineare Funktion der Wassertiefe ist.
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Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 30 wird auf die vertikalen
Platten 31 einer Kathodenstrahlröhre 32 gegeben. Die horizontalen Ablenkplatten
33 der Kathodenstrahlröhre 32 sind mit einem sägezahnförmig arbeitenden Zeitablenkgenerator
34 von irgendeiner gewünschten Art, z. B. einem Gasentladungs-Kippschwingungsgenerator,
verbunden. Der Generator 34 zur horizontalen Zeitablenkung wird mit Hilfe eines
Nockens 35 der Scheibe 11, die den beweglichen Arm 36 eines Kontaktpaares betätigt,
mit der Umdrehung der Scheibe 11 synchronisiert. Der bewegliche, bei 37 gelenkig
gelagerte Arm 36 ist mit Erde verbunden und wird durch eine Feder 39 im Abstand
von einem festen Kontakt 38 gehalten. Bei Betätigung des Armes 36 durch den Nocken
35 wird das Kontaktpaar 36, 38 geschlossen und löst dadurch den Ablenkgenerator
34 aus, der seinerseits die horizontale Zeitablenkung startet. Diese Auslösung kann
auf irgendeine bekannte Weise erfolgen, z. B. dadurch, daß der Kontakt 38 mit dem
Gitter einer Gasentladungsröhre des Zeitablenkgenerators 34 verbunden ist, um beim
Schließen des Kontaktpaares 36, 38 die normale negative Sperrspannung an dem Gitter
zu überwinden und dadurch die Gasentladungsröhre zu zünden und die Sägezahnablenkung
auszulösen.
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Durch die sägezahnförmige Ausgangsspannung des Generators 34 an den
Ablenkplatten 33 wird der Kathodenstrahlfleck beispielsweise von links nach rechts
über den Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre abgelenkt.
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Die Auslösung des Zeitablenkgenerators erfolgt zu einem solchen Zeitpunkt
entsprechend der Stellung des Nockens 35, daß der älteste, durch den Schreibkopf
29 magnetisierte und durch den Löschkopf 23 noch nicht ausgelöschte Elementarbereich
sich im wesentlichen unter dem Abnahmekopf 27 befindet, wenn die Zeitablenkung ausgelöst
wird. Der Leuchtfleck der Kathodenstrahlröhre, der in diesem Augenblick auf der
linken Seite des Leuchtschirmes ist, wird somit von einer horizontalen Bezugslinie,
die der Wassertiefe Null entspricht, um Beträge abgelenkt, die den auf der Scheibe
20 während der letzten halben Stunde aufgezeichneten Tiefen des Gewässers 12 entsprechen.
Die vorzugsweise abwärts gerichtete Ablenkung wird dadurch erreicht, daß der Gleichrichter
so gepolt wird, daß die Gleichspannung an seinem Ausgang negativ ist. Während die
Scheibe 20 an dem Abnahmekopf 27 vorbeiläuft und der Zeitablenkgenerator 34 eine
anwachsende Spannung auf die horizontalen Ablenkplatten gibt, bewegt sich der Leuchtfleck
der Kathodenstrahlröhre langsam über den Leuchtschirm von links nach rechts und
wird gleichzeitig vertikal entsprechend den über die Peripherie der Scheibe 20 aufgezeichneten
Wassertiefen abgelenkt. Auf diese Weise wird durch den Leuchtfleck eine Kurve aufgezeichnet,
die den Verlauf der Wassertiefe während der vergangenen halben Stunde wiedergibt.
Da die Horizontalablenkung des Leuchtfleckes mit der Umdrehung der Scheibe 11
synchronisiert
ist, bewegt sich der Leuchtfleck über den Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre im
wesentlichen einmal in einer Sekunde und gibt in jeder Ablenkperiode alle Aufzeichnungen
auf der Scheibe 20 wieder. Da die Informationen auf der Scheibe 20 fortlaufend aufgezeichnet
und jeweils nach Ablauf einer halben Stunde wieder gelöscht werden, wandert die
auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre erzeugte Kurve langsam über den Leuchtschirm
hinweg, so daß ein bestimmter Punkt der Kurve im wesentlichen eine halbe Stunde
braucht, um den Leuchtschirm zu überqueren. Auf diese Weise kann also eine Information
über eine vorgegebene Zeit von beispielsweise einer halben Stunde so erfolgen, daß
fortlaufend neue Informationen hinzugefügt und Informationen von vorgegebenem Alter
wieder gelöscht werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen im Rahmen
der Erfindung möglich. So kann an Stelle einer magnetischen Scheibe 20 ein magnetisches
Band oder eine sonstige Speichereinrichtung verwendet werden. Auch die benutzten
Frequenzen können in Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck verschieden gewählt
werden, und die neue Speichereinrichtung ist nicht nur in Verbindung mit Tiefenmeßgeräten
oder Abstandsmeßgeräten zu gebrauchen, sondern kann zur Aufzeichnung an sich beliebiger
Informationen dienen.