DE1448585A1

DE1448585A1 - Device for determining the strength, distance and height of a nuclear explosion

Info

Publication number: DE1448585A1
Application number: DE19641448585
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Current assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Priority date: 1964-05-06
Filing date: 1964-05-06
Publication date: 1969-03-27

Description

Einrichtung zur Feststellung der Stärke, Entfernung und Höhe einer Kernexplosion Die Erfindung betrifft eine EinrichtunÜ zur Feststellung der Stärke, Entfernung und Höhe einer Atomexplosion. Diese Einrichtung ist im wesentlichen dazu bestimmt, in Verbindung mit gleichartigen, aber an verschiedenen Orten aufgestellten Einrichtungen einer Zentralstelle die Möglichkeit zu geben, anhand der übermittelten Messwerte eine stattgefundene Kernexplosion nach Stärke und geographischer Lage festzustellen.Device for determining the strength, distance and height of a nuclear explosion The invention relates to a device for determining the strength, distance and height of a nuclear explosion. This device is essentially intended, in connection with similar devices, which are set up at different locations, to give a central office the possibility of determining a nuclear explosion according to strength and geographical location on the basis of the transmitted measured values.

Um dies zu erreichen, ist die erfindungsgemässe Einrichtung im wesentlichen gekennzeichnet durch einen ersten Diskriminator und einer oder mehreren Photozellen und einer von der Dauer des Explosionsblitzes gesteuerten Zeitmeßstufe, durch einen zweiten Diskriminator mit einer vom Beginn des Explosionsblitzes gestarteten und durch den Luftschall gestoppten Zeitmeßstufe und durch einen dritten Diskriminator mit einer vom Beginn des Explosionsblitzes gestarteten und vom Bodenschall gestoppten ZeitmeBstufe, wobei die Blitzdauer ein Mass für die Explosionsstärke, die Laufzeit des Luft- oder Bodenschalles ein Mass für die Entfernung vom Explosionsherd zum Messort und die Laufzeitdifferenz zwischen Luft- und Bodenschall ein Mass für die Höhe der Explosion über Grund ist. Zur Erfassung des Lichtblitzes können hierbei mehrere, unterschiedlichen Raumwinkeln zugeordnete Photozellen dienen, die über eine goinzidenzstufe nur dann einen Auslöseimpuls weitergeben, wenn alle Zellen mit im wesentlichen gleichen Beleuchtungsstärken beaufschlagt werden. Zur Berücksichtigung der gesamten Umwelthelligkeit kann eine weitere Photozelle dienen, die den Empfindlichkeitspegel der Folgeglieder für die anderen Photozellen steuert. Es, ist auch möglich, mit einer einzigen Photozelle auszukommen, der Glieder nachgeschaltet sind, die bei einem bestimmten Mindestmass der Anstiegsgeschwindigkeit einer Helligkeitszunahme ansprechen..In order to achieve this, the device according to the invention is essential characterized by a first discriminator and one or more photocells and a timing stage controlled by the duration of the explosion flash, by a second discriminator with one started from the beginning of the explosion flash and The timing stage stopped by the airborne sound and by a third discriminator with one started from the beginning of the explosion flash and stopped by the ground noise Time measurement, where the duration of the flash is a measure of the strength of the explosion, the duration of the run the airborne or floor noise is a measure of the distance from the source of the explosion to the The measurement location and the difference in transit time between airborne and ground-borne sound are a measure of the Height of the explosion above ground. In order to detect the flash of light, several photocells assigned to different solid angles are used, which have a level of incidence only pass a trigger if all cells are applied with essentially the same illuminance levels. To the Another photocell can be used to take into account the overall environmental brightness, which controls the sensitivity level of the followers for the other photocells. It is also possible to get by with a single photocell connected downstream of the links are that at a certain minimum rate of increase in brightness speak to..

Als Detektor für den Luftschall dient eine Art dynamisches Mikrophon mit Kolbenmembran, dAfe mit einem Kontakt-Anschlag versehen ist* Als Empfänger für den Bodenschall ist eine aus der Seismographie bekannte erschütterungsempfindliche Empfangsvorrichtung mit träger Masse zweckmässig, die ebenfalls einen Kontakt-Anschlag hat. Für den Bodenschall ist aber auch ein in der Lagerst&,ttenforschung gebräuchliches Erdschallmikrophon verwendbar.A kind of dynamic microphone serves as a detector for the airborne sound with piston diaphragm, which is provided with a contact stop * As a receiver for the ground-borne noise is a vibration-sensitive one known from seismography Receiving device with inert mass useful, which also has a contact stop Has. For ground-borne noise, however, one is also used in storage research Earth-borne microphone can be used.

Die ZeitmeBstufen sind an sich bekannter Art und können nach dem digitalen oder analogen Penzip arbeiten.The time measuring stages are known per se and can be based on the digital one or analog Penzip work.

Die durch die geschilderte Einrichtung ermittelten Werte werden an entsprechenden Anzeigeinstrumenten abgelesen und über Draht oder Funk einer zentralen Auswertestelle zugeführt. Es ist aber ebensogut mäglichr die ermittelten Daten in an sich bekannter Weise unmittelbar drahtgebunden oder drahtlos der Auswertestelle oder einem dort befindlichen elektronischen Auswertegerät zu übermitteln.The values determined by the device described are on appropriate display instruments and read via wire or radio to a central Evaluation point supplied. But it is just as possible to use the determined data in in a manner known per se, directly wired or wirelessly to the evaluation point or to an electronic evaluation device located there.

. Die erfindungsgemässe Einrichtung hat den Vorteil, dass die ermittelten Daten in kürzester Frist zur Verfügung stehen. Ein weiterer und wesentlicher Vorteil liegt darin, dass zur Erfassung und Entnahme der Meßßwerte keine Bedienungskraft am eigentlichen und strahlengefährdeten Messort erforderlich ist. Je nach Aufwand für den elektronischen Teil der Einrichtung kann mit an sich bekannten Steuer- bzw. Programmgliedern auch eine Fernsteuerung der Einrichtung erfolgen. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann, wie weiter unten erläutern auch für mobilen Betrieb ausgebildet sein.. The device according to the invention has the advantage that the determined data are available in the shortest possible time. A further and essential advantage is that no operator is required at the actual and radiation-endangered measuring location to record and extract the measured values. Depending on the complexity of the electronic part of the device, the device can also be remotely controlled using control or program elements known per se . As will be explained further below, the device according to the invention can also be designed for mobile operation.

nn _f Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, 44:e ein Ausführungsbeispiel in athematischer Darstellung veranschaulicht. Es zeigens Figur 1 das Erfassungsglied für den Explosionsblitz und die eintreffende Luftschallfront, Figur 2 ein seismographisches Empfangs- und Kontaktglied Figur 3 das Blockschaltbild für die Zusammenschaltung der einzelnen Teile der erfinjungsgemässen Einrichtung.nn _f The invention is explained below with reference to the drawing, 44: e illustrates an exemplary embodiment in an athematic representation. Show it FIG. 1 the detection element for the explosion flash and the incoming airborne sound front, FIG. 2 shows a seismographic receiving and contact element; FIG. 3 shows the block diagram for the interconnection of the individual parts of the device according to the invention.

Gemäss Figur 1 sind in eineu Behälter 1, der mittels eines Standrohres 2 in grösserer Höhe angebracht werden kann, mehrere kreissektorförmige Kammern angebracht, von denen zwei mit 3 und 4 bezeichnete Kammern lichtbar sind. Zweckmä.ssigerweise werden drei Kammern gebildet, deren Öffnungen jeweils einen Raumwinkel von 124o erfassen. Im Mittelpunkt der drei Kammern befindet sich eine Photozelle 5, beispielsweise ein Phototransistor. Dieser wird somit von Licht aus allen Himmelsrichtungen beaufschlagt. In den Kammern selbst befinden sich ebenfalls Photozellen 6 und 7. Diese nehmen demzufolge nur Licht aus einem bestimmten kaumwinkel auf. Die genannten Räume sind nach aussen durch eine transparente oder durchsichtige Kunststoff-Folie oder dergleichen verschlossen. Auf dem Dach des Gehäuses 1 ist der Detektor für die eintreffende Luftschallfront angebracht. Er besteht im wesentlichen aus einer Kolbenmembran 8, die gegenüber dem Gehäuse 1 durch Sicken 9 beweglich gelagert ist ö Die Membran 8 hat einen Kontaktfinger 10, der bei Auslenkung der Membran mit einem hütchenförmigen Kontaktglied 11 in Berührung kommt. Die Oberseite des Gehäuses ist zum Schutz gegen Vögel oder sonstige Fluggegenstände mit einem nicht mitgezeichneten Drahtkäfig gesichert.According to Figure 1 are in a u container 1, which by means of a standpipe 2 can be attached at a greater height, several circular sector-shaped chambers attached, of which two chambers labeled 3 and 4 can be illuminated. Appropriately three chambers are formed, the openings of which each have a solid angle of 124o capture. In the center of the three chambers there is a photocell 5, for example a phototransistor. This is thus exposed to light from all directions. There are also photocells 6 and 7 in the chambers themselves consequently only light from a certain barely angle. The rooms mentioned are to the outside through a transparent or translucent plastic film or the like locked. On the roof of the housing 1 is the detector for the incoming airborne sound front attached. It essentially consists of a piston diaphragm 8, which is movably mounted with respect to the housing 1 by beads 9 ö The membrane 8 has a contact finger 10, which when the membrane is deflected with a cap-shaped Contact member 11 comes into contact. The top of the case is for protection against Birds or other objects in flight are secured with a wire cage (not shown).

Das seismographische Erfassungsglied besteht gemäss Figur 2 aus einem trägen Körper 12, der bei 13 frei schwingbar gegenüber dem Gehäuse 14 gelagert ist und an seinem entgegengesetzten Ende einen Kontaktfinger 1-5 aufweist, der gegenüber einem Kontakthütchen 16 spielt, welches seinerseits durch die Isolierung 17 isoliert im Gehäuse 14 sitzt. Demzufolge kommt der Kontaktfinger 15 mit dem Hütchen 16, das auch als Ringkontakt ausgebildet sein kann, dann in Berührung, wenn eine Erschütterung im Boden erfolgt.According to FIG. 2, the seismographic detection element consists of one inert body 12, which is mounted at 13 so that it can swing freely with respect to the housing 14 and at its opposite end a contact finger 1-5, the opposite a contact cap 16, which in turn insulates by the insulation 17 seated in the housing 14. As a result, the contact finger 15 comes with the cap 16, the can also be designed as a ring contact, then in contact when a shock takes place in the ground.

Figur 3 zeigt die Zusammenschaltung der einzelnen Teile der erfindungsgemässen Einrichtung, wobei nach Möglichkeit dieselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet sind. Die den einzelnen Kammern des Gehäuses 1 ( vgl. Figur 1) zugeordneten Photozellen liegen am Eingang einer Koinzidenzstufe 18. Die Ansprechschwelle dieser Stufe wird von dem zentralen Photoelement 5 unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsgliedes 19 gesteuert. An dem Ausgang der Koinzidenzstufe 18 sind drei an sich bekannte Zeitmesser 20, 21 und 22 angeschlossen, denen Anzeigeinstrumente 23, 24 und 25 nachgeschaltet sind. Die Symbole 26, 27, 28, 29 und 30 dienen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Zeitmesser. Die erfindungsgemässe Einrichtung arbeitet wie folgt: Durch die lichtelektrische Zelle 5 und das Zeitverzögerungeglied 19 wird die Empfindlichkeitsschwelle der drei Koinzidenztore der Koinzidenzstufe 18 in Abhängigkeit von der Umwelthelligkeit so gesteuert, dass diese nur auf Beleuchtungsstärken ansprechen, die wesentlich über denen des Umweltlichtes liegen. Durch die Koinzidenzstufe wird bewirkt, dass nur ein gleichzeitig alle drei Kammern des Gehäuses 1 erreichender Lichtblitz einen Ausgangsimpuls der Koinzidenzstufe auslöst. Dies ist beispielsweise bei einer Kernexplosion der Fall, da durch sie, ähnlich wie bei einem normalen Blitz, die ganze Atmosphäre zum Leuchten gebracht wird, mithin also eine in gewissen Grenzen gleichmässige Lichtverteilung herrscht. Störlicht kann demgegenüber die Koinzidenzetufe 18 nicht zum Ansprechen bringen, da Stör- licht (z.B. der Lichtstrahl eines Autoscheinwerfers) höchstens zwei, aber nicht alle drei Kammern des Gehäuses 1 gleichzeitig beaufschlagen kann.FIG. 3 shows the interconnection of the individual parts of the device according to the invention, the same reference numerals as in the previous figures being used where possible. The photocells assigned to the individual chambers of the housing 1 (see FIG. 1) are located at the input of a coincidence stage 18. The response threshold of this stage is controlled by the central photo element 5 with a delay element 19 interposed. At the output of the coincidence stage 18 three per se known timers 20, 21 and 22 are connected, which display instruments 23, 24 and 25 are connected downstream. The symbols 26, 27, 28, 29 and 30 are used to illustrate how the timepieces work. The device according to the invention works as follows: By means of the photoelectric cell 5 and the time delay element 19, the sensitivity threshold of the three coincidence gates of the coincidence stage 18 is controlled as a function of the environmental brightness in such a way that they only respond to illuminance levels that are significantly higher than those of the environmental light. The coincidence stage has the effect that only one flash of light reaching all three chambers of the housing 1 at the same time triggers an output pulse of the coincidence stage. This is the case, for example, in the case of a nuclear explosion, as it causes the entire atmosphere to glow , similar to a normal flash of lightning, so that the light distribution is uniform within certain limits. In contrast, interfering light can not make the coincidence stage 18 respond, since interfering light (for example the light beam from a car headlight) can act on at most two, but not all three chambers of the housing 1 at the same time.

Daroh einen Ausgabeimpuls der Koinzidenzstufe 18 werden alle drei Zeitmensglieder 20 bis 22 synchron gestartet, wie durch die Symbole 26 (Anstieg), 27 und 29 angedeutet. Das Zeitmensglied 20, das zusammen mit dem Lichtempfänger den ersten Diskriminator bildet, wird gestoppt, sobald der Lichtblitz zu Ende ist. Das Zeitmessglied 20 wird also durch Beginn und Ende den Impulses 26 gesteuert. Die am Anzeigeinstrument 23 angezeigte Blitzdauer ist in an sich bekannter Weise ein Nase für die Stärke der Kernexplosion. Then an output pulse from the coincidence stage 18 is started synchronously by all three Zeitmensglieder 20 to 22, as indicated by the symbols 26 (rise), 27 and 29. The time Mens member 20 forms the first discriminator along with the light receiver is stopped as soon as the flash of light ends. The timing element 20 is thus controlled by the beginning and end of the pulse 26. The flash duration displayed on the display instrument 23 is, in a manner known per se, a nose for the strength of the nuclear explosion.

Das Zeitmessglied 21, das .susammen mit dem Teil 8 den zweiten Diskriainator bildet, wird von einem Impuls den Luftschallempfängere 8 gestoppt, wie dies durch die Symbole 27, 28 angedeutet ist. Dengemäse zeigt das Instrument 24 die Laufzeit der Schallfront vom Explosionsherd bis zum Messort an. Aufgrund der bekannten Schallausbreitungsgeschwindigkeit ist die Schallaufdauer ein blass für die Entfernung zum Explosionsherd und das Instrument 24 kann unmittelbar im Entfernungsmaßstab beschriftet werden. The timing element 21, which together with the part 8 forms the second discriminator, is stopped by a pulse in the airborne sound receiver 8, as indicated by the symbols 27, 28 . Accordingly, the instrument 24 shows the transit time of the sound front from the source of the explosion to the measurement location. Due to the known speed of sound propagation, the duration of the sound is a pale for the distance to the source of the explosion and the instrument 24 can be labeled directly in the distance scale.

Das Zeitmessglied 22 schliesslich wird vorn seismographischen Erfassungeglied 14, das an sich auch ein bei der Lagerstätten.-forschung übliches Bodenschallmikrophon sein kann, gestoppt. Das Instrument 25 zeigt demgemäss die Laufzeit des Schalles im Erdboden an.Finally, the timing element 22 is the seismographic acquisition element 14, which in itself is also a common ground-borne microphone in storage research may be stopped. The instrument 25 accordingly shows the travel time of the sound in the ground.

Da die Schallausbreitungsbedingungen in Luft und im Erdreich bekannt sind, kann aus der Differenz dieser beiden Werte die Höhe einer Explosion über Grund mit der für derartige Erfordernisse ausreichenden Genauigkeit ermittelt werden® Die einzelnen Bauteile 18 bis 25 sind an sich bekannter Art. Verwendet man für sie moderne Halbleiterbauteile, wie Transistoren, Tunneldioden etc., so reicht zur Stromversorgung eineübliche Trockenbatterie aus.As the sound propagation conditions in air and in the ground are known the difference between these two values can be used to determine the height of an explosion above ground can be determined with sufficient accuracy for such requirements® The individual components 18 to 25 are of a known type. They are used for them Modern semiconductor components such as transistors, tunnel diodes, etc., are sufficient for the power supply a standard dry cell battery.

für stationären Betrieb wird das Gehäuse 14 der seismographischen Erfassungseinrichtung fest in oder auf dem Erdboden verankert. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf ortsfeste Anlagen beschränkt. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann vielmehr zum Betrieb in mobilen Meßstationen auch transportabel ausgebildet werden. Hierzu wird das Gehäuse 14 des seismographischen Detektors an passender Stelle kardanisch aufgehängt. Zum unmittelbaren Transport kann es dabei zweckmässig sein, die träge blasse 12 im Gehäuse 14 durch elektromechanischen Eingriff, z.B. mittels eines von unten einwirkenden Eingriffskonus im Gehäuse 14 zu arretieren. Anstelle der drei lichtelektrischen Elemente in den sektorfürmigen Kammern des Gehäuses 1 kann man auch mit einem einzigen lichtelektrischen Element auskommen. Dieses wird dann zweokmässigerweise nach oben gerichtet und durch bekannte optische Mittel, wie z.B. Einbettung in eine nach oben offene Kugelschale, gegen Störlicht von der Erde abgeschirmt. Hierbei kann ebenfalls analog zu den Teilen 5 und 19 ein Steuerglied zur Eingabe einer von der Umwelthelligkeit abhängigen Steuergrösse vorgesehen werden. Man kann aber auch, wenn eine Abschirmung gegen Störlicht von erdnahen Quellen vorgesehen ist, als Unterscheidungskriterium gegen die Um-welthelligkeit die Geschwindigkeit der Helligkeitszunahme durch den Explosionsblitz heranziehen.for stationary operation, the housing 14 of the seismographic detection device is firmly anchored in or on the ground. However, the application of the invention is not restricted to stationary systems. Rather, the device according to the invention can also be designed to be transportable for operation in mobile measuring stations. For this purpose, the housing 14 of the seismographic detector is gimbaled at a suitable location. For immediate transport, it can be useful to lock the lazy pale 12 in the housing 14 by electromechanical intervention, for example by means of an engaging cone acting from below in the housing 14. Instead of the three photoelectric elements in the sector-shaped chambers of the housing 1, it is also possible to manage with a single photoelectric element. This is then directed upwards in two dimensions and shielded from interfering light from the earth by known optical means, such as, for example, embedding in a spherical shell that is open at the top. Here, too, analogously to parts 5 and 19, a control element can be provided for inputting a control variable that is dependent on the environmental brightness. However, if shielding against interfering light from sources close to the earth is provided, the speed of the increase in brightness due to the explosion flash can be used as a criterion for differentiating against environmental brightness.

Claims

P atent einer.Kernexplosion ans pr ü che s (9 and for determining the strength, distance and altitude, ge K ennzeich -ne t by a first discriminator with photoelectric ä.lementen and controlled by the duration of the explosion flash time-measurement stage, by a second Discriminator with a timing stage started from the beginning of the explosion flash and stopped by the airborne sound and a third discriminator with a timing stage started from the beginning of the explosion flash and stopped by the ground sound, the flash duration being a measure of the strength of the explosion and the duration of the air or ground sound being a measure 2. Device according to claim 1, characterized in that three photoelectric elements are provided for the first discriminator, which are for the acquisition of three horizontal solid angles of each 120o are dimmed and are located at the three inputs of a coincidence level. 3. A device according to claim 2, dadurchgekenn I -ze ne -t, that a fourth of the overall environmental brightness, exposed photovoltaic element is provided, which emits a corresponding environmental brightness Steuer`rösse to the hoinzidenzstuf e to control their Empfindlichkeitspecel. . Device according to claim 1, dadu r -c HGE -k ennzeiohnet that the first discriminator is associated with its incident direction upwardly directed light-sensitive element which is shielded by optical means known per se against the -rdoberfläche herrührendes disturbance light. 5- Device according to claim 4, since d urch g EKENN -z e i Ohnet that a fourth of the overall environmental brightness, exposed photovoltaic element is provided for providing a control variable for controlling the sensitivity of the first discriminator lichkeitspegels. 6. Device according to claim 4, dad ii rch g ekenn - that for the purpose of delimiting it from the ambient brightness the light-sensitive element is followed by an element which responds to a minimum of the rate of increase of a brightness increase. 7. Erfansungegerät for the device according to claim 1, 2 or 3, dadu raw in that sector-like in a pot-shaped housing three and are arranged reasonable with one photocell equipped chambers, release the walls at the center point, a further photocell, and that on the On the top of the cup-shaped housing, a piston diaphragm with a contact member is held in a manner known per se such that it can oscillate freely.