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Anordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen von-Wellenenergie___________________________
Die Erfindung-geht aus von einer Anordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen
von Wellenenergie mit einer Mehrzahl von Wandlern, die in einer beliebigen-räumlichen
Gruppierung angeordnet sind und die über eine zum Ausgleich der zwischen den Wandlern
auftretenden Laufzeitunterschiede der Wellen dienende einstellbare Kompensationseinrichtung
mit einer Sende- und/oder Anzeigevorrichtung verbunden sind.
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Umfür eine bestimmte Raumrichtung maximale Empfindlichkeit zu .erreichen,
müssen sich die Wandlerspannungen gleichphasig addieren. Durch die räumliche Verteilung
der_Wandler entstehen aber Phasenunterschiede., die zur Gewinnung einer gebündelten
Charakteristik kompensiert werden müssen.
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Bekanntlich Wird der zu kompensierende Phasenwert dargestellt durch
die Projektion des Abstandes der Einzelnen Wandler von einem Bezugspunkt der Wandlergruppe
auf die Peilrichtung. Da sich diese Projektion mit der relativen räumlichen Zage
zwischen Wandlergruppe und Lot» objekt änderte muß sich notwendigerweise auch die
Kompensationseinrichtung in Abhängigkeit von der im dreidimensionalen Raum und nicht
nur in einer ebenen Fläche sich ändernder Lage des Lotobjektes ein-
stellen
lassen.
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Für den Spezialfall der Anordnung der Wandler auf einer Kugeloberfläche
ist bekannt, einen eogenannten Kugelkompensator zu benutzen
(DRP
554.690). Es ist dies ein Kompensator mit zu den Breitenkreisen parallelen Kontaktbahnen
auf einer Kugel' denen gegenüber Kontakte geometrisch ähnlich zur Lage der einzelnen
Wandler angeordnet sind, und über die die einzelnen Wandler elektrisch mit den Gliedern
einer Laufzeitkette in einer die Phasenwerte richtig kompensierenden Weise
verbunden
sind. Die Herstellung eines derartigen Kugelkompensators ist jedoch mit großem Aufwand
verbunden, deshalb sehr teuer und nur für diesen Spezialfall anwendbar und nicht
für Wandleranordnungen beliebiger räumlicher Verteilung.
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Es ist auch bekannt, einen nur für den Spezialfall in einer Ebene
liegender Wandler brauchbaren ebenen Streifenkompensator durch die zusätzliche Einstellbarkeit
der relativen Lage seiner einzelnen Kontakte für die Verwendung zur Kompensation
der Phasenunterschiede in Abhängigkeit von der räumlichen Lage des Objektes
zu erweitern (DRP` 548#336)o Eine derartige Mechanik ist aufwendig und beansprucht
viel Raume so daß sie in praxi bei der Vielzahl nahe beieinander liegender-Wandler
moderner'Geräte nicht anwendbar ist, Hieran können auch ein-
zelne
Ausführungsformen nichts ändern' wie Spindeltriebe' Zahnradgerm
triebe (DRP 548,336) oder, wenn auch für andere Zwecke,
Kurventriebe, wie auch-Anordnungen-zur Bewegung der an federnden-Armen
sitzenden
Kontakte in Richtung der Achse gegenüber den-,auf
einem Kegel angeord-
neten Kontaktstreifen (DRP 606.963).
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E a -i
0 t ferner bekanntg wenn auch nur für eine Frequenzän
pa -es un 'gg die Laufzeitkette selbst einstellbar auszubilden. beispielsweise die--Induktivität
mittels eines vormagnetisierenden@Stromes zu --ändern-'(ÜSÄ:,-X 3.037,185). Hierbei
werden aber einmal än die gleichm'äßige' Wirkung-
| dieser Maßnahme für alle Glieder der Laufzeitkette hohe Anforderungen |
| gestellt, sowie eine unerwünschte Verschlechterung der sonstigen
elek- |
| trischen Größen der Laufzeitkette hervorgerufen. |
| Alle' diese |
| sind nicht 'nur @aufwendig, sondern in ihrer. |
| Wirksamkeit.* au-6h auf Grüppen. von--Wandlern .beschränkf,
die auf einen |
| Kugeloder beinern nach irgendeinem rege7:mäßigen Gesetz gestalteten |
| Ecken |
| Fläche legen @,._ z.B.in''$öhexi## oder@reitenkreisen.öder
oder-an den Ecken |
| ".:Z. |
| eines regelmäßigen Vierecksangeordnet sind. |
| Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend
geschil-- |
| dertenNachteile @.ünd Beächränkuügen zu vermeiden ünd 'trötzd`em@
eine |
| Mehrzahl"von Wandi@ern,' iie in''ei:ner` belaegcn rä,umlicheri
'@ersteil:ürig |
| angeordnet sind, bezüglich der durch die =Lage: eines Objektesr
im drei- |
| dimension'ale'n-Raum .beiürkten Laufzeitunterschiedes zu- kompeüsier.en. |
| i |
| Dfe:-Erffiidung-.beäteht- in .der.-Anotdn=g -einer: weiteren
nKompens.at.iona@,: |
| eixirichtüng :jzw:ie.dhen.=dsn-- Wandlern :und- der @Sender-.und>/ad:er
-:Anzei-gevor:.@. |
| richturig ,zus:ät,zlich-:.zu.einer _-ersten--Kompensätions.e.inri:chtun&
.@soR-ie- - . |
| der Nerwendung;,der =@ereten-;Einrichtung: zur :Kompensation |
| erste Raumebene-.2-zu :abeziehextden".I,aufzeitunterechiede.;und
-der.@V"erwen--. - |
| dungdor:. zwei terL,#-Einz@chttxn-g zur- I ompensation-.der
°- |
| zurr -ep ten@- e enke ch?aumebene-. zu.;sbe ziehenden
,@Leuf gei tunter.s chic de,: |
| Es ergibt sich eine einfache Konstruktion der einzelnen Kompensat.ions- |
| . ei.nrch.tgs@,£m@.t.ägr,a.Der:,Freiügigkei.t d@r-.Kotaktanordnune,
auJ3er# |
| dam:,siud iek.nrteYKQmpeneationseinrichtungen x@wendbap, de
-eiak1 -@A |
| de:;-F,rax.@::für.w eine..=ebete@ @Wnd.lergruppe:_zur_ Shwertkung.
der Charak- _. |
| ter.s.t.i.,;n di.eser,.b@ne b:ereta |
| Dur ch-d,ettsn;utzun:. |
| der dafür vorhandenen Fabrikationseinrichtungen und/oder einen
gleich- |
| artigen Aufbau,,-einander entsprechender. Teile. beider- Kompengationeein.-
. |
| richtungen läß;t.sich.=-der Aufwand -weiter verringern,*. --
. - .- -, ...@ . |
| Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand
der Figuren |
| beispielhaft erläutertb Es zeigen3 |
| Pig, 1s Laufzeitunterschiedet wie sie bei Wandlern auftreten,
die |
| auf einem nichtlinearen Kurvenzug angeordnet sindf |
| Fig. 2s ein Schema zur Ausführung der Erfindung mit zwei beliebigen |
| Kompensationseinrichtungen, |
| Fig. 31 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Streifenschaltern
und einer |
| gemeinsamen Laufzeitketten . |
| Fig. 4s ein Schema zur Ableitung der Kontaktanordnungen der
beiden |
| ütreifenechalter der Fig.. |
| Fig. 5: ein detailliertes Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 3
in pejr- |
| spektivischer Ansicht |
| Pig. 6s Schema eines weiteren Ausführungsbeispiels in der eiten- |
| aneicht, |
| Fig. Itt detailliertes Ausführungsbeispiel gemäß figs 6 im
Längs- |
| schnitt und . |
| Pig: 8s ein schematisches Ausführungsbeispiel. zur Xoinpensation
einer |
| zylindrischen Wändlergruppe |
| in 'd F'i 1^' üb-teiohnet' 1 einen- vors, m@hteren Wandlern
die -itt Verlauf |
| het sind: Durch diese- räldhe @ Vertö;_lafng VI1`Cil
die' läita-er ü'öi1 -*e.@- |
| lenenergiei iH# von Sehallwellens beispielsweise aus Richtung
3# zu |
unterschiedlichen Zeiten getroffen, wodurch die aus den Wandlern
abgeleiteten elektrischen Signale Laufzeitunterschiede bzw, Phasenunter schiede
.aufweisen. Die Laufzeitunterschiede lassen sich durch Strecken bis auf eine additive
Konstante-veranschaulichen, die dadurch entstehen# daß durch den am weitesten von
der Schallquelle entfernten Wandler 11 eine Ebene 5 senkrecht zur Schallrichtung
3 gelegt ist und die Wandlerl in Richtung der @Sohallwellen auf die Ebene 5 projeziert
werden. Die Strecken .4 können als Schallstrahlen aufgefaßt
werden, die die
Wandlerl auf die Spurpunkte 1!1 in der Ebene 3 projezieren. Durch Zeitverzögerung
der zuerst eintreffenden Signale, beispielsweise mittels elektrischer Laufzeitketten,
aber auch durch andere Verzögerungsmittel,
wie
Speicher, die zu einem späteren
Zeitpunkt abgefragt werden, lassen sich Laufzeitunterschiede der einzelnen Signale
kompensieren bzw.-die Signale.der einzelnen Wandler in Phäse bringen, so daß sie
sich gegenseitig maximal verstärken und damit die ganze Wandl.ergruppe für den einfallenden
Schallstrahl 3 in dieser Richtung ihre maximale Empfindlichkeit besitzt. In der
Praxis ist die Durchführung einer derartigen Kompensation für mehrere auf einem
beliebigen Kurvenzug liegende Wandler und erst recht nicht für räumlich beliebig
verteilte Wandler noch nicht. möglich gewesen; denn die Schwierigkeit liegt darin,
daß die-durch die Strecken 4 dargestellten Laufzeitunterschiede nur für die eine
Schallrichturig 3 die Verhältniese richtig wiedergeben. Wird diese Richtung geändert,,so
ändert sich nicht nur die- Länge dieser Strecken, sondern auch ihre Verteilung..
Hier .setzt die Erfindung ein.
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Das Prinzip der Erfindung ist in der Fig, 2 schematisch dargestellt.
Es ist der nichtlineare Kurvenzug 2 mit den Wandlern 1 aus der Fig: 1@
erneut
gezeichnet. Mit 6 ist eine Anzeigevorrichtung-be:zeichnet,
wie
sie beispielsweise
als Schreiber öder mit einer Kathodenstrahlröhre realisierbar ist. 7 sind-Leitungen,
die die Wandler 1 mit den übrigen-Teilen der Anordnung elektrisch verbinden. Zwischen
den Wandlern 1 und der Anzeigevorrichtung 6@sind zwei unabhängige Kompensationseinrichtungen
899 zwischengeschaltete Sie sind mittels der beiden Handhaben 10,11 unabhängig voneinander
einstellbar. Diese Einstellung kann auch über Fernsteuerung erfolgen und kann auch
von MeBgeräten zeBe-such von je einer Kreiselachse gesteuert
werden, ' Zur
Durchführung der Kompensationsaufgabe ist der nichtlineare, im . dreidimensionalen
Raumliegende Kurvenzug 2 der Wandler 1 auf
zwei
Raumebenen I und II
projeziert
zu denken. Dem in der Ebene I ent-
stehenden, zwar auch nichtlinearen
aber ebenen Kurvenzug 2a ordnet die Erfindungg eine der beiden Kompensationseinrichtungen
8 oder 9 zu und
bildet sie so aus, daB
sie für
diesen ebenen Kurvenzug
2a die Kompen» sation vollständig und für jede beliebige in der Raumebene I
liegende
Schallrichtung zu leisten vermag, Ebenso verfährt
die Erfindung
mit der
in der zweiten Ebene II
erhaltenen Projektion,
der ebenen Kurve 2b, die
der verbleibenden Kompensationseinrichtung zugeordnet
wird. Nur für das
Folgende seien zum einfachen Sprachgebrauch I und 8 sowie
II
und 9 ein-
ander zugeordnet; und zwar sind jetzt die Laufzeitunterschiede
nicht
mehr, wie in der Fig.
1, auf eine dreidimensionale, im Raum
änderbare
Schallrichtung 3 zu beziehen, sondern nur auf sweidimeneional,
in einer
Fläche
I bzwe II schwenkbare Sohallrichtungene
Nochmals
beschrieben, nur anders ausgedrückt, atellt
sich die von dsn
beiden Einrichtungen 8, 9 9u
leistende KQmpensatiön von Laufzeitnnter@
| schieden so. =der,e--:.l.s -wenn.: .je ein _Schallstrahl
>in den ,Raumebenen I-, II= _ , |
| f |
| einfiehef@ ih=Wixkl-Ichkei:t -fällt :aber-nur ein einziger-.
Schallstrahl aus - |
| einer-;-bellebigen .Richtung .de' Raumes ein.. , - - |
| Eüri.chtüngeue.,- die ]4aui zeitnnterschiede für -eine .nur
in .einer Ebene ' . |
| sOhwenkbare_,Schallrichtung,.aüch-für mehrere' Wandler,.zu
kompensieren |
| -vermögen, Bind an soh.bekannteEbenfalls .lassen sich
für die Erfin- |
| dung an .sich bekannte Kompeneationseinrichtupgen verwenden,
die mehrere |
| -auf einem-,linearen Kurvenzug, also auf Geraden,_liegendeWandler
für |
| beliebige- aohallrichtungen zu kompensieren vermögen. ferner
sind sonsti- |
| g* bekannte ._Einrichtungen. verwendbar: ,.4.e beispielsweise:
mehrere . auf . , |
| einem Beis @ cAer e:ipem:,ebeten:Vielec'k..angeordnete Wandlex
..für -Schall-.-. .. |
| strahlen ih äoher -Ebepe"zu,.kompenseten-.imstande-.eind.r |
| Derartige Kompensatienseinrichtungen sind beispielsweise Einrichtungen |
| zur magnetsehen Aufzeichnung4 auf einem mehrspurigen, umlaufenden |
| Trägere, dar (die elektrischen Signale jedes- Wandlers speichert
und von . |
| dem diese im richtigen Zeitpunkt.wieder abfragbar sind* Beispiele- |
| weite trüd die Abfragekö_pfe entsprechend der geometrischen
Anordnung _ |
| - ,f - yl - ,_@ |
| der Wandler in Aputrichtung versetzt, so daß
die einzelnen Signale |
| :u so uneerechiedlichen Zeiten abgefragt werden*
da$ sie wieder in |
| !`hast .sind* Möglich sind _auch Schalteinrichtungen, äeehs.niech
oder |
| oltkeriecb, die die einzelnen Wandler an läufzeitköiäpünsierendee
elek- |
| trifsche ödbr mschanischt* Glieder sbhaltenb teispielsweide
ist es mvg- |
| liah; diese Schalter . datü zu- benutzene die einiellien- Wandler
an Ab- |
| frageköpfe zu schaltet, dies *IL- oben dargelegte in Spurrichtung
ver- |
| setzt gegenüber.. =einte ein= eder nehrapurigen Attftechnun,gatruger
aü |
| geordnet sind. hCÖglch ist huo$ die Verwendung von zwei 'sögehannten_
. |
| treifentbmpewtsatnren@-@ je mittels eines Stre.ia'enechäitere
die |
| Wandler an Abanhntte je einer elektrischen Laufzeitkette sehaltem |
| In weitetet Aui3'bildung sind, inmper@i@ai.nnse@ttriehtun.gen@@
deren , |
| Tällä'-äo äüge-brdlet$ >-äA,Lt`Z8:t111''@'id$n1$'i1H-i"'.'3a.dä.ffä" |
| gilt beide Kbmpensatiflna-einribhtungen gemeifisäli sind* Üere,de
diese ülie- |
| der eird ah eich sehr e,ufwendigi 9b daß eich dadureh deresamte,uf@xand |
| verringern läßt', .. .._. . _ -. . . . . ,. -. |
| 'wieniciäßi.gerieiee. werden bi.re.rwen@xrtg'wbnerä,tern e@ektriebhen |
| bde"ht@eeha,ni§eien deee''elekt-rebh `iri Reiher angeordriet#
Wöbe. ,jeder |
| für eine andere Üe,umebe'n-ö deselbehr YPandier in ibhängigkeit
von, der |
| ri.i@eherig,ge@ eneie Cbetee an ,die geteitsamen .laufzeitunterteehiade |
| kbm;neirendenG,ieer echaitet. |
| änt@W -el@etei@:.b@.re Strei,ferie@hal'@r@@"zv@isbl'e@i-$en:..@a@t@@.s@rit
üti@- errie"@r . , |
| einigen-.e3ei.nee,ü@ein. Laufzeitkette angeordnete' igih' öhema
ctber |
| brdnuhg veränechaiüicht die figb 33,b Hit 'i' üind eihem -höht |
| iiheare.f XurVef:,Zug -2 angeordnete Wandler be.teiöet* Jeder
Wändler ist |
| @t@@a'e@i@lb,tiey reg eine .@b@tte;kt@rtinl@e--'I@ @i@rebibä,@
@e@e@ti@be@rgest@i@.y@. |
| ist- 13 -td-=t.riide-'iee,riitwi 'einen gügenannten
''reäi`enet.:=ryiedie WäMl-e- je- nä,6'h' |
| takte 14 @üind-änt der XbntäktbrU6ke - 14-- entweÜOr. :1m
Zug* dar- Xurve 2,a |
| Oder b (Pigt > hngebrdnet» Ehentö ist atr z*eitb au* der .S%reifeh |
| platte 17 und der Xöntatbr-ke 18 bestehende Streifeneehe:iter
aufge. |
baut, dessen Kontakte 19 aber im Zuge der noch nicht ausgenutzten
Kurve 2b oder 2a angeordnet sind. Die Ausgangsklemmen 20 des zweiten -Streifenschalters
sind an die Abschnitte einer gemeinsamen Laufzeitkette 2i geführt, die reflexionsfrei
durch Widerstände abgeschlossen ist. 22 ist ein Undverstärker und 23 eine Anzeige-.
oder Abhöreinrich-
tung. -
Die Anordnung arbeitet wie folgt: Durch Schwenken der Kontaktbrücke
1L,. Werden die Wandler 1 an solche .Ausgangsklemmen 15 geschaltet, daß, wenn dort-eine.Laufzeitkette
entsprechend 21 angeordnet wäre' die Laufzeit.. unterschiede für Richtungen innerhalb
der festen Raumebene I kompensiert wären. Dasselbe geschieht beim Schwenken der
Kontaktbrücke 18, nur für-die Raumebene II. Durch die kombinierte Wirkung werden
schließ lieh die-' Wand 1 mittels der beiden-Streifenschalter an=-diej@nigen Glieder
der Laufzeitkette 21. geschaltet, die die in der Fig. 1 durch, die gestrichelten
Strecken ¢ bis auf eine additive Konstante veranschaulichten Laufzeitunterschiede
einer im dreidimensionalen Raum beliebig achxenk-bären.Schallrichtung 3-auftretenderi--Laufzeitunters-chiede
-zu kompensieren-vermögen.
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Selbstverständlich ist diese für den Empfangsfall beschriebene Anordnung
in Umkehrung auch für den Sendefall verwendbar: Die Laufzeitkette 21-.wird
denn von einem Generator gespeist und die Verstärker 12 sind als Endstufen ausgebildet:
Durch nieht.gezeichnete Umschalter _ lassen sich die beiden Streifenkompensatoren
und die Laufzeitkette .sowohl zum Senden als auch zum Empfangen- abweohse.lnd-be#.
-nut zen. . . , _
Zur Veranschaulichung der-Anordnung der Kontakte
der beiden Streifen" Schalter der Fig. 3 seien nochmals in der Pig.-4 mehrere Wandler
'j1 gezeigt, die auf einem nichtlinearen Kurvenzug 30 liegen, der aber in weiterer
Spezialisierung geschlossen ausgewählt ist. Zur Kennzeichnung der Lage der Raumebene
-ist das.rechtwinklige Koordinatensystem x,y,z eingezeichnet. Als die den beiden
Ebenen I, II aus der Fig, 3 entsprechenden Ebenen sind in der Fig. 4 die x-y-Ebene
und die x-z-Ebene.
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.gewählt. Die Projektion -des Kurvenzuges 30 in die x-y-Ebene ergibt
den Kurvenzug 30a, in dessen Verlauf die Kontakte des einen Streifenschalters in
den Fußpunkten 31a der Wandlerprojektion anzuordnen sind. Der Übersicht halber ist
die x-z-Ebene parallel verschoben herausgezeichnet und mit x'-z' bezeichnet. Die
Projektion des Kurvenzuges 30 in diese Ebene liefert den Kurvenzug 30b und die der
Wandler 31 die Fuß-punkte 31b, an deren Stelle, in einer Ausführung
der Erfindung, wiederum
die Kontakte des einen Streifenschalters
anzuordnen wären, wenn sie
beispielsweise als erster Streifenschalter benutzt
würden. Sind nie
aber, wie gezeichnet, als zweiter Streifenschalter vorgesehen,
so ist
es normalerweise zweckmäßig, die Kontakte mit einer der Streifenein-
teilung
des ersten Streifenschalters entsprechenden Zahl und Verteilung
auf dem
projezierten Kurvenzug 30b anzuordnen.
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Zur weiteren Veranschaulichung ist dieser andere Streifenschalter schematisch
als zweiter Schalter gewählt,
obwohl er ebensogut auchan erster Stelle
angeordnet sein könnte, und über die Streifenplatte 32 mit den einzelnen Abschnitten
einer Laufzeitkette 33 elektrisch ver-Bunden. Die so für beliebige im Raum liegenden
Schallrichtungen 34 in Phase gebrachten elektrischen Signale aller Wandler 31
werden im Verstärker 35 weiterverstärkt und können einer oder mehreren Anzeige..
| r- j,6htgügen eioe einem- achrei'.bendeü " |
| o r eng beispJLelow |
| @ngtl`umentenentei$e 37 und/bder@ Eihreul-' |
| iü eihelä *älteren. Äustizhrtühgaboispiely---der- fi-g._:@'
_.'!ird das frirtzxp . - |
| der figt ..-weiter dets.llliert. und entwickelt*- Zunächst
_s.i.nä_de -Wand". , |
| ler 47r; äbweichenca von dert bisherigen Figuren auf
e.inem: kreis 40;_ einer |
| tvgr ebthfalle niehtlineuren@ ,aber -ebenen und geschleseenen.Xurve;
an@ _. |
| genrclne-t. ,uät` LhtchluS. an die |
| der.. Fg. ,4- ist tebets,lls .:a . |
| re:htviintligte ,Koordih$ten@e.ete@ @rsyr
z zur Veranschaulichung der 1s.ge . - |
| ääroäkt,iouiebihen X-y und x-- z- .: . , |
| 1)i-t it leiapiel` gezegte* yebene, ringiorlnige Kreisgruppe
der Wehdlier 4'I |
| ist n@prnhl-teri@eiee@.unter -#-ihett -Schiff-- aagebraoht.e.Die.l'eilgruppe
liegt . |
| hbrithetal. in det @t-y-ßbenä* Z isst
.die #ZenitriähtungDie einzelwen |
| einer |
| UhdIer 41 sind iiber .je einehlVorverstärkeir 42 an
die? Bürsten 4.3.3 . '. |
| gählreifköüt$ktainrichtung '44 t'Lngesch1oeeen* Jeder Schleifriiig.45
ist . |
| elektriatöa@üt dem "zugehörigen#Akonitakt6 .eitaer.Kcntaktplatte'
Vera- - |
| btftld,i:n' ,thteprechend"@dä."d.neat'x@jt@8tiene erhaltenen.
Pröjektion ä e |
| #f:` |
| lur@r@et`tugeÖ .agier .rin dieüemYsungewählteri' Beiogiel ,gleich
demürven |
| ,tut 40 telbät igitt eihd die^jXonakte Web-enfalis auf
eineta Xreit undf" |
| _- ist j-leiuher vertäilnhg kie°-die wandler 41 auf äst bbentella
kreisf8jrmig |
| 3- r0.: - ... - .. -.. .n .-.. - -- |
| ge*rlttn Käntaktplatte 47enngtördnet..Die Köntäkte 46 söhl'Ait'e.ü
in |
| $h äibh bekä"tbr 'Weist :auf einet übehen Streitetiplatte 0@
eifiet |
| .plntte@i ih aer'F .Ibitehdt Streitära 49. und ,nehtleitende
Streifen 50 |
| miteinätr übitbthteltillZütaän .ergebth tl@atäiä
'.riüilü e=inef1 'Streifen- |
| trehä.lter 5-1, detf wiäderwit einer b$utzeitkette zuäamgen-
einen m- |
| ti'th, bt |
enden 52 der einzelnen leitenden Streifen 49 führen nun aber nicht
an die entsprechenden Anschlußpunkte einer Laufzeitkette, sondern an die Kontakte
53 eines zweiten Streifenkompensators 54.
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Die Kontakte 53 sind- entsprechend der Projektion des Kreises 40 in
die x-z-Ebene auf einer Geraden angeordnet. Sie selbst liegen nicht an den Projektionspunkten
der Wandler 41, sondern sind über die Länge der Projektionsgeraden entsprechend
der Verteilung der leitenden Streifen 49 des ersten Streifenschalters 51, in vorliegendem
Beispiel also mit gleichen Abständen, verteilt, Sie werden von einer gehäusefest
angeordneten Kontaktbrücke 55 getragen. Ihr gegenüber ist eine mittels Rollen 56
drehbar gelagerte, kreisförmige Streifenplatte 57 angeordnet, Ihre leitenden Streifen
58 besitzen zweckmäßigerweise eine feinere Teilung bzw. es sind mehr leitende Streifen
vorgesehen als auf der ersten Streifenplatte 48, um eine genügend feine Unterteilung
der einzelnen Abschnitte der Laufzeitkette 59 zu ermöglichen.
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Es ist zweckmäßig, die Laufzeitkette 59 auf der drehbaren Streifenplatte
57 anzuordnen. Wegen der Miniaturisierung von Bauelementen und der Transistorisierung
ist eine derartige, vorteilhafte Anordnung erst neuerdings in sinnvoller Weise praktisch
durchführbar, Durch diese Maß. nahme entfallen Schleifringe und es genügt, nur einen
bzw. zwei Schleifringe 60 vorzusehen, die über die Bürsten 61 das kompensierte
Ausgangssignal an die Klemmen 62 liefert.
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Die Laufzeitkette 59 ist so dimensioniert, daß wenn, die Kontakte
53 in ihrer Längsausdehnung senkrecht zur Richtung der. Streifen 58 stehen, die
richtige Kompensation für alle Schallrichtungen in der Schwingerebene,
der
x-y-Ebene, erfolgt. Kommt der Schall aus einer Richtung die gegenüber der Ebene
des Kreisringes 40 geneigt ist, so müßten alle Laufzeiten mit dem Cosinus
des Kippwinkels multipliziert werden, um die richtige Verzögerung wieder herzustellen.
Kommt insbesondere der Schall senkrecht von unten, so müssen die Laufzeitdifferenzen
zwischen den einzelnen Schwingern der Gruppe Null sein, da in diesem Fall alle Schwinger
gleichzeitig von der Schallwelle getroffen werden. In diesem Fall ist der Kippwinkel
gleich 900, sein Gosinus also wie es benötigt wird. Diese Cosinus-Multiplikation
der Laufzeiten erfolgt mittels des zweiten Streifenschalters 54. Wird. die zweite
Streifen platte 57 relativ zu ihren, auf einer Geraden angeordneten Kontakten
53 gedreht, so ändert sich der Abstand der von den Kontakten berührten Streifen
vom Drehpunkt der Streifenplatte und damit die resultierende Laufzeitverschiebung
in.der gewünschten Weise mit dem Cosinus des Drehwinkels. Damit ist.eine richtige
Kompensation der Laufzeitunterschiede sowohl in der waagerechten x-y-Ebene als auch
in der dazu senkrechten Ebene des Kippwinkels geleistet. Die elektrischen Signale
der einzelnen Wandler sind also für jede beliebige räumliche Richtung des Schalles
in Phase gebracht; so daß der Schall in dieser Richtung gebündelt empfangen und/oder
gesendet werden kann, Am Ausgang 62 der Laufzeitkette kann nunmehr die algebraische
Summe die Beträge der elektrischen Signale der einzelnen Wandler einer oder mehrerer
Anzeige-, vorrichtungen zugeführt werden, z.B, einem Lautsprecher, einem Schreiber,
einem Zeigerinstrument zur Messung der Amplitude des Ausgangs-Signals und/oder einer
Kathodenstrahlröhre..
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Vorzugsweise wird eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die
die Winkel der Schallrichtung in den beiden Raumebenen anzeigt, für die die
beiden
Streifenschalter kompensieren. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehene daß verschiedenen Kippwinkeln Kreise 63 (Fies 4) mit ver.-schiedenen
Radien des umlaufenden Elektronenstrahles auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre
38 entsprechen: Die Winkel können auch in der horizontalen Ebene durch eine fächerförmiges
winkeltreue oder winkelähnliche Anzeige auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 38
und der Kippwinkel durch den Zeiger eines Synchron-Anzeige-Empfängers dargestellt
werden. Es ist auch aus diesem Grunde schon zweckmäßig# die notwendigen Drehbewegungen
der beiden Streifenschalter 519 54 fern-
gesteuert vorzunehmen. Schematisch
sind hierfür die Elektromotoren 64 und 65 sowie zur Kontrolle und Anzeige der tatsächlich
vollzogenen Drehungen die Drehmelder (Resolver) 66'67 vorgesehen. Mit 68 ist ein
gehäusefestes Lager und mit 69 das Gehäuse angedeutet.
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In der praktischen Ausführung ist es zweckmäßig, Teile beider Kompensationseinrichtungen
bzw. beider Streifenschalter miteinander räumlich und/oder funktionell zu vereinigen.
Ein Ausführungsbeispiel hierzu
wird in der Fig. 6 schematisch dargestellt.
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Zunächst ist es zweckmäßige beide Streifenschalter koaxial anzuordnen.
Es ergeben sich hieraus eine raumsparende Anordnung sowie gleichge-staltete
Bauelemente.
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Eine weitere Vereinfachung läßt sich durch die mechanische Verbindung
eines Schaltgliedes des einen Streifenschalters mit einem Schaltglied des anderen
Streifenschalters erzielen.
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In Fig. 6 sind 70 die Eingangsklemmen des "Zwei-Achs-Kompensators"
so bezeichnet,.weil er bezogen auf zwei Raumachsen bzw. Raumebenen
die
Kompensation einer beliebig verteilten Wandlergruppe für jede beliebige Schallrichtung
durchführt. In der Fig. 6 sind sechs auf einem ebenen Kreis angeordnetp Wandler
als Gruppe angenommen, sie selbst aber nicht gezeichnet.
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Die Klemmen 70 sind über Bürsten 71 und Schleifringe 72 an die Kontakte
74 geführt' _die von einer schwenkbaren Kontaktplatte 73 getragen werden. Das Handrad
75 und das gehäusefeste- Lager 76 deuten diese Schwenkbarkeit an. Die mit den Kontakten
74 zusammenarbeitenden Streifen 77
sind in dem Ausführungsbeispiel der Fige
6 gehäusefest angeordnet. Bis hierhin entspricht der Aufbau der in der Fig. 5 erläuterten
Konstruktione Darüber hinaus ist aber aus der Fig. 5 einmal der zweite Streifenschalter
54 koaxial zum ersten Streifenschalter angeordnet sowie die Kontaktbrücke 55 mit
der Streifenplatte 48 des ersten Streifen-. schaltere-51 mechanisch verbunden zu
denken und in Weiterer Ausbildung (Fig. 6) werden Streifen 77 und Kontakte 78 von
einem gemeinsamen Träger 79 gehäusefest getragen. Außerdem sind sie noch elektrisch
miteinander verbunden..
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Mit den Kontakten 78 des zweiten Streifenschalters arbeiten die Streifen
80 zusammen, die zweckmäßigerweise stärker unterteilt sind als die ersten Streifen
77. Die Laufzeitkette 81 wird zusammen mit den Streifen 80 mit einem gemeinsamen,
mittels des Handrades 82 in dem Lager 83 schwenkbaren Platte 84 getragen. Der Ausgang
der Laufzeitkette 81 ist über zwei.Schleifringe 85, den Bürsten 86 an zwei Ausgangsklemmen
87 geführt. Die Wirkungsweise entspricht der in der Fig. 5 beschriebenen, nur die
konstruktive Gestaltung ist raumsparender und einfachere Weitere
vorteilhafte
Ausführungeformen werden in einer parallelen Anmeldung beschrieben.
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In der Fig. 7 ist ein detailliertes Ausführungsbeispiel in schematischer
und geschnittener Form gezeigt. Es sind aus der Fig. 5 die im Zuge eines Kreises
40 angeordneten Wandler 41 in der Draufsicht erneut gezeichnet. Über nicht gezeichnete
Vorverstärker werden die elektrischen Signale direkt, ohne Schleifringe, an die
Kontakte 46a geführt. Diese sind in einer Platte 47a gehaltert, die im Gegensatz
zu der Platte 47 der Fig. 5 am Gehäuse 96a um das Gelenk 97a klappbar, aber für
die laufende Benutzung gehäusefest gelagert ist. Die Vorteile dieser Maßnahme werden
in einer parallelen Anmeldung näher erläutert. Den Kontakten 47a stehen die leitenden
Streifen 49a gegenL über, die von der Streifenplatte 48a getragen werden und mittels
der Achse 1009 den Lagern 101, der Hohlachse 102 und dem Lagerbock 103 am Gehäuse
96a schwenkbar gelagert ist, Mittels des Motors 64a ist diese Schwenkung fernsteuerbar.
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Mit der Streifenplatte 48a mechanisch verbunden ist die Kontaktbrücke
55a des zweiten Streifenschalters. Die Kontakte 53a sind, wie in der Fig. 5 gezeichnet,
auf einer Geraden, in gleichen Abständen und in solcher Anzahl angeordnet,
wie der erste Streifenschalter Streifen hat. Die mit ihnen zusammenarbeitenden
Streifen 58a werden von der Streifenplatte 57a und mittels der Hohlachse 102 und
dem Lagerbock 103 schwenkbar getragen. Der Motor 65a dient zur Fernsteuerung. Mit
der Streifenplatte 57a mechanisch und mit den Streifen 58a elektrisch verbunden
ist die Laufzeitkette 59a, Ihr Ausgang ist an die beiden Schleifringe 60a und die
beiden Bürsten 61a geführt.
Als Kontakte 46a, 53a-und Bürsten 61a
sind federnde Kohlebürsten, im Prinzip ähnlich den im Motorbau gebräuchlichen, verwendet.
Die, Streifen 49a, 58a sind mit Edelmetall überzogen. Dieses sind Ausführungen,
wie sie sich in der Praxis bereits vielfältig-bewährt haben.
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Die Ausgangsspannungen der Laufzeitkette werden an den Verstärker
35a geführt und schließlich in einer oder mehreren Vorrichtungen angezeigt. Gezeichnet
sind ein Lautsprecher 104, ein Schreiber 36a und eine Katho-, denstrahlröhre 38a.
Im Schreiber 36a läuft über ein elektrisch empfindliches Registrierpapier quer zur
Fortschaltrichtung des Papiers ein Griffel,-der Signale, beispielsweise Null-Marken
105' Fischechos .106 und Bodenechos 107 jeder Lotperiode, nebeneinander aufgezeichnet.
Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 38a läuft der Elektronenstrahl auf dem Kreis
63a während einer Meßperiode um und zeigt durch zusätzliche, radiale Auslenkung
Signale 108 an.
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Die Wirkungsweise der Anlage stimmt mit der in der Fig. 5 beschriebe
nen überein, nur ergibt sich hier eine raumsparendere und weniger aufwendige Konstruktion.
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Eine weitere Anwendung der Erfindung wird in dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 8 veranschaulioht. Für die praktische Anwendung ist es-nämlieh zweckmäßige
nicht nur einen Kreisring 40 (Fig. 5, Fig. 7) zu be-
nutzen» sondern unter
einem Schiff untereinander,. horizontal ausgerichtet, mehrere ebene Kreisringe anzuordnen.
Als Beispiel sind in der Fig. 8 vier Kreisringe 110 untereinander
gezeichnet, Die einzelnen
Wandler 111 besitzen ausgedehnte Membranen, die.sich
möglichat.-lückenlos zu dem Kreisring 110 ergänzen. Zusammen bilden die vier
Kreisringe
eine zylindrische Wandlergruppe. Die zusätzliche
vertikale Bündelung bzw. Neigung der Schallrichtung einer solchen zylindrischen
Wandlergruppe kann dadurch berücksichtigt werdeng daß für jeden einzelnen horizontalen
Kreisring 110 eine der vorhergehend beschriebenen zwei-
fach einstellbaren
Kompensationseinrichtungen 112 vorgesehen ist, in unserem Beispiel also viermal.
Die Ausgänge 113 der einzelnen Laufzeitketten 114 werden. einem dritten Streifenkompensator
115 dem die Kontakte 116 die vertikale Staffelung der einzelnen Kreisringe 110 untereinander
bs'ücksichtigen, also im vorliegenden Beispiel
eines geraden Zylinders, selber
auf einer Geraden liegen, und der Ausgang 117@der zugehörigen Laufzeitkette 118
wird über den Verstärker 119 an die Anzeigevorrichtung 120 geführt. Durch
diese Ausbildung ergibt sich der zusätzliche Vorteil der vertikalen Bündelung
der zylindrischen Wandlergruppe.
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Die Erfindung ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern allgemein auf mehrere Wandler anwendbar, die auf einer
beliebig gestalteten, nichtebenen Fläche angeordnet sind, Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise
eine Aufteilung der Wandler auf mehrere nichtlineare
Kurvenzüge,
die mittels zweier Streifenschalter und einer gemeinsamen Laufzeitkette
für jede beliebige Schallrichtung des Raumes kompensier» bar. sind.
Die Zusammenfassung den einzelnen Xurvenzügen gewon-
nenen elektriochen
Signale erfolgt sodann mittels eines weiteren Streifenkompeneators
mit einer mit der Zahl der Kurvenzüge übereinstimmenden Anzahl.
von Kontakten, an die die Sende- bzw, Anzeigevorrichtung anzu-
schließen
ist.
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In weiterer.lusbtldung sind mehrere, derselben Raumebene zugeordnete,
einstellbare Schaltglieder der Streifenschalter miteinander mechanisch
gekuppelt.
Im Beispiel der Fig. 8 sind zunächst die Streifenplatten der ersten Streifenschalter
121 miteinander gekuppelt, wie es durch die gemeinsame Achse 122 veranschaulicht
ist. In einer Weiterbildung sind in gleicher Weise die Kontaktbrücken der@zweiten
Streifenschalter 123 miteinander gekuppelt-, entsprechend uer Achse 124, Da der
dritte Streifenschalter 125 jeweils um den gleichen Winkel, dem Kippwinkel, zu drehen
ist, wie der zweite Streifenschalter 123, ist eine mecharii.-sehe Kupplung
zwischen diesen beiden Schaltern, bzw. den Kontaktbrükken, zweckmäßigl- wie es beispielhaft
durch die Achse 126 angedeutetist.
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Es- ist aber auch grundsätzlich möglich, den dritten Streifenkompen#-sator
115 einzusparen. Zum Ausgleich däfür ist die zweite Kontakt-Brücke 1-2T nicht mehr,
wie gezeichnet, mit Kontakten in gleichen Abständen, sondern in einer Verteilung
entsprechend der Horizontalpro.. jektiön -der Wandler- der Kreisringe 1-1-0 auszustatten--(siehe--auch
die Verteilung der Kontakte 31b in der Fig: 4), Hierbei kann die-Zähl der -Kontakte
aber durchaus die der Wandler übersteigen und muß in jedem Fall mit der Zahl der
Streifen des ersten Streifenschalters 121 übereinstimmen, wenn man dessen Streifeneinteilung
nicht dadurch vergröbern will, daß man mehrere Streifen auf einem Kontakt
schaltet. Zum Abachluß werden die Ausgangsspannungen der einzelnen Laufzeitketten
114 der "Zweiachs-Kompensatoren" 112 addiert und der Anzeigeeinrich-tung zugeführt.
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Vorstehende Ausführung läßt sich in verallgemeinter Form auch so beschr.eibent
Zunächst sind die auf einer nichtebenen Fläche angeordneten Wandler auf mehrere
Kurvenzüge aufzuteilen. Sodann sind für jeden Kurvenzug
je zwei
Streifenschalter mit .einer gemeinsamen Laufzeitkette zur Kompensation'der auf
zwei senkrecht zueinanderatehenden Raumebenen zu beziehende Laufzeitunterschied
vorzusehen. Schließlich sind die Laufzeitketten der einzelnen Kurvenzüge additiv
an die Sende bzw. Anzeigevorrichtung anzuschließen.
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Anordnungen der beschriebenen Ärt können gleichvorteilhaft zum Senden
und/oder Empfangen von Wellenenergie beliebiger Arty z.B. von Schallwellen oder
elektrischen Wellen Verbindung finden. Anordnungen mit Schallwandlern dienen mit
besonderem Vorteil zur Bestimmung der räumlichen Lage sehr weit vorausliegender
Fischschwärme.
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Die dargestellten Beispiele erschöpfen naturgemäß die Gesamtheit der
möglichen Ausführungsformen der Erfindung weder hinsichtlich der An-Ordnung der
Wandler bzw. der Aufteilung einer nichtebenen Fläche in einzelne Kurvenzüge
noch hinsichtlich der für jede Raumebene zu verwendenden Kompensationseinrichtung.
Ebenso ist die Art der Stromübertragung innerhalb jeder Kompensationseinrichtung
ohne Belang. In den Beispielen sind Gleitkontakte bzw. Schaltkontakte angegeben.
An deren Stelle können auch induktive oder kapazitive Stromverbindungen treten.
Umgekehrt sind Merkmale der Erfindung allgemein bei Kompensationseinrichtungen vorteilhaft
anwendbar.