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Photoelektronische Treffbildscheibe Die Erfindung betrifft eine photoelektronische
Anordnung zur Lageerfassung sich schnell bewegender Gegenstände, insbesondere zur
Ermittlung von Geschoßtreffbildern.
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Zur Erfassung von ballistischen Größen, z.B. von Geschoßgeschwindigkeiten,
werden u.a. auch photoelektronische Meßgeräte angewendet. Dabei ist von Vorteil,
daß das Licht auf den zu vermessenden Gegenstand keine Wirkung ausübt, die Messung
also rückwirkungsfrei ist.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine photoelektronische
Anordnung anzugeben, mit der die Lagen, die sich schnell bewegende Körper, z.B.
fliegende Geschosse, beim Durchtritt durch eine Fläche aufweisen, erfaßt werden
können.
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Die Erfindung geht dabei von bekannten Lichtvorhängen aus, bei denen
ein in einer Ebene bewegter Lichtstrahl eine lückenlose Lichtfläche erzeugt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei an sich bekannte
Lichtvorhänge1 bei denen ein in einer Ebene bewegter Lichtstrahl eine lückenlose
Lichtfläche erzeugt, derart angeordnet sind, daß die beiden Lichtflächen in.
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einer Ebene liegen und sich überkreuzen, und daß innerhalb der von
beiden Licht flächen bedeckten Fläche die Durchtrittsstellen der genannten Gegenstände
liegen.
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Die mit der Erfindung erielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß unter Anwendung bekannter photoeiektronischer Anordnungen eine sehr schnelle
Aussage über die Lage eines sich schnell-bewegenden'Gegenstandes, z.B. eines Geschosses,
beim Durchtritt durch eine gedachte Fläche gemacht werden kann.
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Tritt nämlich ein Gegenstand durch die erfindungsgemäße photoelektronische
Anordnung, so werden die Lichtstrahlen beider Lichtvorhänge an genau definierten
Stellen innerhalb der Lichtfläche unterbrochen. Es entstehen an photoelektronischen
Wandlern, auf die die Lichtstrahlen in bekannter Weise treffen, Impulse, deren Lagen
zu einem Vergleichsimpuls die Koordinaten der Durchtrittsstelle bestimmen. Von jedem
Lichtvorhang wird also eine Koordinate bestimmt, woraus die Lage der Durchtrittsstelle
gegeben ist.
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Weiterhin ist von Vorteil, daß die erfindungsgemäf3e photoelektronische
Anordnung in kürzester Zeit nach dem Durchtritt eines Gegenstandes die Koordinaten
des Durchtritts eines weiteren Gegenstandes bestimmen kann, d.h.
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nach erfolgtem Durchschuß ist die Anordnung sofort wieder betriebsbereit.
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Die von den photoelektronischen Wandlern gelieferten Impulse werden
in elektronischen Schaltungen ausgewertet und die Ergebnisse sofort abgespeichert.
Somit ist es z.B. möglich, die Lagen von in rascher Folge hintereinander abgefeuerten
Geschossen zu vermessen.
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Derartige Bestimmungen der Treffbilder von Geschossen wurden bisher
so vorgenommen, daß in die Flugbahn der Geschosse Papierflächen gestellt wurden.
Durch Vermessen der Durchschläge in den Papierflächen konnte man so dic
Trefftilder
der Geschosse mit mehr oder wenig guter Genauigkeit- ermitteln, Vor allem ist bei
diesem Verfahren nacflteilig, daß es sehr langwierig und mühsam ist. Auswerden kann
eine Papierfläche nur zur Ermittlung weniger Treffbilder dienen. Gerade gegenüber
diesen bekannten Verfahren zur Ermittlung der Treffbilder -von Geschlossen sind
die weiter oben erwähnten Vorteile im besonderen hervorzuheben.
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Gegenüber diesen bekannten Verfahren weist die Erfindung aber noch
verschiedene andere Vorteile auf. Einmal sind keine Verschleißmaterialien wie Papierbahnen
oder Treffbildscheiben erforderlich, Zum anderen ist kein Bedienungspersonal zum
Ablesen und zum Papierbahn- oder Scheibenwechsel erforderlich.
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Eine besondere Ausbildung der Erfindung betrifft eine photoelektronische
Anordnung der genannten Art, bei der der Lichtstrahl zur Erzeugung der lückenlosen
Lichtfläche parallel zu sich selbst und senkrecht zu seiner Strahlrichtung bewegt
wirdi Diese Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtungen
der Lichtstrahlen beider Lichtvorhänge senkrecht aufeinanderstehen.
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Auf diese Weise erhält man die Lage der Durchtrittsstelle direkt in
rechtwinkeligen Koordinaten.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist natürlich Voraussetzung, daß
die Geschwindigkeit der Bewegung des Lichtstrahles, d.h. sein periodisches Durchlaufen
der Lichtfläche, so groß ist, daß der Lichtstrahl beim Durchtritt eines Gegenstandes
durch die genannte Lichtfläche, die in Ausbreitungsrichtung des Gegenstandes
Ja
sehr schmal ist, wie weiter unten ausführlich beschrieben werden wird, mindestens
einmal unterbrochen wird.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung betrifft eine photoelektronische
Anordnung zur Erfassung der Bewegungsbahnen sich schnell bewegender Gegenstände,
insbesondere zur Erfassung von Geschoßflugbahnen. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß in die Bewegungsbahnen sich schnell bewegend er Gegenstände senkrecht zur Bewegungsrichtung
mehrere photoelektronische Anordnungen zur Lageerfassung hintereinander in gewissen
Abständen aufgestellt sind.
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Bei den bisher bekannt gewordenen Lichtvorhängen kommt es im allgemeinen
nur darauf an, einen Gegenstand in der Lichtfläohe zu erkennen. Bei der erfindungsgemäßen
Anwendung von Lichtvorhängen kommt es zusätzlich darauf an, die Lage des Gegenstandes
in der Lichtfläche festzustellen.
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Dazu ist notwendig, daß die augenblickliche Auslenkung des Lichtstrahles
in der Lichtfläche bekannt ist. Eine einfache Anordnung ergibt sich dann, wenn die
Auslenkung des Lichtstrahles zeitproportional erfolgt. In diesem Fall ist die Zeit,
die von dem Zeitpunkt, in dem der Lichtstrahl an einem Ende der Lichtfläche losläuft,
an gezählt wird, direkt ein Maß für die Fahrstrahlauslenkung.
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Ist die Fahrstrahlauslenkung nicht streng zeitproportional, z.B. durch
die Anordnung, die die Auslenkung des Lichtstrahles bewirkt, so sind Mittel vorgesehen,
die eine eindeutige, z.B. lineare Beziehung zwischen der Zeit, die von dem genannten
Zeitpunkt an gewählt wird, und der Fahrstrahlauslenkung angeben.
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Derartige Mittel sind z.B. Entzerrer, oder es können in angeschlossenen
Rechnern entsprechende Umrechnungen vorgenommen werden.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den für
das Verständnis wichtigsten Einzelheiten dargestellt.
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Figur 1 zeigt einen Lichtvorhang, Figur 2 die Signalspannungen an
den photoelektronischen Wandlern, Figur 3 die erfindungsgemäbe Anordnung von zwei
Lichtvorhänge.
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In der Figur 1 ist das Prinzip eines Lichtvorhanges gezeigt, wie er
bei der Erfindung Verwendung finden kann.
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Seine Wirkungsweise wird kurz erläutert.
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Die Lampe 2 sendet einen Lichtstrahl 1 aus, der über eine Sammellinse
9 und einen halbdurchlässigen Spiegel 7 auf ein Spiegelrad 3 fällt. Dieser Punkt
ist gleichzeitig der Brennpunkt 4 des Parabolspiegels 5. Der Lichtstrahl wird vom
Spiegelrad 3 auf den Parabolspiegel geworfen und verläßt diesen parallel zur strichpunktiert
dargestellten optischen Achse 10. Dreht sich das Spiegelrad 3> dann bewegt sich
der ausgesandte Lichtstrahl parallel zur optischen Achse von oben (Strahl A) nach
unten (Strahl B) und überstreicht eine Fläche (Fahrstrahlprinzip). Der Lichtstrahl
wird am Reflektor 6 so reflektiert, daß er als rücklaufende Bahn die gleiche wie
bei Hinlauf zum Reflektor 6 nimmt.
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Er wird also in sich zurückgeworfen (Prinzip der Autokollimation)
und gelangt über Parabolspiegel 5, Spiegelrad 3 wieder zum halbdurchlässigen Spiegel
7, der Jetzt den Lichtstrahl zum photoelektronischen Wandler 8 lenkt Während des
Fahrstrahldurchlaufes empfängt
der Wandler 8 Licht und erzeugt ein
elektrisches Signal.
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Der Reflektor 6 kann z.B. in bekannter Weise aus Tripel.-reflektoren
aufgebaut sein.
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Der beschriebene Lichtvorhang arbeitet also mlt einem einzigen Lichtstrahl.
Dieser wird senkrecht zu seiner Strahlrichtung schnell bewegtJ so daß er eine Fläche
überstreicht und somit eine lückenlose Lichtfläche bildet. Wird-der Lichtstrahl
unterbrochen, z.B. durch ein Hindernis, so geht das elektrische Signal am Wandler
8 gegen Null. Mit dem Lichtvorhang ist es also möglich, in Relation zur überwachten
Fläche kleine Hindernisse zu erkennen.
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Der photoelektronische Wandler 8 des Lichtvorhanges liefert ein elektrisches
Signal, solange das Licht auf ihn trifft. Trifft kein Licht auf den Wandler, so
geht das Signal nach Null.
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Figur 2 gibt eine -Darstellung des Signals als Funktion der Zeit t
für einen Lichtstrahldurchgang von der oberen Anfangslage A zur unteren Endlage
B ohne Hindernis in der überwachten Lichtfläche (a) und mit Hindernis (b). Das Überwachungssignal
tritt zwischen den Zeiten tl und t2 auf. Das höhere -Signal- zwischen to und tl
sowie zwischen t2 und t3 dient zur Anfangs- und Endmarkierung eines Fahrstrahldurchganges.
In Figur 2b sieht man, daß das Signal zwischen t' und t" zu Null wird: Hier ist
der Lichtstrahl auf ein Hindernis gestoßen.
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Derartige Lichtvorhänge sind prinzipiell dazu geeignet, eine Dimension
der Lage eines Hindernisses, im vorliegenden Fall z.Be eine Höhe, anzugeben. Die
Lage des Hindernisses läßt sich sus den gemessenen Werten t" und t' in einfachster
Weise bestimmen. Außerdem ergibt die Größe t" - t' die Ausdehnung des Hindernisses
in der Bewegungsrichtung des Fahrstrahles.
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Voraussetzung für die oben beschriebene Lagebestimmung ist, daß von
der Umlaufgeschwindigkeit eine Zeitmessung abgeleitet wird, daß die Abhängigkeit
der momentanen Lichtstahlhöhe (der Fahrstrahlauslenkung) vom Drehwinkel des Drehspiegels
bekannt ist und daß die Durchlaufzahl des Lichtstrahles in der Zeiteinheit so groß
ist, daß sich schnell bewegende Gegenstände erfaßt werden.
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Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung unter Anwendung von
vorstehend beschriebenen Lichtvorhängen.
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Zwei Lichtvorhänge 11 und 12 und deren Reflektoren 13 und 14 sind
rechtwinkelig zueinander angeordnet und zwar so, daß ihre tichtflächen in einer
Ebene liegen.
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Von beiden Lichtflächen wird demnach die Fläche 15 überdeckt. Die
Fläche 15 ist der Ort für den Durchtritt von Gegenständen, z.B. Geschossen. Die
y-Koordinate des Durchtritts wird mittels des Lichtvorhanges 11, die x-Koordinate
mittels des Lichtvorhanges 12 ermittelt.
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Werden zwei der Anordnungen nach Figur 3 hintereinander in der Flugbahn
eines Geschosses aufgestellt, so kann zusätzlich zu den Durchtrittsstellen die Zeit
ermittelt werden, die das Geschoss zum Durcheilen der Strecke zwischen beiden Anordnungen
benötigt. Daraus ist in einfacher Weise die Geschwindigkeit des Geschosses zu ermitteln.
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Werden mehrere Anordnungen nach Figur 3 hintereinander senkrecht zur
Schußrichtung in der Flugbahn eines Geschosses aufgestellt, so kann (durch Interpolation)
aus den Durchtrittslagen an den einzelnen Meßstellen die gesamte Flugbahn des Geschosses
ermittelt werden.
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Soll eine größere Fläche überwacht werden, so lassen sich mehrere
Lichtvorhänge fuglos nebeneinanderfügen.
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Die Größe t" - t' nach Figur 2b ist die Projektion eines Geschosses
in der entsprechenden Koordinate.
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Durch Vergleich dieser Größen in der y- und x-Koordinate läßt sich
kontrollieren, ob die Geschosse an der Meßstelle eine Schräglage haben.
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Die Signale, die von den beschriebenen photoelektronischen Anordnungen
geliefert werden, sind elektrischer Art. Die Ausgabe kann auf verschiedene Weise,
z.B. durch Anzeige, Ausdruck und durch Speicher (Lochstreifen , Magnetband, andere
Datenträger) zur Weiterverarbeitung in Elektronenrechnern erfolgen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können nicht m4r die beschriebenen
optisch-mechanischen Lichtvorhänge Verwendung finden, sondern die Lichtvorhänge
können auch auf andere Arten, z.B. mittels Flying-Spot-Röhren erzeugt werden.
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Weiterhin ist es nicht notwendig, daß den Anordnungen, die den Lichtstrahl
erzeugen und bewegen, Reflektoren zugeordnet sind. Trägt das zu vermessende Geschoß
selbst einen Reflektor, z.B. Scotchlite, so ist der Reflektor nicht notwendig. In
diesem Falle fällt nur dann Licht auf den photoelektronischen Wandler, wenn das
Geschoß die Meßstelle durchfliegt.
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In einer anderen Ausführung des Lichtvorhanges ist anstelle der Reflektoren
eine Leuchtleiste angebracht, die Erfassung des Geschosses errolgt durch eine scannende
Fernsehaufnahmeröhre.