DE2542816A1

DE2542816A1 - Taucherinformationsanlage

Info

Publication number: DE2542816A1
Application number: DE19752542816
Authority: DE
Inventors: Richard Lamar Bates; Antonio Nicholas Frederick D
Original assignee: Kinetronic Industries Inc
Current assignee: Kinetronic Industries Inc
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-25
Publication date: 1976-04-15
Also published as: US3992948A; GB1512649A; FR2286383A1; JPS5158384A; FR2286383B1

Description

"Taucherinformationsanlage"

Priorität: 27. September 1974 - V.St.A. - Mr. 509 294

Die Erfindung betrifft die Überwachung bzw. Regelung der Bewegung einer Person in einem Fluid veränderlichen Druckes, insbesondere eine Anlage, mit deren Hilfe ein Taucher mit einer gefahrlosen Aufsteigrate auftauchen und dadurch eine(n) Dekompressionsunfall bzw. -krankheit vermeiden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Informationsanlage, die einen Taucher mit Daten beliefert, die für ihn relevant sein können.

609816/0325

Bankverbindung. Bayer. Verwntbank Mönchen, Konto 420 404 · rWtchedckonto > Mönchen 270 44-S03

Die mit dem Auftauchen aus Wasser verbundenen Gefahren sind allgemein bekannt. Insbesondere zählt die große Bedeutung, nach einem Schema aufzutauchen, das eine Abfuhr der Stickstoffgase aus dem Körper ermöglicht, zu den Grundkenntnissen eines erfahrenen Tauchers. Ein derartiges Schema gewährleistet einen Aufstieg, der langsam genug ist, um die Freigabe von Stickstoffblasen im Blutstrom zu vermeiden. Hierbei kann es nötig sein, während des Aufstiegs mehrere Dekompressionspausen einzulegen, um die notwendige Abfuhr von Stickstoff durch die Lungen beim Abfall des Umgebungsdrucks zu ermöglichen. Die "United States Navy" haben eine "Standard-Dekompressions-Tabelle" entwickelt und veröffentlicht. Diese "Dekonpressions-Tabelle" legt die zur Vermeidung eines Dekompressionsunfalls benötigte Tiefe und Dauer der Dekompressionspausen in Abhängigkeit von der Tiefe und Dauer des Tauchvorgangs fest. Diese Tabellen sind ein grundlegendes Hilfsmittel für Taucher. Sie gehen von einer Auftauchrate von 1,848 m/min (60 ft/min) aus. An dieser Aufstiegrate muß man festhalten, wenn der Aufstieg gemäß der Dekompressions-Tabelle der U.S. Navy gemacht werden soll.

Man hat sich auch bemüht, Alternativen zu den Dekompressions-Tabellen der U.S. Navy zu entwickeln. Beispielsweise sind Systeme zur Simulation des Stickstoffflusses durch das Körpergewebe eines Tauchers vorgeschlagen worden, um dem Taucher ein gefahrloses Aufstiegsschema anzuzeigen. Typische Vorrichtungen der genannten Art sind in den US-PSen 3 121 333, 3 710 625, 3 757 586, 3 759 108, 3 759 109 und 3 ^57 393 vorgeschlagen worden. Die US-PS 3 681 581 offenbart einen Analogrechner zur Angabe eines Dekompressionsschemas für einen Taucher.

609816/0325

BAD

'Zie weist eine Vielzahl von Widerstands-Kondensatorschaltungen, die seriell zu einer Kaskadenschaltanorunung zusammengefaßt sind, auf. V.'ährend des Aufstiege des Tauchers entladen sich die Kondensatoren in der Weise, daß die über die nicht-entlader.en Kondensatoren verbliebene Spannung das richtige Aufstiegs enema anzeigt. Diese Vorrichtungen sind nicht allgemein anerkannt worden, da sie teuer, aufwendig und nicht ganz zuverlässig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhältnis, in dem eine Person seinen Umgebungsdruck bezüglich einer Druckreduktionsrate, bei der ein Dekompressionsunfall nicht auftritt, reduziert, zu überwachen bzw. zu regeln. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einem Taucher die Möglichkeit an die Hand zu geben, seine Auftauchrate aus dem Wasser auf einen vorgegebenen Wert einzuregeln.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung der die Bewegung eines Tauchers im Wasser betreffenden Daten und zur Umwandlung derselben in eine gut verwendbare Form zu schaffen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einem Taucher mit Atemgerät wenigstens einige der folgenden Informationen bzw. Daten zur Verfügung zu stellen: Aufstiegsrate verglichen mit einem vorgegebenen Kriterium, Richtung der Vertikalbewegung, Tiefe, Umgebungstemperatur und Tauchzeit.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, wirkungsvolle und wirtschaftliche Vorrichtung zur Übermittlung der vorangenannten Informa-

609818/0325 BAD ORIGINAL. -

tioiien an einen Taucher zur Verfügung zu stellen.

Gemäß der Erfindung werden die vorgenannten Aufgaben dadurch gelöst, daß eine Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Rate elektrischer Signale vorgesehen ist, wobei die Signale den Momentanwerten des umgebenden Druckes entsprechen, um die tatsächliche Druckänderungsrate zu erfassen. Diese Signale werden dann mit einem Bezugssignal, dessen Wert einer vorgegebenen Druckänderungsrate entspricht, verglichen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die auf einen Taucher mit Atemgerät zugeschnitten ist, umfaßt einen Druckumformer, dessen Ausgangsspannung sich mit dem Druck ändert. In zeitlichen Intervallen, die durch einen Pulsgenerator konstanter Frequenz eingehalten werden, wird die Ausgangsspannung des Druckumformers einem Differentialverstärker zugeführt. Der Differentialverstärker seinerseits erzeugt ein Spannungssignal, welches das eine Eingangssignal für den Komparator darstellt und welches mit einem Bezugsspannungssignal, das eine vorgegebene Druckänderungsrate entsprechend einer bestimmten Aufstiegsrate durch das Wasser (beispielsweise der 1,848 m/min - Rate, auf der die Dekompressions-Tabelle der U.S. Navy basiert) wiedergibt, verglichen wird. Um ein Warnsignal dann abzugeben, wenn das vom Differentialverstärker ausgehende Signal die Bezugsspannung im Komparator überschreitet, wird ein Anzeigegerät angesteuert, so daß der Taucher so lange darauf hingewiesen wird, seine Aufstiegsrate zu verringern, bis das Anzeigegerät deaktiviert ist. Die Schaltung der oben beschriebenen Vorrichtung kann auch so ausgelegt sein, daß sie zusätzlich die vertikale Bewegungsrichtung des Tauchers, die Tiefe, die Wassertempe-

609816/0325

BAD ORIGINAL

2 b 4 2 816

ratur und die Tauchdauer anzeigt. Zur wahlweisen Anzeige der verschiedenen numerischen Größen ist eine digitale Ableseeinrichtung vorgesehen. Weiterhin ist ein Druckschalter vorgesehen, der bei einer vorgegebenen Tiefe anspricht und dann die Anlage automatisch einschaltet. b;;i bein Auftauchen die Endaktivierung der Anlage auf einen Zeitpunkt nach überschreiten der eben genannten, vorgegebenen Tiefe zu verschieben, ist die Anlage .nit einer Verzögerungsschaltung versehen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und anhand beigefügter schematischer Darstellungen näher erlilutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung zur Anzeige von Informationen, welche die Bewegung eines Tauchers mit Atemgerät im V/asser betreffen;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Energiequelle für die Anordnung gemäß Fig. 1;

B'ig. 3 ein Blockdiagramm der in Verbindung mit der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendeten Zeitschaltung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Datenselektors und einer Ableseeinrichtung für die Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 ein Schaltschema eines Teils der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform der Zeitschaltung gemäß Fig. 3;

609816/0325
BAD ORlGJNAL

2b42816

FiC. 7 eine bevorzugte Ausführungform eines Teils der Anlage genüP, Fig. 1 und 3;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Datenselektors und der Digitalanzeigeeinrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 9 eine grafische Darstellung der zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten der Anlage auftretenden elektrischen Signale und

Fig. IO ein elektrisches Schaltschema der Energiequelle gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein grundlegendes Blockdiagrarnm einer Anlage, die den Taucher warnt, sobald seine Aufstiegsrate eine vorgegebene Aufstiegsrate, z.B. 1,848 m/min (60 ft/min), überschreitet. Die Anlage gemäß Fig. 1 umfaßt zusätzlich weitere Komponenten, die interessierende, zusätzliche Informationen liefern. Die Grundanlage weist einen Druckumformer 1 auf, der sich zur Erzeugung eines Spannungssignals V₁ als Funktion des zu jedem beliebigen Zeitpunkt herrschenden Umgebungsdrucks eignet. Das Spannungssignal V. kann durch die Gleichung V₁ = f [p(t)J ausgedrückt werden, wobei P(t) den momentanen Druckwert darstellt. Ein derartiges Spannungssignal ist gewöhnlich äußerst schwach. Zur Verstärkung des vom Druckumformer 1 erzeugten Spannungssignals V. ist deswegen ein Strom- oder Spannungsverstärker 3 mit dem Druckumformer 1 verbunden. Das Ausgangssignal V_? des Verstärkers 3 läßt sich durch die Beziehung V₃ = G,f Jp(t)] ausdrücken, wobei G die Verstärkung des Verstärkers 3 darstellt. Ein Beispiel für den Verlauf des Spannungssignals V₂ ist grafisch in Fig. 9 dargestellt. Die Stei-

609816/0325
BAD ORIGINAL

2S42816

gung der in Fig. 9 dargestellten Kurve wächst mit zunehmender Aufstiegsrate und kann einen vorgegebenen Maximalwert, beispielsweise 1,848 m/min (60 ft/min), überschreiten, wie dies im mittleren Teil der Kurve dargestellt ist.

Ein Paar von Monentanwertspeichern 5 und 7 sind mit dem Verstärker 3 verbunden. Sie empfangen in abwechselnder Folge das vom Verstärker 3 weitergeleitete Signal Vp. Die Momentanwertspeicher 5 und 7 werden von einem in Fig. 3 dargestellten Zeitgeberoszillator 9 gesteuert. Der Zeitgeberoszillator 9 erzeugt eine regelmäßige Pulsfolge, die als Zeitsignal C in Fig. 9 dargestellt ist. Jeder Puls setzt sich aus einer negativen und einer positiven Flanke (wobei der obere horizontale Teil des Signals als Bezugsgröße gewählt ist) zusammen. Der Momentanwertspeicher 5 wird nach Auftreten einer positiven Pulsflanke des Zeitgeberoszillators 9 angesteuert. Zu dieser Zeit erfaßt bzw. "liest" und speichert der Komentanwertspeicher 5 den momentanen Wert von V~, der den Druck und damit die Tiefe zu diesem Zeitpunkt wiedergibt. Der Momentanwertspeicher 7 erfaßt bzw. liest und speichert den momentanen Wert von V_? dadurch, daß er auf die negative Flanke des nächsten, folgenden Pulses des Zeitgeberoszillators 9 anspricht. Diese negative Flanke tritt eine vorgegebene Periode, beispielsweise eine Sekunde (minus der Pulsbreite), nach dem Auftreten der vorangegangenen positiven Flanke auf. Die Mornentanwertspeicher 5 bzw. 7 erzeugen Spannungsimpulse V., bzw. Vuj die proportional den Umgebungsdruck während der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte, zu denen die dem Druck entsprechenden Signale bestimmt werden, sind. Die Signale V, bzw. V^ genügen den Gleichungen

609816/0325

V₃ = Ü f[p(tj bzw. V₂J = G f [P(t₂)], wobei ^ und t₂ die aufeinanderfolgenden Zeitpunkte darstellen. Die üpannungssignale V, und Vj, werden dann einem Differentialveratärker 11 zugeführt. Die aufeinanderfolgende Bestimmung der Momentanwerte des Drucks wird so lange, wie die gesamte Anlage unter Strom bzw. Spannung steht und der Zeitgeberoszillator 9 seine Pulse erzeugt, wiederholt.

Der Differentialverstärker 11 erzeugt ein Spannungssignal V , welches der Differenz zwischen zwei vorangegangenen aufeinanderfolgenden Spannungssignalen der Momentanwertspeicher 5 und 7 entspricht, und verstärkt diese Differenz Diese Verstärkung ist nötig, da die "Sampling"-Periode zwischen zwei Lesevorgängen vorangegangener, aufeinanderfolgender Signale sehr kurz sein soll, damit genaue Resultate erzielt werden, und deswegen das die Differenz zwischen den Signalen V-, und V^. wiedergebende Signal sehr klein ist. Das den Differentialverstärker 11 verlassende Spannungssignal V^ ist eine Funktion der Druckänderung innerhalb der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckablesevorgängen liegenden Zeitspanne. Diese Zeitspanne ist willkürlich auf eine Sekunde festgesetzt worden. V,- genügt also der Gleichung V₁- = G₁₁ (Vu - V,) = f [P(t)]_t wobei G₁₁ die Verstärkung des Differentialverstärkers 11 und P(t) die Druckänderung innerhalb der vorgegebenen Zeitperiode darstellt.

Das den Differentialverstärker 11 verlassende Spannungssignal Vj- wird einem Komparator 13, der ein überschreiten einer Aufstiegsrate feststellt, zugeführt. Dem Komparator 13 wird außerdem ein Spannungssignal Vrep*-* zugeführt. Dieses Spannungssignal gibt eine vorgegebene Aufstiegs-

609816/0325

rate wieder bzw. ist proportional zu dieser, wobei die Aufstiegsrate 1,848 m/min (60 ft/min) betrügt, falls man die Dekompressions-Tabelle der U.S. Navy verwendet. Der Komparator 13 vergleicht die tatsächliche, durch das Spannungssignal VV angezeigte Aufstiegsrate ir.it der vorgegebenen bzw. dem Bezugswert V₁, und erzeugt eine Spannung Vg, falls der Istwert den Sollwert überschreitet. Mit dem Komparator ist eine Warneinrichtung 15, beispielsweise ein sicht- oder höhbarer Alarm, verbunden. Die Warneinrichtung 15 spricht auf das Signal Vg an. Ein von der Warneinrichtung 15 abgegebenes Signal zeigt also dem Taucher an, daß er seine Aufstiegsrate und die maximal zulässige Aufstiegsrate verringern muß.

Die genannten Elemente der Anlage gemäß Fig. 1 können in Verbindung mit zusätzlichen Elementen verwendet werden, um weitere Informationen zu erhalten. Gemäß Fig. 1 können weitere Komparatoren vorgesehen sein, um aus der Richtung des Spannungssignals V,- festzustellen, ob der Taucher auf- oder absteigt. Demgemäß kann das Spannungssignal V^ jedem Komparator eines Komparatorenpaares zugeführt werden, wobei das Komparatorenpaar aus einem Aufstiegskomparator 17 und einem Abstiegskomparator 19 besteht. Die beiden Komparatoren 17 und 19 vergleichen die Eingangsspannung Vj- mit einer Bezugsspannung Vrep⁼0> die gleich 0 ist. übersteigt das Spannungssignal Vp- den Wert 0, dann erzeugt der Aufstiegskomparator 17 ein Spannungssignal V„. Ein mit dem Aufstiegskomparator 17 verbundener Aufstiegsanzeiger 21 wird vom Spannungssignal V₇ angesteuert. Ist dagegen das Spannunrjssi^nal V^ negativ und kleiner als die dem Abstiegskomparator 19 zugeführte Bezugsspannung V_Dtrt=0, dann wird ein

IvEj Γ

609816/0325

Cpannungssignal Vg erzeugt, welches einen ALstiegsanzeiger 23 anüteurt. Der entsprechende Aufstiegs- oder abstiegsanzeiger 21 oder 23 erzeugt ein Signal, beispielsweise ein blinkendes Licht oder einen hörbaren Ton, um dem Taucher die vertikale Richtung, in der er sich bewegt, anzuzeigen. Deswegen ist es für den Taucher leicht, sich nicht in der falschen Richtung zu bewegen und mögliche Schaden als Konsequenz eines derartigen Fehlers in Kauf nehmen zu müssen.

Die vom Spannungsumformer 1 erzeugte und nachfolgend zum Signal V_? verstärkte Spannung entspricht dem momentanen Druck und der Tiefe des Meßinstruments. Es ist von Vorteil, aus dem Momentanwert von V_? die momentane Tiefe zu bestimmen. Demgemäß kann ein geeigneter Wandler an den mit dem Druckumformer 1 verbundenen Verstärker angeschlossen werden, um mit dessen Hilfe die Tiefe ablesen zu können. Der Wert V_?, der in Analogform vorliegt, kann einem in Fig. 1 dargestellten Analog-Digitalwandler 25 und durch einen Datenselektor 27 einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 29 (Fig. *O zugeführt werden. Der Aufbau eines derartigen Wandlers, Datenselektors und einer Anzeigeeinrichtung wird noch beschrieben,

'weiterhin ist es von Vorteil, einen Temperaturumformer in Verbindung mit der vorbeschriebenen Anlage zu verwenden, um die momentane Wassertemperatur messen und anzeigen zu können. Gemäß Fig. 1 erzeugt ein Temperaturumformer 31 ein Spannungssignal V„, welches eine Funktion der Temperatur ist und der Gleichung von V_q = f(T) ge-

609816/0325

nügt, wobei T die Wassertemperatur darstellt. Da ein derartiges Signal gewöhnlich sehr klein ist, ist es notwendig, dieses einem Verstärker 33 zuzuführen, der seinerseits ein Signal V erzeugt. Hat der Verst/irker 33 eine Verstärkung G-z-z> dann genügt V. der Gleichung ^V1Ü ^{= ü}33^f'C'¹') · ^vin ^^{st e}^^{n Anal}°i5^siSⁿal und kann dem Analag-Digitalwandler 25, dann dem Datenselektor 27 und schließlich der Anzeigeeinrichtung 29 zur visuellen Anzeige zugeführt werden.

Einen wichtigen Teil der beschriebenen Anlage stellt der Zeitgeberoszillator 9 und die mit ihm verbundenen Komponenten dar. Sie dienen der Steuerung der Momentanwertspeicher 5 und 7 sowie der Abgabe von Zeitsignalen, mit deren Hilfe die Tauchzeit bestimmt wird. Gemäß Fig. 3 ist der Zeitgeberoszillator 9 mit einem Zeitgeber-Wellenformgenerator 35 verbunden. Der Zeitgeberoszillator 9 erzeugt eine kontinuierliche Reihe regelmäßiger Pulse vorgegebener kurzer Dauer. Diese Pulsreihe ist schematisch als Zeitsignal C in Fig. 9 dargestellt. Wenn die Momentanwertspeicher 5 und 7 zur Werteerfasoung innerhalb von 1-Sekunden-Intervallen angesteuert werden, wird bevorzugt eine Pulsdauer von 30 Millisekunden gewählt. Der Zeitgeber-Wellenformgenerator 35 spricht auf das Ausgangssignal des Zeitgeberoszillators 9 an, um diese kurzen Impulse zu erzeugen. Diese kurzen Impulse sind schematisch als Zeitsignale A und B in Fig. 9 dargestellt. Ist die Anlage auch zur Erfassung der Tauchzeit ausgelegt, dann ist es von Vorteil, ein Zählwerk 37 mit dem Zeitgeberoszillator 9 gemäß Fig. 3 zu verbinden. Das Zählwerk 37 zählt die vom Zeitgeberoszillator 9 erzeugte Pulszahl und gibt jeweils nach einer vorbestimmten Pulszahl ein Signal ab, welches einer Zeitspanne

609816/0325

254281S

von beispielsweise einer Minute entspricht. Die Gesamtzahl der so erzeugten Pulse entspricht der gesamten Tauchzeit in Minuten.

Die erfindungsgemäße Anlage stellt eine ganze Reihe von Signalen, z.B. Tiefe, Temperatur und Tauchzeit, zur Verfügung, die von besonderem Nutzen sind, wenn sie numerisch ausgedrückt werden. Die der Tiefe und Temperatur entsprechenden Signale·liegen zunächst in Analogform vor, während die Tauchzeit digital ausgedrückt ist. Liegt nur eine einzige Anzeigevorrichtung vor, dann kann der in Pig. Ü dargestellte Datenselektor 27 zur wahlx^eisen Anzeige der gewünschten Werte verwendet werden. Die den ausgewählten Daten entsprechenden Signale werden der digitalen Ausleseeinrichtung 29 zugeführt. Dem Datenselektor'27 müssen digitale Daten zugeführt werden, damit er digitale Ausgangsdaten liefert. Dementsprechend wird der in Fig. 1 dargestellte Analog-Digitalwandler 25 verwendet, um die notwendige Umwandlung der Tiefe und Temperatur entsprechenden Signale vorzunehmen. Die Arbeitsweise wird durch elektrische Signale festgelegt, die bestimmen, welcher der beiden den Arbeitsweisen entsprechenden Kanäle, Kanal X oder Kanal Y, zum fraglichen Zeitpunkt in Betrieb ist. Der in Fig. 1 dargestellte Selektorschalter 39 bestimmt, welcher Kanal des Datenselektors 27 betriebsbereit ist. Sowohl die Ausgangssignale des Analog-Digitalwandlers 25 als auch die des Datenselektors 27 liegen in Form digitaler Bits vor. Die Anzahl dieser Bits bestimmt die Höhe des Auflösungsvermögens des digitalen Ausgangssignals.

Die dem Datenselektor 27 zugeführten Informationen wer-

609816/0325

don waJ.lv/eise der Anzeigeeinrichtung 29 zugeführt und in ablesbare Angaben umgeformt. Die Anzeigeeinrichtung 2'J ist gemäß Fig. ** niit einer digitalen Anzeige ^l des Tyjiü, Lei dem lichtemittierende Dioden (LED), die ganze Zahlen anzeigen können, verwendet werden, versener.. iiinti für uie erfindungcgenäße Anlage käufliche Einrichtung umfaßt drei LEDs mit jeweils sieben Segmenten. Die Größe der Anzeigeeinrichtung 29 hängt von der Anzahl der verwendeten digitalen Bits ab. Ein 12-Bit-3ystem würde bei einer Drei-Ziffern-Anordnung maximal die Zahl 999 anzeigen. Die zur Anzeigeeinrichtung 29 weitergeleiteten Signale werden von dem in Fig. 1 dargestellten Selektorschalter 39 ausgewählt.

Eine praktische Schaltanordnung der in Fig. 1 erläuterten Anlage ist in Fig. 5 dargestellt. Als Druckumformer 1 wird eine abgeglichene Brückenschaltung 51 verwendet. Die brückenschaltung 51 besteht aus drei Widerständen R₁ gleichen Widerstands und einem Verformungsmeßstreifen in Form eines vierten Widerstands R„,_r, dessen widerst ancis v/er t sich mit dem Umgebungsdruck ändert. Andere verwendbare Druckumformer umfassen LED-Umformer, Potentiometer, Wechselstrombrücken, magnetische Sensoren oder piezoelektrische Einrichtungen. Im stationären Zustand, wenn der Heßwiderstand R lediglich dem

sg

atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, ist dessen Widerstandswert gleich den der Brückenschaltung 51 angeordneten Widerständen R₁, so daß in· jedem Brückenzweig der gleiche Strom fließt. Wenn jedoch der Umgebungsdruck über den atmosphärischen Druck ansteigt, wird eine Dehnungs- oder Kompressionskraft auf den Meßwiderstand R ausgeübt und dadurch dessen Wider-

sg °

stand verändert. Diese Veränderung macht den Abgleich

609816/0325 BAD ORIGINAL

der Brückenschaltung 51 zunichte, so daß in den beiden brückenzweigen verschiedene Ströme fließen. Die resultierende Stroniänderung ist hierbei proportional den umgebenden Druck. Da die Stromänderung bei derartigen Einrichtungen gewöhnlich sehr schv/ach ist, ist ein dem Verstärker 3 entsprechender Brückenverstärker 53 mit der Brückenschaltung 51 verbunden, um das von der rsrücke 51 ausgehende Signal V₁ auf einen brauchbaren Wert zu verstärken. Der Brückenverstärker 53 umfaßt einen Operationsverstärker 55 irgendeiner bekannten, aber mit der Anlage kompatiblen Type und einen Rückkopplungswiderstand Rp₁, der zum Operationsverstärker 55 parallelgeschaltet ist. Ein zweiter Kückkopplungswiderstand R„„ liegt zwischen dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 55 und Erde.

Das Ausgangssignal des Brückenverstärkers 53 entspricht dem liomentanwert des Druckes und ist das oben genannte Spannungssignal V„, dessen Wert folgender Gleichung genügt :

wobei V die Spannung an der Brückenschaltung 51, AR_n,.

sg

die Änderung des Widerstandes von R , R₁ der Widerstands-

sg ι

wert jedes der Widerstände R. und R_. der Widerstandswert

1 FX

der Rückkopp
53 bedeuten.

der Rückkopplungswiderstände R„. des Brückenverstärkers

Γ J.

Um die Druckänderungsrate mit einem vorgegebenen Standard vergleichen zu können, v/erden gemäß der Erfindung nacheinanderfolgende Messungen des Wertes V in vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt. Derartige Messungen können

609816/0325 BAD ORIGINAL

mit Hilfe von Honentanwertspeichern 57 und 59 > die mit den; Ausgang dec lirückenverstärkers 53 verbunden sind, durchgeführt werden. Die Intervalle, in denen die aufeinanderfolgenden Messungen vorgenommen werden, werden durch den Zeitgebei'-Wellenforr.igenerator 35 geir.äß Fig. 3 überwacht bzw. gesteuert. Die Konentanv.'ertspeicher 57 bzw. 59 umfassen Schalter S. bzw. S₁ , die sich in Abhängigkeit _VOn den vom Zeitgeber-Wellenforngenerator 35 erzeugten Zeitsignalen Λ und B schließen, und Kondensatoren C. bzw. C , v;elche die den entsprechenden Werten von V„ entsprechenden Spannungssignale speichern. Der Schalter S. schließt sich für eine kurze Zeit in Abhängigkeit von Zeitsignal A, um den Kondensator C. auf den Momentanwert V„ aufzuladen, !lach Öffnen des Schalters S. behält der Kondensator C₁ diese Ladung. Der Schalter S_ß schließt sich in Abhängigkeit vom Zeitsignal B, welches eine vorgegebene Zeitperiode, beispielsweise eine Sekunde (minus der Pulsbreite) nach der letzten Erzeugung des Zeitsignals A abgegeben wird. Schließt sich der Schalter'S_n, dann

lädt sich der Kondensator Cp auf den Momentanwert von V₀ auf. Der Schalter S_D öffnet sich unmittelbar nach seinem Schließen, der Kondensator C₂ behält jedoch seine Ladung. Die Aufladezeit für die beiden Kondensatoren C. und C ist so kurz, daß sie vernachlässigt werden kann, nämlich beispielsweise in der Größenordnung von 10 Millisekunden. Die Ausgangssignale der Momentanwertspeicher 57 bzw. 59> d.h. die Spannungssignale V™ bzw. V₂₁, werden zu einem Differentialverstärker 61 weitergeleitet. Der Differentialverstärker 6l verstärkt die Differenz zwischen den beiden Signalen V-, und Vj, - die Differenz gibt die vom Spannungsumformer 51 aufgenommene Druckänderungsrate wieder.

609816/0325

-IG-

Der Differentialverstärker Cl umfaßt einen ersten Operationsverstärker C3, den das vom Mornentanwertspeicher 57 kommende Spannungssignal V zugeführt vrird, und einen zweiten Operationsverstärker 65, dem sowohl das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers 63 als auch das vom Momentanwertspeicher 59 kommende Spannungssignal Vj, zugeführt wird. Ein Rückkopplungswiderstand ]ip überbrückt in Parallelschaltung den ersten Operationsverstärker 63, und ein Widerstand R, verbindet den negativen Eingang des Differentialverstärkers 63 mit dem Erdpotential. Ein Widerstand R₄ überbrückt in Parallelschaltung den zweiten Operationsverstärker 65, und ein Widerstand R₁- ist in der die beiden Operationsverstärker 63 und 65 verbindenden Leitung angeordnet. Das als V_r bezeichnete Ausgangssignal des Differentialverstärkers 6l gibt die Druckänderungsrate wieder und ist demgemäß der tatsächlichen Abstiegsrate äquivalent. Der Wert V,- genügt folgender Gleichung:

V₅ = [1 + (VR₅)] (V₄ - V₃)-,

wobei angenommen wird, daß R^/R_p = Kk/R- gilt. In regelmäßigen Intervallen, welche durch die Perioden zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen jedes der Momentanwertspeicher 57 und 59 festgelegt sind, wird ein neues Signal V_r erzeugt. Die Kondensatoren C₁ und Cp können ihre Spannungen für lange Zeitspannen halten, wenn ein Differentialverstärker 6l ausgewählt ist, dessen positive Eingänge eine hohe Eingangsimpedanz, in'der Größen-

12
Ordnung von 10 Ohm, haben. Das Spannungssignal V,-wird einer Anordnung von Komparatoren 67, 69 und 71 zugeführt, welche jeweils das Eingangssignal V₁- mit einem vorgegebenen Bezugssignal ^νρ>ρ;ρ_5γϊ welches einer vorgegebenen Druckänderungsrate und demzufolge Abstiegs-

609816/0325

rate entspricht, und einem Bezugssignal V₁,,,., = 0 ver— gleichen, ir letzton Fall, un festzustellen, ob der Druckumformer 51 auf- oder absteigt. Das opar.r.un_;;D-V_t wird den Komparatoren 67, 69, 71 in re,;,el-

ü;:i2.i{jen Abständen zugeführt. Diese Abstände sind durch die Frequenz des Zeitsignals C, welches vom Zeitgeberoszillator 9 erzeugt wird und jeweils ein Schließen des Schalters S,. bewirkt, festgelegt.

Der Komparator 67 ist ein Operationsverstärker, den das Eingangssignal ν zum Vergleich mit dem Bezugssignal V₁.τη- r-7 zugeführt wird. Er weist einen parallel zum Operationsverstärker geschalteten bzw. diesen überbrückenden Rückkopplungswiderstand R^ auf. Das Spannungssignal V^jvp.gy entspricht einer Aufstiegsrate von 1,848 m/min (60 ft/min), falls das System in Verbindung mit der Dekompressions-Tabelle der U.S. Navy verwendet wird, überschreitet das Spannungssignal V den Wert des Bezugssignals ν^-ρ-ρ^γ, dann erzeugt der Komparator ein Signal Vg, dessen positive Planke einen monostabilen Multivibrator 73 bekannten Typs ansteuert. Der Multi vibrator 73 seinerseits erzeugt dann ein Ausgangssignal Vg, welches ein geeignetes Alarmsignal auslöst. Der Multivibrator ist ein monostabiler (one-shot) Multivibrator, der eine vorgegebene wohl definierte Zeitspanne aktiviert bleibt, wenn er einmal angesteuert worden ist. Das Auftreten eines derartigen Alarmsignals warnt den Taucher, daß er gefährlich schnell auftaucht. Die dargestellte Alarmeinrichtung wird durch eine LED (lichtemittierende Diode) 75 realisiert, die bei Zündung Licht aussendet. Der Blinkzyklus der LED 75 wird durch einen Widerstand R_n und einen Kondensator C-,, die r.it geeigneten Eingängen des monostabilen Multivibrators 73 verbunden sind, bestimmt. Diese

609816/0325 BAD ORIGINAL.

Elenente legen die Zeitspanne fest, während welcher der monostabile Multivibrator aktiviert bleibt, wenn er einmal angesteuert worden ist, und bestimmen damit die Dauer der Einschalt zeit jeder Zündperiode des blinkenden Warnsignals. Eine geeignete Zeitspanne ist ungefähr eine halbe Sekunde. Die zur LED 75 führende Leitung weist einen Widerstand R₁₀ auf, welcher den zur LED 75 führenden Strom auf einen ungefährlichen Wert begrenzt.

Die Komparatoren 69 und 71 sind dem zur Bestimmung der Aufstiegsrate verwendeten Komparator 67 ähnlich, und verwenden als Bezugs- bzw. Vergleichssignal für das Spannungssignal V_r eine Spannung, deren Wert gleich 0 ist. Solange sich die Tiefe, in der sich der Druckumformer 51 befindet, nicht ändert, gibt keiner der beiden Komparatoren 69 und 71 ein Signal ab. Wenn jedoch der Taucher aufsteigt, sinkt der Umgebungsdruck, und V₁. nimmt einen positiven Wert an. Ist V_r positiv, dann erzeugt der Komparator 69 ein Signal V₇, welches einen monostabilen Multivibrator (one-shot monostable multivibrator) 77 ansteuert. Der Multivibrator 77 erzeugt seinerseits ein Spannungssignal V₁₀, welches durch einen Strombegrenzungswiderstand R₁₁ einer LED 79 zugeführt wird. Steigt der Taucher ab, wird V_r negativ, so daß dieses im Komparator 71 mit der Bezugsspannung Vp_fi,-₇=O verglichene Signal zu einem Ausgangssignal Vp des Komparators 71 führt. Dieses Ausgangs signal Vo wird einem monostabilen Multivibrator (one-shot monostable multivibrator) 8l zugeführt. Der Multivibrator 81 erzeugt seinerseits ein Spannungssignal V^₁, welches über einen Strombegrenzungswiderstand R₁₂ einer weiteren LED 83 zugeführt wird.Vor-

609816/0325 BAD ORIGINAL

zugsweise sind die Aufstiegs- und Abstiegs-LEDs 79 und 83 verschieden gefärbt, so daß der Taucher seine Bewegungsrichtung leicht ablesen kann. Man kann auch einen Pfeil anstelle oder zusätzlich zu den Farbgebungen an ,bzvr. in den LEDs anordnen, um die Aufstiegs- und Abstiegssignale noch besser verständlich zu machen. Die Widerstände Rg, K₇ und Rg dienen als Rückkopplungswiderstclnde und dienen zur Aufrechterhaltung der Stabilität jedes der Komparatoren 67, 69 und 71.

Eine Schaltung zur Erzeugung der notwendigen Signale zum Schließen der in Fig. 5 dargestellten Schalter S. und Sg und zur Erzeugung der bereits anhand der Fig. 3 erläuterten Zeitsignale ist in Fig. 6 dargestellt. Die Schaltung umfaßt einen elektrisch gespeisten Zeitgeberoszillator 85, der von bekannter Konstruktion sein kann. Der in der Abbildung 6 dargestellte Zeitgeberoszillator 85 ist der IC-Zeitgeber, Modell 555, hergestellt von Signetics Company of Sunnyvale, California. Eine Gruppe von Widerständen R₁ -,, R₁J, und R₁,- sowie ein Kondensator C₁, sind mit den geeigneten Eingängen des "Zeitgeberoszillators 85 verbunden. Der Zeitgeberoszillator 85 erzeugt mit konstanter Frequenz Pulse gleicher Länge, die in Fig. 9 als Zeitsignal 10 dargestellt sind. Die Dauer und Frequenz dieser Pulse überwachen bzw. bestimmen alle in der erfindungsgemäßen Anlage vorkommenden zeitabhängigen Signale. Die Pulscharakteristika werden durch die Widerstände R_{1 7} und R₁^ sowie durch den Kondensator Cj. festgelegt. Die geeignete Auswahl für die Werte dieser Komponenten kann einem Datenblatt, das in Verbindung mit der oben genannten Signetics-Einheit verwendet wird, entnommen werden. Vorzugsweise weist das Ausgangssignal des Zeitgeberoszillators 85, d.h. das Zeitsignal C, eine

609816/0325

2 b 4 2 81 β

von JtO Millisekunden und eine Frequenz von 60 Pulsen pro Minute oder eine Periode von einer Sekunde auf. Die vorn Zeitgeberoszillator 85 erzeugten elektrischen, pulsierenden Signale werden jeweils jeden einem aus r.ionostabilen Plultivibratoren (one-shot monostable multivibrators) 87 und 89 bestehenden Paar zugeführt. Die monostabilen Multivibratoren 87 bzw. 89 erzeugen ihrerseits Zeitsignale A bzw. B an ihren Ausgängen Q, um mit Hilfe dieser Signale die Schalter o. bzw. S₁. in den Momentanwertspeichern 57

Ä D

bzw. 59 zu schließen. Das von dem Zeitgeberoszillator 85 erzeugte Zeitsignal C wird sowohl den Zählwerken 91 und 93 als auch dem Schalter S„, der in der entsprechenden Verbindungsleitung zu den Komparatoren 67, 69 und 71 angeordnet ist, zugeführt.

Die monostabilen Multivibratoren 87 und 89 sind vorzugsweise die von der Texas Instruments Company of Dallas, Texas, hergestellten IC-Modelle SN74121. Der moncstabile Multivibrator 87 erzeugt das ZeitsignalVbei positiv ansteigenden, an seinem Eingang B empfangenen, Signalen vom Zeitgeberoszillator 85. Diese Signale treten jeweils am Ende jedes Pulses des Zeitgeberoszillators auf, vias in Fig. 9 dargestellt ist. Der monostabile Multivibrator 89, dagegen, erzeugt das Zeitsignal B bei abfallenden, an seinem Eingang A empfangen, Signalen vom Zeitgeberoszillator 85. Er wird durch den Beginn jedes vorangegangenen Impulsen angesteuert. Die Signaldauer jedes der monostabilen Multivibratoren 87 bzw. 89 ist durch die Wahl des Widerstandes R₁^ und des Kondensators C₅, die mit geeigneten Eingängen des Multivibrators 87 verbunden sind, bzw. durch die Wahl des Widerstandes R₁₇ und des Kondensators Cg, die mit dem Multivibrator 89 verbunden sind, bestimmt. Vorzugsweise wird die Signaldauer auf 10 Millisekunden eingestellt. Wenn die Periode des Zeitgeberoszillators 85 eine Sekunde lang ist, erzeugen die Multivibratoren 87 und 89 ihre 10

'609816/0325

Millisekunden - Signale innerhalb der einen Sekunde, und die Verzögerung zwischen dem Ansteuerbeg-inn des monostabilen Multivibrators 87, die dem Ansteuern des Multivibrators 89 folgt, wird aurch die Dauer jeues der vom Zeitgeberoszillator 85 ausgehenden Pulses bestimmt und beträgt in diesem Fall 30 Millisekunden. Daraus ergibt sich, daß die Pulsdauer des von in Fig. 5 dargestellten Differentialverstärkers Sl ausgehenden Signals VV durch die Zeitspanne zwischen dem Beginn jedes Pulses des Multivibrators 89 und dem Beginn jedes Pulses des Multivibrators 87 bestimmt ist, so daß die Dauer jedes Spannungssignals V_r die gleiche Dauer wie jeder vom Zeitgeberoszillator 85 ausgehende Puls hat. Diese Beziehungen sind in Fig. grafisch dargestellt.

Die vo:r. Zeitgeberoszillator 35 ausgehenden Signale worden auch den Zählwerken 91 und 93, die den Zählwerken 37 in Fig. 3 entsprechen, zugeleitet. VJeil die Zählwerke 91 und 93 dazu verwendet werden, dein Taucher Informationen über seine Gesamttauchzeit, die gewöhnlich in Minuten ausgedrückt wird, zu übermitteln, wird vorzugsweise das Zählwerkpaar 91 und 93 in Reihe geschaltet, so daß die 60 Pulse pro Minute des Zeitgeberoszillators 85 zunächst in eine Frequenz von sechs Zyklen pro Minute und dann in eine von einem Zyklus pro Minute umgewandelt wird. Demzufolge liefern die Zählwerke Ql und 93 pro Minute Tauchzeit einen Ausgangsinpuls, ein Signal, welches leicht in einen sichtbaren Ausdruck in der digitalen Ausleseeinrichtung ¹Il umgewandelt werden kann. Die Zählwerke 91 und 93 sind übliche elektronische Zählwerke, die bei vielen Firmen käuflich sind.

609816/0325

Eine Schaltanordnung zur Durchführung der elektronischen Funktionen für die wahlweise Anzeige der Tiefe, VJaoserteiiiperatur und Tauchzeit und eine Datenselektionsschaltung zur Auswahl der die Anlage verlassenden Daten ist in Fig. 7 dargestellt. Der Schaltkreis zur Anzeige der Wassertemperatur umfaßt einen Teriperaturumforner, einen Verstärker und geeignete Selektorschalter, wie dies auch in Fig. 1 dargestellt ist. Ein geeigneter Temperatururr.forraer wird durch eine Brückenschaltung 95 realisiert, welche gemäß Fig. 7 drei Zweige mit Widerständen Ji₁Q gleichen Widerstandswertes und einen vierten Zweig mit einem veränderlichen Widerstand R₁₀ und einem Widerstand RpQ aufweist. Die letztgenannten Widerstände 19 und 20 sind miteinander in Reihe und parallel zu einem ter.vperaturempfindlichen Element 97 geschaltet. Das teraperaturempfindliche Element 97 kann ein Thermistor, eine temperaturempfindliche Diode, ein temperaturempfindlicher· Transistor o.dgl. sein. Die Brückenschaltung 95 mißt in der Weise eine Temperatur bzw. spricht auf das temperaturempfindliche Element 97 an, daß die in benachbarten Brückenzweigen fließenden Ströme ungleich sind. Diese Ungleichheit erzeugt ein schwaches elektrisches Signal, welches durch einen mit dem Temperaturuniformer verbundenen Brückenverstärker 99 verstärkt wird. Die Verstärkung des Brückenverstärkers 99 wird durch den in der Rückkopplungsleitung des Brückenverstärkers 99 liegenden V/iderstand R„, festgelegt. In der zum positiven Eingang führenden Leitung des Brückenverstärkers 99 ist ein Erdwiderstand Rp^ angeordnet. Der Brückenverstärker 99 selbst kann eine der bereits erläuterten, bekannten Typen sein. Der Brückenverstärker 99 gibt ein Signal V₁₀ ab, welches gleich dem von der Brückenschaltung 95 erzeugten Signal Vq, multipliziert mit dem Verstärkungs-

609816/032S

2b42816

faktor des Brückenschalters 99, ist. Das Spannungssignal V₁ kann in eine die Wassertemperatur wiedergebende, leicht verständliche Signalform umgewandelt werden.

Gemäß Fig. 5 gibt das Spannungssignal V₂ den momentanen Wasserdruck und damit die momentane Tiefe an. Demgemäß wird kein zusätzlicher Schaltkreis zur Angabe des V/ertes benötigt. Das der Tauchtiefe entsprechende Spannungssignal V₂ und das der Wassertemperatur entsprechende Spannungssignal V^₀ haben analoge Form, um diese Signale numerisch anzeigen zu können, damit der Taucher deren entsprechende Werte ablesen kann, massen sie in ihr digitales Äquivalent umgewandelt werden. Demge-iäi?. müssen die Signale V₂ und V durch einen Analog-Digital-Wandler 107 (Fig. 7), welcher dem Analog-Digitalwandler 25 in Fig. 1 entspricht, umgewandelt werden. Da die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß jeweils nur eine der möglichen Informationen abgelesen werden kann, ist ein Cignalschalter S„ gemäß Fig. 7 als Drei-Punkt-Kippschalter ausgebildet. Durch entsprechende Schaltung des Selektorschalters S^ können entweder die Tiefe, Tauchzeit oder die Temperatur abgelesen werden.

Da die Tauchzeitsignale vom Zeitgeberoszillator 85 in digitaler Form abgegeben werden, können diese Signale dem in Fig. ^ schematisch dargestellten Jatenselektor 27 direkt zugeführt werden. Der Datenselektor 27 muß auf den Signaltyp, den er empfangen und zur Ausleseeinrichtung 29 weiterleiten soll, programmiert werden, d.h. er muß dazu programmiert werden, die der Tauchzeit entsprechenden direkten digitalen Signale und die der Tiefe und Temperatur entsprechenden, von analoger in digitale Form umgewandelten Signale zu empfangen. Der in Fig. 7

609816/0325

BAOORiGMNAL

- 2k -

dargestellte Kanalselektor 101 umfaßt einen Komparator 103, einen Pegelinverter 105 und zugeordnete Widerstünde R₂₁ und R „, um damit automatisch einen der Kanäle X oder Y des Datenselektors 27 betriebsbereit zu machen. Dabei wird der Datenselektor 27 auf den Empfang digitaler oder analog-digital umgewandelter Signale eingestellt. Der Komparator 103, der Pegelinverter 105 und deren zugeordnete Komponenten sind so angeordnet, daß immer dann ein positives Signal vom Kanalselektor 101 zum Datenselektor 27 übermittelt und der Datenselektor 27 auf den X-Kanal umgeschaltet wird, wenn ein positives Spannungssignal, beispielsweise das Tiefensignal V„ oder das Temperatursignal V₁₀, dem Komparator 103 zugeführt wird. Empfängt dagegten der Komparator 103 kein Signal, ist dessen Ausgangssignal gleich 0 und demzufolge das Ausgangssignal des Pegelinverters 105 positiv, um Spannung auf den Y-Kanal des Datenselektors 27 zu geben. Die Auswahl der dem Kanalselektor ICl zugeführten Signalart wird durch die Stellung des Selektorschalters S_D festgelegt. Ist der Selektorschalter S_ß so geschaltet, daß er entweder Tiefen- oder Temperatursignale weitergibt, dann ist die am Komparator 103 liegende Spannung positiv, und der Datenselektor 127 schaltet den X-Kanal ein und den Y-Kanal aus. Steht jedoch der Selektorschalter S_ß auf Tauchzeitstellung, dann liegt keine Spannung am Komparator 103 an, da der Widerstand R_ an Erde liegt, so daß das Ausgangssignal des Pegelinverters 105 positiv ist und der Y-Kanal des Datenselektors 2-7 eingeschaltet, der X-Kanal dagegen ausgeschaltet ist.

Steht der Selektorschalter S_D entweder in der Tiefenoder Temperaturstellung (Fig. 7), dann wird das ausgewählte Signal Vp oder V₁₀ über einen Widerstand und

' 609816/0325

einen integrierenden Verstärker 109 geeigneten Typs dem Analog-Digitalwandler 107 zugeführt. Der integrierende Verstärker 109 liegt parallel zu einem Kondensator C mit fester, vorgegebener Kapazität und einem Schalter S_v$ der von einem Komparator 111 gesteuert

Hi

wird. Der Komparator 111 ist von geeignetem, bekannten Typ und parallel mit einem Rückkopplungswiderstand R₁₇₁J.

verschaltet. Als Ausgangssignal gibt der integrierende Verstärker 109 ein Sapnnungssignal V₁ ρ ab. In den kurzen, mit der Meßperiode (z.B. 1 Sekunde) kommensurablen Zeitintervallen schwanken die Spannungssignale Vp und V₁₀ so wenig, daß sie als nahezu konstant angesehen werden können. Demgemäß genügt das den integrierenden Verstärker 109 verlassende Ausgangssignal folgender Gleichung:

ν (t\ Vt
^V12 ^KZi «23^C7 *

wobei V₁₂ (t), das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 109, eine Funktion der Zeit ist, V das Eingangssignal (V oder V), t die Zeit, R₂" der Widerstandswert des Widerstands R_?, und C₇ die Kapazität des Kondensators C₇ darstellt. Aus der genannten Beziehung ergibt sich, da£ V^p linear mit der Zeit ansteigt, wobei der Anstieg von der Größe von V, R_?, und C₇ abhängt. Da R_?, und C₇ konstante Werte haben, ändert sich die Steigung von V₁-nur in Abhängigkeit von der SpannungsSchwankung des Eingangssignals Vp oder V₁₀. In Fig. 9 ist die Wellenform von V₁₂ für die Fälle dargestellt, in denen sich die'Werte von V (Vp oder V₁₀) ändern.

Das vom integrierenden Verstärker 109 erzeugte Spannungs-

609816/0325

- 2β -

2b42816

signal V_1? wird den Komparator 111 aufgeprägt, jle Steigung von V₁^ gemäß Fig. 9 steigt mit zunehmender Tiefe oder Temperatur an und hängt davon ab, welches der Signale Vp oder V_1n dem Eingang des integrierenden Verstärkers 109 zugeführt wird. Um die Schaltung zu vereinfachen, sind die Komponenten so ausgewählt, daß bei gleichen Zahlenwerten der Tiefe und Temperatur gleiche Amplituden bei den Signalen V und V auftreten. Beispielsweise können bei einer Tiefe von h5 Fuß (13,716 m) oder einer Temperatur von 45⁰F (7,22 C) die Werte von Vp und V₁₀ beide 5 V betragen. Gemäß Fig. 9 steigt die Steigung der Spannung V₁ ρ mit zunehmender Tiefe und Temperatur an. Wenn die Spannung V₁₂ den Schwellenwert des Comparators 111 erreicht, wird dieser so angesteuert, daß er den zum Kondensator C₇ parallelliegenden Schalter S_£ schließt. Der kurzzeitige Kurzschluß des Kondensators C₇ führt dazu, daß das Spannungssignal V₁₂ unverzüglich auf 0 absinkt, und der Komparator 111 den auf die Offen-Stellung vorgespannten Schalter S„ sich öffnen läßt. Der Schalter S_F öffnet sich unverzüglich, und der Wert von V beginnt wieder anzusteigen.

Die Sägezahnsignale V₁₂ werden Dekadenzählern 113, 115 und 117 zugeführt. Von diesen Zählern sinü verschiedene Formen käuflich. Während des Betriebes erzeugt jeder der Zähler 113» 115 und 117 ein Signal, welches der innerhalb einer durch ein Zeitsignal bestimmten Periode empfangenen Anzahl der.Sägezähne des Signals V₁₂ entspricht. Zweckmäßig wird das vom Zeitgeberoszillator 9 bzw. 85 (Fig. und 6) kommende Zeitsignal zur Steuerung des Schalters S. für den Momentanwertspeicher 57 zur Bestimmung der Zählperioden der Dekadenzähler 113* 115 und 117 verwendet. Gemäß dem oben genannten Beispiel würde dann die

609816/0325

BAD ORIGINAL

Pulszahl von V _ pro Sekunde gezählt. Joder Dekadenzähler 113, 115 und 117 weist einen Eingang "IK-A" und Ausgänge A, B, C und D auf, welche der Anzahl der Bits oder dem Auflösungsgrad oder der Genauigkeit des Dekadenzählers entsprechen. Jeder Dekadenzähler 113, 115 und 117 zählt die Anzahl der eingehenden Pulse bis zu Zahl 9. Der zehnte Puls stellt ihn wieder auf 0 zurück und wird gleichzeitig zum nächstfolgenden Dekadenzähler weitergeleitet, um ihn mit der Zahl 1, 2, etc. bis 9 und dann wieder 0 zu beaufschlagen. Demgemäß ist eine Übertragerlinie vorgesehen, die vom Ausgang D (aktiviert beim zehnten Puls) jedes Dekadenzählers zum Eingang IN-A des folgenden Dekadenzählers führt. Als Kaximalzahl können die Dekadenzähler 113, 115 und 117 die Zahl 999 angeben; der nächste Puls setzt dann die gesamte Anzeigeeinrichtung auf 0 zurück.

Zur Erzeugung der die Tauchzeit angebenden Signale ist weiterhin ein Satz von.Zählwerken 119, 121, 123 vorgesehen, welche im wesentlichen den Zählwerken 113, 115 und 117 gleichen.

Als Eingangssignal wird den Zählwerken 119, 121, 123 das von dem in Fig. 6 dargestellten Zählwerk 93 abgegebene Zeitsignal zugeführt. Da das Zeitsignal D bereits in Pulsform vorliegt, besteht keine Notwendigkeit, dieses vorher durch den Analog-Digitaluandler 107 laufen zu lassen. Demgemäß wird das den Zählwerken- 119, 121 und 123 zugeführte Spannungssignal direkt vom Zeitgeberoszillator 85 (durch die Zählwerke 91 und 93) übertragen, und zwar mit einer geeigneten Frequenz, beispielsweise den vorgenannten 60 Pulsen pro fiinute. Wie die Dekadenzähler 113, HS, 117, so v/erden auch die Dekadenzähler 119, 121, 123 so gesteuert, daß sie auf die negative Flanke jedes

609816/0325

Pulses des Eingangssignals des entsprechenden Zählwerks ansprechen. Die Dekadenzähler 119, 121, 123 zählen demnach eine Zahl pro Hinute, wobei jeder Zähler 119 bis 123 zehn c^anze Zahlen (0 bis 9) zählen kann, so daß gemäß der dargestellten Anordnung eine maximale Minutenzahl von 999 gezählt werden kann. Natürlich können die Zählkapazitäten beider Gruppen von Dekadenzählern 113 bis und 119 bis 123 durch Veränderung der Dekadenzählerzahl variiert werden. Die mit R bezeichneten Rückstelleingänge in den üekadenzählern 119, 121 und 123 dienen dazu, die Dekadenzähler 119 bis 123 auf 0 zurückzustellen, sobald das Gesamtsystem unter Strom bzw. Spannung gesetzt wird. Dieser Vorgang wird noch erklärt und soll dann eintreten, wenn die Anlage das erste Mal untertaucht. Durch diese Anordnung ist der Taucher sicher, daß seine Tauchzeit von den ersten Untertauchen an seiner Tauchto.ur gezählt wird, d.h., daß die Messung nicht eine Addition vorangegangener Tauchtouren wiedergibt.

Die Schaltungen für den Datenselektor 27 und die Auslöseeinrichtung -29 sind in Fig. 8 dargestellt. Die Schaltkreise umfassen die beiden Kanäle X und Y, die je nachdem, ob die Tauchtiefe und die Temperatur oder die Tauchzeit an der digitalen Anzeige abgelesen werden sollen, wahlweise aktiviert werden. Jeder Kanal X bzw. Y umfaßt eine Reihe von AND-Gattern 125 bzw. 127- Die AMD-Gatter 125 bzw. 127 bestehen aus käuflich erwerbbaren Standard-ICs und dienen dazu, die von der bisher, beschriebenen Anlage abgegebenen digitalen Signale aufzunehmen. Jedes in Forn eines elektrischen Signals von den verschiedenen digitalen Zählwerken abgegebene Daten-Bit wird als ein Eingangssignal jedem der einzelnen AND-Gatter 125 bzw. 127 zugeführt. Als zweites Eingangssignal wird jedem der AND-Gatter 125 bzw. 127 das anhand der Fig. 7 erläu-

609816/0325
BAD ORIGINAL

terte Datenselektorsignal zugeführt. Wie anhand der Fig. 5 diskutiert, aktiviert die Übertragung eines positiven Signals (V_? oder V._Q) zur. Kanaiselektcr 101 lediglich den X-Kanal des Datenselektors 27 und die i::. oberen Teil der Fir. δ dargestellten 12 AND-Gatter 125. Der Y-Kanal und die 12 im unteren Teil der Fig. 8 dargestellten AND-Gatter 127 werden nur dann aktiviert, wenn ein 0- oder nicht-positives Signal über der. Selektorschalter S^ dem Kanalselektor 101 zugeführt wird. Die AND-Gatter 125 bzw. 127 arbeiten in der üblichen Weise, um das oben genannte Ergebnis zu erzielen. Demnach kann jedes AND-Gatter 125 bzw. 127 jedes Kanals X bzw. Y zwei Eingangssignale aufnehmen, wobei das eine Eingangssignal die Tauchinformation (Tiefe, Temperatur oder Tauchzeit) wiedergibt und das andere Eingangssignal vein Kanalselektor 101 herkommt. Wenn beide Eingänge am AND-Gatter "high" oder positiv sind, wird das AND-Gatter aktiviert. Demgemäß sind entweder nur die dem X-Kanal zugeordneten AND-Gatter 125 oder die dem Y-Kanal zugeordneten AND-Gatter 127, aber nie beide gleichzeitig, aktiviert. Die Ausgangssignale der AND-Gatter 125 sind durch die mit Ziffern versehenen Buchstaben X und die Ausgangssignale der AND-Gatter 127 durch die mit Ziffern versehenen Buchstaben Y gekennzeichnet.

Die AND-Gatter 125 bzw. 127 des entsprechend ausgewählten Kanals X bzw. Y übertragen die empfangenen Informationen zu OR-Gattern 129» die ihrerseits, gemäß Fig. 8, die von den AND-Gattern empfangenen Signale zu einem Dekodierer (decoder driver) 131, 133 bzw. 135 weiterleiten. Die mit den OR-Gattern 129 verbundenen Dekodierer 131, 133 bzw. 135 haben jeweils sieben Segmente und sind im übrigen von bekannter Bauart. Als Dekodierer können beispielsweise die von der Firma Fairchild Company of Mountain View,

609816/0325 BAD

California, Modell 9368 verwendet v/erden. Die Dekodierer 131, 133 bzw. 135 sind jeweils mit den in der digitalen Anzeige vorgesehenen Digitalanzeigern 137, 139 bzw. l4l verbunden. Wie bereite erwähnt, sind derartige digitale Anzeigen, insbesondere solche, die LLlDs verwenden, bekannt. Jede Anzeige 137 bis l4l kann eine der ganzen Zahlen 0 bis 9 anzeigen. Sie zeigen jeweils die Einer, Zehner bzw. Hunderter an. Da derartige digitale Anzeigen 137 bis 141 einen relativ hohen Energieverbrauch haben, wird ihnen bevorzugt Energie nur dann zugeführt, wenn tatsächlich abgelesen werden soll. Deswegen ist ein Ein-Aus-Schalter S„ in Form eines Druckknopfes vorgesehen, der gewöhnlich in der Aus-Position steht und die Energiequelle rr.it den Digitalanzeigen 137 bis l4l verbindet. Wird ein Ablesen gewünscht, dann wird der Druckknopf niedergedrückt, um die Schaltung mit der elektrischen Versorgung zu verbinden.

Für die erfindungsgemäße Anlage eignet sich als Energiequelle am besten eine Batterie. Auf dem Markt sind genügend Batterien vorhanden, die kompakt sind und gleichzeitig an Anlagen, an die ähnliche elektrische Anforderungen gestellt werden wie an die erfindungsgemäße Anlage, genügend Energie liefern. Natürlich entladen sich derartige Batterien durch ständigen Gebrauch. Deswegen wird die Batterie zweckmäßig nur dann angezapft, wenn ein Taucher tatsächlich untertaucht. Es ist auch wichtig, daß die Anlage immer dann mit Energie versorgt wird, xvenn ein Taucher ins Wasser ein- und auf Tiefen taucht, welche zu einer längeren Tauchzeit führen, damit genaue Messungen über die Tauchzeit u.dgl. vorgenommen werden können. Deswegen ist es äußerst

609816/0325 BAD

2642816

wünschenswert, daß die Anlage eine Einrichtung aufweist, welche die Energiequelle nur dann anzapft, wenn der Taucher ins Wasser eintaucht, eine gewisse Tiefe erreicht oder eine lange Tauchtour vornimmt. Line derartige Einrichtung ist in Fig. 10 dargestellt. Die in Fig. 10 dargestellte Energiequelle V_p kann eine Batterie sein, die in Reihe an einen. Druckschalter S_p lie£t. Der Druckschalter Sp ist so konstruiert, daß er den Stromkreis schließt, sobald ein vorgegebener Druck ausgeübt wird - dabei ist der Druck characteristisch für eine gewisse Tiefe sowie lange Tauchzeit und entspricht beispielsweise den· V-'assercruck, der bei einer Tiefe von 1,524 m (5 feet) auftritt. Sobald der Schalter S_p geschlossen ist, wird die Anlage r;it Energie versorgt, und die verschiedenen physikalischen Messungen können durchgeführt und in verständliche Signale umgeformt werden. Die Tauchzeit wird von dem Zeitpunkt an bestirnt, an dem der Taucher eine Tiefe von 1,524 m (5 feet) oder eine andere vorgegebene Tiefe erreicht.

Zweckmäßig wird die Abschaltung der Energiequelle Vp von der erfindungsgemäßen Anlage über den Zeitpunkt, an de::; eier Taucher die vorgegebene "Einschalt"-Tiefe erreicht, hinausverzügert, so daß den Taucher noch nach seiner; Tauchen eine gewisse Zeitspanne zur Verfügung steht, um wahlweise Tauchinformationen, insbesondere seine Tauchzeit, ablesen zu können. Aus. diesem Grunde ist ein elektronischer Schalter S,_r parallel zum Druckschalter Sp geschaltet. Außerdem sind noch eine Diode D„, ein Widerstand R_n,, und ein Kondensator C₀ mit den beiden Schaltern S_p und Sy gemäß Fig. 10 verschaltet. V/enn sich der Druckschalter S_p beim Erreichen der vor-

609816/0325 BAD

gegebenen Taucii- bzw. "Einschalt"-Tiefe schließt, lädt sich der Kondensator Cg in einer durch den "Widerstand Ii-J₁, vorgegebenen Weise auf. Erreicht die Kondesatorspannung V_c einen vorgegebenen Wert, dann schließt sich auch der elektronische Schalter Sy, und die Energie fließt von der Energiequelle V_p über beide Schalter Sp und S-y zur restlichen Anlage. Sobald der Taucher bei seinem Aufstieg die vorgegebene "Einschalt"-Tiefe [l,524 m (5 feet) in diesem Beispiel) erreicht, öffnet sich zwar der Schalter S_p, der elektronische Schalter S-y bleibt jedoch so lange geschlossen, wie die Kondensatorspannung Vp genügend groß ist, um den elektronischen Schalter S„ eingeschaltet zu halten. Die Kondensatorspannung V_n liegt unter der Spannung V und kann υ ρ

nicht durch die Diode D. abfließen. Demgemäß beginnt der Kondensator Cn mit seiner Entladung durch die Eingangsinpedanz des Steuereingangs c des elektronischen Schalters Sy, und zwar so lange, bis der Kondensator Cg nicht mehr mit der Energiequelle V_p verbunden ist. Die Daten des elektronischen Schalters Sy, des Widerstands Rk und des Kondensators C- bestimmen die Entladungsrate und Kapazität des Kondensators Cp und damit die Zeit, die der elektronische Schalter Sy nach einem Öffnen des Druckschalters S_p geschlossen bleibt. Dadurch wird auch die Zeit festgelegt, während der das System auch nach einem überschreiten der vorgegebenen "Einschalt"-Tiefe noch mit Energie versorgt wird. Hat beispielsweise der Steuereingang c des elektronischen Schalters S„ eine Impedanz Z in der Größenordnung von

12
10 Ohm oder mehr und der Kondensator C₀ eine Kapazität

-8
von 10 Farad, dann liegt die für den Spannungsabfall von V verantwortliche ZeitkonstanteT*in der Größenordnung von 166 Minuten (daT= ^Zc^C8 -*-^st> ^{da ke}iⁿ Strom

809816/0325

durch den Widerstand R₂ ^ fließt). Der elektronische Schalter Sy kann so ausgewählt werden, daß er sich schon öffnet, bevor" die durch die Zeitkonstante c* vorgegebene Zeit realisiert ist; auf jeden Fall zeigt diese Zeitkonstante die ganze Variationsbreite, die einen Konstrukteur zur Verfügung steht, der die Zeitkonstante für den elektronischen Schalter V„ festlegt.

PatentansDrüche:

6098 16/0325

Claims

_ 34 -

2 b 4 2 8 1

PATENTANSPRÜCHE

fly Anordnung zur Datenermittlung bezüglich der Tiefe und Bewegung in einem Fluid, welche

eine elektrische Energiequelle;

einen mit der Energiequelle verbundenen Druckumformer zur Erzeugung den Umgebungsdruck wiedergebender elektrischer Signale;

einen Komparator zum Vergleich des die momentane Tiefenänderungsrate wiedergebenden elektrischen Signals mit einem Bezugssignal; und

Warneinrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals, wenn das die momentane Tiefenänderungsrate wiedergebende elektrische Signal das elektrische Bezugssignal überschreitet, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung elektrischer, den momentanen Umgebungsdruck in vorgegebenen Zeitintervallen wiedergebenden elektrischen Signalen (V,, Vn) Momentanwertspeicher (5, 7) mit dem Druckumformer (1) verbunden sind, und

Differentialverstärker (11) mit den Momentanwertspeichern (5, 7) und dem Komparator (13) zur Erzeugung des die momentane Tiefenänderungsrate wiedergebenden elektrischen Signals (V_r) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die liomentanwertspeicher (5, 7) Kondensatoren

609816/0325

(C₁, C₀) zur Speicherung elektrischer Signale aufweisen, und Schalter (S_A, S_ß) mit den Kondesatoren (C₁, C„) und einem Zeitgeberoszillator (9) verbunden sind, wobei sich die Schalter (S., S₀) nacheinander durch Ansteuerung mit Zeitsignalen (Λ und B), welche vom Zeitgeberoszillator (9) erzeugt werden, schliessen, um dadurch nacheinander die Kondensatoren (C₁, C-) aufzuladen und dadurch in bestimmten Intervallen die den Umgebungsdruck wiedergebenden elektrischen Signale (V,, V^) zu erzeugen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (S ) zwischen dem Differentialverstärker (11) und dem Komparator (13) geschaltet ist und die Signale (V_n.) dem Komparator (13) dann zuführt, wenn der Schalter (S_c) geschlossen ist, und

der Zeitgeberoszillator (9) dem Schalter (S_c) ein sich wiederholendes Zeitsignal (C) zuführt, um den Schalter (Sp) in regelmäßigen Intervallen zu schließen, und dadurch die Weiterleitung eines neuen Signales (V_r) in eben diesen Intervallen bewirkt.
4. Anordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß ein Zählwerk (37)> welches die Anzahl der vom Zeitgeberoszillator (9) erzeugten Zeitsignale (C) zählt, vorgesehen ist, und

eine digitale Ausleseeinrichtung (29) mit dem Zähler (37) verbunden ist, um die Anzahl der vom Zeitgeberoszillator (9) erzeugten Signale (C) in verständlicher Form anzuzeigen und dadurch die Zeit, welche die Anlage in dem Fluid untergetaucht ist, anzugeben.

609 816/0325
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturumformer (31) niit der elektrischen Energiequelle (V_p) verbunden ist, um elektrische L'ignale (V_Q), welche die Umgebungstemperatur wiedergeben, zu erzeugen;

ein Umwandler (25) mit" dem Druckumformer (1) und dem Temperaturumformer (31) verbunden ist, um die von den Umformern (1, 31) erzeugten Signale (V„, V_q) in digitale Form umzuwandeln, und

eil- Datenselektor (27) mit dem Zeitgeberoszillator (b) und dem Wandler (25) verbunden ist, um die den Druck und die Temperatur wiedergebenden Signale (W, Vp) und die Tauchdauer der digitalen Ausleseeinrichtung wahlweise zuzuführen.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (17) mit dem Differentialverst^rker (11) verbunden ist, um ein elektrisches Signal (V₇) zu erzeugen, wenn das die momentane 1'iefenä.nderungsrate wiedergebende elektrische Signal (V.-) eine Bezugsspannung (V_pTrT;,=0) von 0 V uberschreitet, wobei das elektrische Signal (V₇) einen mit dem Konparator (17) verbundenen Anzeiger (21), welcher die eine Bewegungsrichtung in vertikaler Richtung anzeigt, ansteuert; und

ein Komparator (19) mit dem Differentialverstärker (11) verbunden ist, um ein elektrisches Signal (V^) zu erzeugen, wenn das die momentane Tiefenänderungsrate wiedergebende elektrische Signal (V_) niedriger als das Bezugssignal (V_RF„=0) von 0 V ist, wobei das

609816/0325

elektrische Signal (Vn) einen mit den: Komparator (19) verbundenen Anzeiger (23), welcher die andere Eev/egungsrichtung in vertikaler Richtung angibt, ansteuert.

MPL-¹I** «. SlAEGEi

60 9 8 16/0325