DE2638512A1

DE2638512A1 - Geraet zum ermitteln der tiefe einer wasseransammlung auf einer bahn, z.b. auf einer start- und landebahn eines flugplatzes oder auf einer autobahn

Info

Publication number: DE2638512A1
Application number: DE19762638512
Authority: DE
Inventors: Wilson W Overall; Jerry R Waldman
Original assignee: Surface Systems Inc
Current assignee: Surface Systems Inc
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1977-03-10
Also published as: SE424373B; GB1544254A; CH613769A5; US3986110A; CA1042228A; FR2322355B3; SE7609508L; JPS5235663A; FR2322355A1

Description

Gerät zum Ermitteln der Tiefe einer Wasseransammlung auf einer Bahn, z.B. auf einer Start- und Landebahn eines Flugplatzes

oder auf einer Autobahn

Die Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte und betrifft insbesondere ein Gerät, das bei der Messung der Wassertiefe auf der Oberfläche einer Bahn, beispielsweise einer Start- und Landebahn eines Flugplatzes oder dgl., verwendbar ist.

Eine leicht ermittelbare und genaue Kenntnis der Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche der Start- und Landebahn eines Flugplatzes ist sehr nützlich und in einigen Fällen erforderlich. Auf Flugplätzen beispielsweise beeinflussen während eines Gewitters Entscheidungen darüber, bei welchen Start- und Landebahnen eine sichere Benutzung möglich ist und bei welchen sie nicht möglich ist, hunderte von Leben. Die

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dem Flugplatzbetriebsleiter gegebene Möglichkeit, auf einen Blick festzustellen, auf welchen Start- und Landebahnen oder Teilen derselben die Gefahr von Aquaplaning besteht, versetzt ihn in die Lage zu bestimmen, welche Start- und Landebahnen zu schließen sind und welche weiterhin benutzt werden können.

Aus Effektivitätsgründen muß bei einem Wassertiefenmeßsystem ein Fühlgerät benutzt werden, das an entfernten Stellen leicht installiert werden kann und in der Lage ist, das ständige Uberfahrenwerden durch Flugzeuge und Fahrzeuge auszuhalten. Außerdem muß das Gerät in der Lage sein, eine genaue Information zu liefern. In den US-PS'en 3 873 927 und 3 882 381 sind Meßfühler und ein System beschrieben, die zuverlässig feststellen-und anzeigen, ob Wasser oder Eis auf der Oberfläche der Start- und Landebahn eines Flugplatzes oder einer Autobahn vorhanden ist. Diese Fühler und Systeme sind jedoch weder für das Abfühlen und Anzeigen der Wassertiefe vorgesehen noch sind sie dazu in der Lage.

Durch die Erfindung soll ein Gerät geschaffen werden, welches zuverlässig und genau die Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche von Bahnen, beispielsweise von Start- und Landebahnen eines Flugplatzes oder von Autobahnen, ermittelt.

Die Erfindung schafft ein Gerät mit folgenden Eigenschaften:

- es kann leicht in die Oberfläche einer Bahn eingebettet werden, wo es atmosphärischem Niederschlag ausgesetzt ist;

- es ist robust im Gebrauch;

- es liefert ein monotones Ausgangssignal für einen vorgewählten Wassertiefenbereich;

- fehlerhafte Wassertiefenanzeigen werden vermieden, indem Wassertiefenanzeigen ausgeschlossen werden, wenn Wasser auf der Oberfläche der Bahn Verunreinigungen enthält; und

- es hat eine hohe Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit, ist billig herstellbar und hat eine kompakte Größe.

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Ein Gerät nach der Erfindung, das bei der Ermittlung der Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche einer Bahn, beispielsweise einer Start- und Landebahn eines Flugplatzes, einer Autobahn oder dgl., benutzbar ist, enthält einen Block aus elektrisch isolierendem Material,der in eine Bahn derart eingebettet ist, daß die Oberseite des Blockes im wesentlichen mit der Bahnoberfläche bündig und atmosphärischem Niederschlag ausgesetzt ist. Ein Fühler, der einen ersten und einen zweiten Kondensator enthält, von denen jeder Abstand voneinander aufweisende erste und zweite koplanare Elektroden hat, ist innerhalb des Blockes angeordnet, wobei die Elektroden des ersten Kondensators neben und geneigt zu der Oberseite des Blockes angeordnet sind, während die Elektroden des zweiten Kondensators^ in einem wesentlich größeren Abstand von der Oberseite des Blockes angeordnet sind, wodurch eine Ansammlung von Wasser auf der Oberfläche des Blockes die Dielektrizität, die Kapazität und den Leitwert (Konduktanz) des ersten Kondensators beeinflußt, ohne die Dielektrizität, die Kapazität und den Leitwert (Konduktanz) des zweiten wesentlich zu beeinflussen.¹" Es sind Schaltungen vorgesehen zum Anlegen von zeitlich veränderlichen, phasenverschobenen elektrischen Signalen an die ersten Elektroden der beiden Kondensatoren als Eingangssignale des Fühlers. Ausgangsschaltungen sind gemeinsam mit den zweiten Elektroden der beiden Kondensatoren verbunden und liefern ein elektrisches Ausgangssignal des Fühlers in bezug auf Erde oder Masse. Wenigstens ein elektrischer Leiter innerhalb des Blockes ist mit Erde verbunden, wobei ein Teil desselben dem atmosphärischen Niederschlag an der Oberseite des Blockes ausgesetzt ist. Eine Ansammlung von Wasser auf der Oberfläche des Blockes beeinflußt die Kapazität und den Leitwert zwischen den Ausgangsschaltungen und Erde, wodurch die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals des Fühlers eine Funktion der Tiefe des sich auf der Oberfläche der Bahn ansammelnden Wassers ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines

Gerätes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Gerätes von Fig.1

auf der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Gerätes von Fig.

auf der Linie 3-3/

Fig. 4 ein Schaltbild eines Systems zur Wasser

tiefenmessung, bei welchem das Gerät nach der Erfindung benutzt wird, und

Fig. 5 ein Diagramm, welches die abgegebene Span

nung eines Gerätes nach der Erfindung in Abhängigkeit von der Wassertiefe zeigt, ^k und zwar sowohl vor als auch nach der Neigung des ersten Fühlers und dem Hinzufügen von Erdungsstiften.

In sämtlichen Figuren tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.

Ein Gerät, welches bei der Ermittlung der Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche einer Bahn, beispielsweise der Start- und Landebahn eines Flugplatzes oder dgl., benutzbar ist, ist in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Das Gerät 1 hat einen Block 3 aus elektrisch isolierendem Material, welcher in die Bahn derart eingebettet wird, daß seine Oberseite 5 im wesentlichen mit der Oberfläche der Bahn bündig und atmosphärischem Niederschlag ausgesetzt ist. Das für den Block 3 verwendete Material ist vorzugsweise ein Kunstharz, beispielsweise ein Epoxidharz oder dgl., und

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ist dunkelgefärbt.

Ein Fühler 7, der einen ersten und einen zweiten Kondensator C1 bzw. C2 enthältr ist innerhalb des Blockes 3 angeordnet. Der Kondensator C1 hat koplanare, Abstand voneinander aufweisende, interdigital angeordnete Kupferelektroden C1F und C1S, die auf der oberen Fläche 9 eines elektrisch isolierenden Substrats oder einer Druckschaltungsplatte 11 geätzt sind. Der Kondensator C2 hat ebenfalls koplanare, Abstand voneinander aufweisende, interdigital angeordnete Kupferelektroden C2F und C2S, die auf der entgegengesetzten oder unteren Fläche 13 der Druckschaltungsplatte 11 geätzt sind. Die Elektroden C2F und C2S des Kondensators .C2 sind auf der unteren Fläche 13 der Druckschaltungsplatte 11 parallel zu und durchdeckend mit den Elektroden C1F und C1S des Kondensators C1 angeordnet.

Der Fühler 7 ist in dem Block 3 so angeordnet, daß die Elektroden C1F und C1S des Kondensators C1 in der Nähe der Oberseite 5 des Blockes 3 und geneigt zu derselben sind. Insbesondere ist der Fühler 7 gegen die Oberseite 5 des Blockes 3 so geneigt, daß die Elektrode C1F des Kondensators C1 der Oberseite 5 des Blockes 3 näher ist als die Elektrode C1S. Somit sind die Elektroden C2F und C2S des Kondensators C2 in einem größeren Abstand von der Oberseite 5 des Blockes 3 angeordnet. Gemäß Fig. 2 ist die Druckschaltungsplatte 11 so in den Block 3 eingekapselt, daß ein Ende der oberen Fläche 9 der Druckschaltungsplatte 11 der Oberseite 5 des Blockes 3 näher ist als das andere Ende. Infolgedessen beeinflußt eine Wasseransammlung auf der Oberseite 5 des Blockes 3 die Dielektrizität, die Kapazität und den Leitwert des Kondensators C1, ohne die Dielektrizität, die Kapazität und den Leitwert des Kondensators C2 wesentlich zu beeinflussen.

Das Gerät 1 ist, wenn es in eine Bahnoberfläche eingebettet ist, über ein Kabel 15 mit einer entfernten Uberwachungs-

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station verbunden. Das Kabel 15 enthält mehrere abgeschirmte elektrische Leiter, von welchen in Fig. 2 die drei Leiter 17, 19 und 21 gezeigt sind. Die Abschirmung dieser Leiter ist mit Erde an einer geeigneten Stelle, vorzugsweise in der Überwachungsstation, verbunden. Der Leiter 17 ist mit der Elektrode C1F des Kondensators C1 verbunden, während der Leiter 19 mit der Elektrode C2F des Kondensators C2 verbunden ist. Der Leiter 21 ist zwischen einen Ausgang des Gerätes 1 und einen Verstärker A1 geschaltet, welcher in der entfernten Überwachungsstation angeordnet sein kann.

Gemäß Fig. 4 ist ein Signalgenerator 23, der beispielsweise eine Ausgangsfrequenz von 200 kHz hat, zwischen Erde und einen Verbindungspunkt 25 geschaltet. Der Signalgenerator 23 ist ein herkömmlicher Signalgenerator, der mit der üblichen Verstärkungssteuerung zur Veränderung der Amplitude seines Ausgangssignals versehen ist. Ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal aus dem Generator 23 wird über den Leiter 17 an die Elektrode C1F des Kondensators C1 angelegt. Dieses Signal wird außerdem durch einen Inverter 27 invertiert und über den Leiter 19 an die Elektrode C2F des Kondensators C2 angelegt. Ein Potentiometer P1 ist an dem Eingang des Inverters 27 . vorgesehen und dient zur Einstellung der Amplitude des um 180° phasenverschobenen Signals, das an die Elektrode C2F angelegt wird, wie im folgenden noch näher erläutert. Die phasenverschobenen, zeitlich veränderlichen elektrischen Signale, die so an die Elektroden C1F und C2F angelegt werden, sind die Eingangssignale des Fühlers 7. .

Die Elektrode C1S des Kondensators C1 und die Elektrode C2S des Kondensators C2 sind gemeinsam mit einem Verbindungspunkt 29 verbunden, wie in Fig. 4 gezeigt. Ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal, das an dem Verbindungspunkt-29 gebildet wird, wird über einen Leiter 31 als das elektrische Ausgangssignal des Fühlers 7 abgegeben, wobei die Amplitude dieses Signals auf Erde bezogen ist. Die gemeinsame Verbindung

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zwischen den zweiten Elektroden der Kondensatoren C1 und C2 wird hergestellt, indem ein Loch durch die Druckschaltungsplatte 11 gebohrt und durch dieses Loch ein elektrischer Leiter eingeführt wird, der mit der zweiten Elektrode jedes Kondensators verlötet wird.

Gemäß Fig. 1 ist ein elektrischer Leiter 33A innerhalb des Blockes 3 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet. Der Leiter 33A, bei welchem es sich vorzugsweise um einen Metallstift handelt, ist mit Erde über einen Erdungsleiter verbunden und ein Teil des Leiters 33A ist dem atmosphärischen Niederschlag an der Oberseite 5 des Blockes 3 ausgesetzt. Das Vorhandensein des Leiters 33A erzeugt einen Kapazitätsund einen Leitwert- oder Konduktanzeffekt zwischen dem Ausgang des Fühlers 7 und Erde. Dieser Nebenschluß- oder Shunteffekt ist dem Parallelschalten einer veränderlichen Kapazität und eines veränderlichen Widerstandes zwischen dem Verbindungspunkt 29, dem Ausgang des Fühlers 7, und elektrisch Erde analog.

Weitere elektrische Leiter 33B bis 33H sind innerhalb des Blockes 3 angeordnet, um die Kopplungs- und Konduktanzeffekte zwischen dem Verbindungspunkt 29 und Erde zu steigern. Diese Leiter sind jeweils über den Erdungsdraht 35 mit Erde verbunden. Außerdem ist ein Teil jedes dieser Leiter an der Oberseite 5 des Blockes 3 der Atmosphäre ausgesetzt. Gemäß den Fig. 1 und 3 sind die freiliegenden Teile der elektrischen Leiter 33B bis 33H seitlich versetzt von dem Fühler 7 und um diesen herum angeordnet. Vorzugsweise ist ein Teil der elektrischen Leiter 33E bis 33H jeweils zwischen den ersten und zweiten Interdigitalelektroden des Kondensators C1 angeordnet und von den Elektroden durch das Isoliermaterial der Druckschaltungsplatte 11 isoliert. Da sämtliche elektrischen Leiter durch die Druckschaltungsplatte 11 hindurchgeführt sind, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die Leiter 33E bis 33H

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außerdem zwischen den ersten und zweiten Interdigitalelektroden des Kondensators C2 angeordnet und in gleicher Weise isoliert. Der Einschluß von elektrischen Leitern 33A bis 33H in den Block 3 zusammen mit der Neigung des Fühlers 7 gegen die Oberseite 5 des Blockes 3 bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Fühlers 7 in monotoner Beziehung zu der Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche der Bahn in einem vorgewählten Wassertiefenbereich steht.

In Fig. 5 gibt die Kurve A die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Fühlers 7 und der Tiefe einer Wasseransammlung auf der Oberfläche der Bahn an. Für einen Wassertiefenbereich von 0 bis etwa 2,5 mm ist die Kurve A eindeutig bestimmt oder monoton, d.h. ein einzelner Wert der Ausgangsspannung, die der Fühler 7 abgibt, stellt nur eine Wassertiefe dar. Die Kurve B zeigt die Beziehung zwischen der Wassertiefe und der Ausgangsspannung eines Fühlers gemäß den US-PS'en 3 873 und 3 882 381, der weder elektrische Leiter 33A bis 33H noch die Neigung gegen die Oberseite des Blockes aufweist. Für den in Fig. 5 aufgetragenen Wassertiefenbereich ist die Kurve B zweideutig und deshalb nicht monoton, d.h. für einen Teil des gezeigten Wassertiefenbereiches kann ein von diesem Fühler gelieferter Ausgangsspannungswert mehr als eine Wassertiefe darstellen.

Das Gerät 1 ist bei einem System von Nutzen, das warnt, wenn Aquaplaningzustände auf der Oberfläche einer Start- und Landebahn, einer Autobahn oder dgl. vorhanden sind. Zur Erzeugung entsprechender Warnsignale wird das elektrische Ausgangssignal des Fühlers 7 in eine Gleichspannung umgewandelt. Wenn die Gleichspannungsamplitude einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Signal geliefert, das zum Aufleuchten einer Warnlampe führt, welche das Vorhandensein von Gefahrenzuständen signalisiert.

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Das elektrische Eingangssignal, das der Elektrode C1F des Kondensators C1 in der oben erläuterten Weise zugeführt wird, ist mit der Elektrode C1S gekoppelt. Ebenso ist das um 180° phasenverschobene elektrische Eingangssignal, das der Elektrode C2F des Kondensators C2 zugeführt wird, mit der Elektrode C2S gekoppelt. Da die Elektroden C1S und C2S miteinander verbunden sind, wird ein Signal an dem Ausgang des Fühlers 7, dem Verbindungspunkt 29, gebildet, welches ein Gemisch der elektrischen Signale darstellt, die mit den ersten und zweiten Elektroden des einen bzw. des anderen Kondensators verkoppelt sind. Bei NichtVorhandensein von Niederschlag ist die Amplitude des an dem Verbindungspunkt 29 gebildeten Signals Null. Wegen der unterschiedlichen Dicken des elektrisch isolierenden Materials, das die Elektroden der Kondensatoren C1 und C2 bedeckt, wie in Fig. 2 gezeigt, unterscheidet sich die Kapazität des Kondensators C1 nur geringfügig von der des Kondensators C2 und das beeinflußt den Kopplungsgrad zwischen den Elektroden des einen bzw. des anderen Kondensators. Um eine Nullamplitude des Ausgangssignals an dem Verbindungspunkt 29 bei freier Oberfläche zu erzielen, wird deshalb das Potentiometer P1-so eingestellt, daß die Auswirkung dieser geringfügigen Kapazitätsdifferenz kompensiert wird, indem die Amplitude des an die Elektrode C2F angelegten Signals eingestellt wird.

Wenn Regenwasser auf der Oberseite 5 des Blockes 3 vorhanden ist, nehmen die Dielektrizität, die Kapazität und die Konduktanz des Kondensators C1 zu, während diese bei dem Kondensator C2 unbeeinflußt bleiben. Das resultierende elektrische Signal, das an dem Verbindungspunkt 29 gebildet wird, hat nicht länger eine Nullamplitude, sondern statt dessen eine Amplitude, die eine Funktion der Tiefe der Wasseransammlung auf der Bahnoberfläche ist. Das elektrische Ausgangssignal des Fühlers 7 wird über die Leitung 31 an den Eingang eines Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlers 37 abgegeben, der vorzugsweise auf der unteren Fläche 13 der Druckschaltungsplatte 11 aufgebaut ist.

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Das Ausgangssignal des Wandlers 37 ist eine Gleichspannung, deren Amplitude die Tiefe der Wasseransammlung auf der Oberfläche der Bahn angibt. Die von dem Wandler 37 abgegebene Gleichspannung wird über den abgeschirmten elektrischen Leiter 21 einem Eingang des Verstärkers A1 zugeführt. Die Verstärkung des Verstärkers A1 wird durch Verstellen eines Potentiometers P2 eingestellt, das in den Rückkopplungsweg des Verstärkers geschaltet ist.

Die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers A1 wird an einen Spannungsteiler angelegt, der Widerstände R1 und R2 sowie ein Potentiometer P3 enthält. Das Potentiometer P3 wird so eingestellt, daß die Eingangsspannung eines Vergleichers 39 erst einen Vorbestimmten Wert überschreitet, wenn eine vorbestimmte Wassertiefe, beispielsweise etwa 1,3 mm, auf der Oberfläche der Bahn vorhanden ist. Wenn sich Wasser bis zu der vorbestimmten Tiefe auf der Bahnoberfläche angesammelt hat, überschreitet die Eingangsspannung des Vergleichers 39 den vorbestimmten Wert und der Vergleicher 39 gibt am Ausgang eine Spannung ab, die über einen Widerstand R3 an die Basis eines NPN-Transistors T1 angelegt wird. Der Transistor T1 wird leitend und es wird ein Erd- oder Masseweg über eine Signallampe L1 und den Transistor T1 für eine Versorgungsspannung +V geschaffen. Die Signallampe L1 leuchtet auf und liefert eine sichtbare Anzeige oder Warnung. Das Leitendwerden des Transistors T1 bewirkt außerdem, daß ein PNP-Transistor T2 leitend wird. Wenn ein Schalter S1 geschlossen ist, führt das Leiten des Transistors T2 dazu, daß die Versorgungsspannung +V einer Summer- oder Höralarmschaltung 41 zugeführt wird und zusammen mit der sichtbaren Warnung ein hörbarer Alarm gegeben wird.

Die Ausgangsglexchspannung des Verstärkers A1 wird außerdem einem zweiten Spannungsteiler zugeführt, der Widerstände R4 und R5 sowie ein Potentiometer P4 enthält. Das Potentiometer P4 wird so eingestellt, daß die Eingangsspannung eines Vergleichers 43 erst einen vorbestimmten Wert überschreitet, wenn eine

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zweite vorbestimmte Wassertiefe, beispielsweise etwa 2,5 mm, -auf der Oberfläche der Bahn vorhanden ist. Wenn sich Wasser bis zu der zweiten vorbestimmten Tiefe auf der Bahnoberfläche angesammelt hat, überschreitet die Eingangsspannung des Vergleichers 43 den vorbestimmten Wert und der Vergleicher gibt am Ausgang eine Spannung ab, die an die Basis eines NPN-Transistors T3 angelegt wird. Das Leiten des Transistors T3 schafft einen Erd- oder Masseweg für eine Versorgungsspannung +V über eine Signallampe L2, eine Lampenblinkschaltung 45 und den Transistor. Die Signallampe L2 blinkt nun ständig und liefert eine zweite sichtbare Anzeige oder Warnung. Es ist klar, daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen sein kann, welche bewirkt, daß das Aufleuchten der Signallampe L2 das Abschalten der Signallampe L1 verursacht.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist ein Leitfähigkeitsfühler 47 an dem Block 3 angebracht und in diesen eingebettet. Der Fühler hat eine erste und eine zweite Elektrode 49 bzw. 51, die mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die Elektrode 51 ist auf der Seite der Druckschaltungsplatte 11 angebracht und die Elektrode 49 ist' parallel zu der Elektrode 51 angeordnet. Der Spalt zwischen den Elektroden 49 und 51 ist mit einem Isoliermaterial ausgefüllt. Gemäß Fig. 3 sind beide Elektroden, bei welchen es sich beispielsweise um Bänder aus rostfreiem Stahl handelt, atmosphärischem Niederschlag an der Oberseite 5 des Blockes 3 ausgesetzt. Weiter ist die Elektrode 51 über einen Erdungsdraht 53 mit Erde verbunden.

Das Vorhandensein von Verunreinigungen, beispielsweise von Salz, in dem sich auf der Oberseite 5 des Blockes 3 ansammelnden Wasser wird durch den Leitfähigkeitsfühler 47 abgefühlt. Da das Vorhandensein von Verunreinigungen die Genauigkeit nachteilig beeinflußt, mit welcher die Wassertiefe bei Verwendung des Gerätes 1 abgefühlt wird, wird das Ansprechen des Leitfähigkeitsfühlers 47 benutzt, um Wasser-

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tiefenanzeigen und somit fehlerhafte Anzeigen auszuschließen. Dieser Ausschluß wird erreicht, indem eine Spannung erzeugt wird, deren Amplitude von dem Leitwert (Konduktanz) des Fühlers 47 abhängig ist, wobei die Amplitude dieser Spannung mit der Amplitude einer Bezugsspannung verglichen wird, die den Leitwert des Fühlers 47 darstellt, wenn Verunreinigungen enthaltendes Wasser auf der Oberseite 5 des Blockes 3 vorhanden ist, und indem Sichtanzeigen blockiert werden, wenn das Wasser Verunreinigungen enthält.

Gemäß Fig. 4 gibt ein Signalgenerator 55 eine Wechselspannung über einen abgeschirmten elektrischen Leiter 57 an die ungeerdete Elektrode 49 des Leitfähigkeitsfühlers 47 ab. Der Fühler 47 bildet zusammen mit einem Widerstand R6 einen Spannungsteiler. Die resultierende Wechselspannung, die an dem Leitfähigkeitsfühler 47 gebildet wird, wird an den Eingang eines Verstärkers A2 angelegt. Die Ausgangswechselspannung des Verstärkers A2 wird an den Eingang eines weiteren Verstärkers A3 angelegt, dessen Ausgangsspannung durch eine Einweggleichrichterschaltung gleichgerichtet wird, die Dioden D1 und D2~, Widerstände R7 und R8 und einen Kondensator C3 enthält. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Verstärkers A3 ist eine Gleichspannung/ deren Amplitude eine Funktion des Leitwertes des Fühlers 47 ist» Diese Spannung wird an einen Eingang eines Vergleichers 59 angelegt. Die andere Eingangsspannung des Vergleichers 59 ist eine Bezugsspannung, deren Wert durch Einstellen eines Potentiometers P5 festgelegt wird. Dieser Bezugsspannungswert stellt, wie erwähnt, den Leitwert des Fühlers 47 dar, wenn Verunreinigungen enthaltendes Wasser auf der Oberfläche des Fühlers vorhanden ist.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 59 ist eine Spannung, die an die Basis eines NPN-Transistors T4 angelegt wird.

Die Ausgangsspannung des Vergleichers 59 ist, beispielsweise,

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größer als 0,75 V, wenn nichtverunreinigtes Wasser auf dem Leitfähigkeitsfühler 47 vorhanden ist. Unter dieser Bedingung ist der Transistor T4 gesperrt und die Ausgangsspannung des Verstärkers A1 , d.h. die Spannung, deren Amplitude die Wassertiefe darstellt, wird an die Wassertiefenanzeigeschaltung angelegt. Wenn jedoch das Wasser auf der Oberfläche verunreinigt ist, hat der Fühler 47 einen derartigen Leitwert, daß die Ausgangsspannung des Vergleichers 59 abnimmt und beispielsweise auf 0,25 V abfällt. Unter dieser Bedingung wird der Transistor T4 leitend und der Ausgang des Verstärkers A1 wird über den Transistor T4 geerdet, wodurch ausgeschlossen wird, daß irgendeine Spannung an die Wassertiefenanzeigeschaltung angelegt wird. Dieser Zustand hält so lange an, wie Verunreinigungen enthaltendes Wasser auf dem Fühler 47 vorhanden ist.

Das vorstehend beschriebene Wassertiefenmeßgerät und die zugeordnete Schaltung können in die Eis- und Wasserdetektorsysteme eingebaut werden, die in den oben mehrfach erwähnten US-Patentschriften angegeben sind, und somit zusätzliche Informationen liefern, d.h. Informationen über die Tiefe von in irgendeinem Zeitpunkt auf der Bahn vorhandenem Wasser.

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Claims

Patentansprüche :

1.) Gerät zum Ermitteln der Tiefe einer Wasseransammlung auf einer Bahn, beispielsweise auf einer Start- und Landebahn eines Flugplatzes oder auf einer Autobahn, gekennzeichnet durch:

einen Block aus elektrisch isolierendem Material, der in die Bahn eingebettet wird, wobei die Oberseite des Blockes mit der Bahnoberfläche im wesentlichen bündig und atmosphärischem Niederschlag ausgesetzt ist;

einen Fühler, der einen ersten und einen zweiten Kondensator enthält, die jeweils eine erste und eine zweite, zu einander koplanare und im Abstand voneinander angeordnete Elektrode haben, wobei der Fühler innerhalb des Blockes so angeordnet ist, daß die Elektroden des ersten Kondensators neben der Oberseite des Blockes angeordnet und zu derselben geneigt sind und daß die Elektroden des zweiten Kondensators in einem wesentlich größeren Abstand von der Oberseite des Blockes angeordnet sind/ wodurch eine Wasseransammlung auf der Oberfläche des Blockes die Dielektrizität, die Kapazität und die Konduktanz des ersten Kondensators beeinflußt, ohne die Dielektrizität, die Kapazität und die Konduktanz des zweiten Kondensators wesentlich zu beeinflussen;

eine Schaltung zum Anlegen von phasenverschobenen, zeitlich veränderlichen elektrischen Signalen an die ersten Elektroden der Kondensatoren als Eingangssignale des Fühlers;

eine Ausgangseinrichtung/ die mit den zweiten Elektroden der Kondensatoren gemeinsam verbunden ist und ein elektrisches Fühlerausgangssignal in bezug auf Erde liefert; und

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wenigstens einen elektrischen Leiter innerhalb des Blockes, der zur Verbindung mit Erde vorgesehen ist und von dem ein Teil atmosphärischem Niederschlag an der Oberseite des Blockes ausgesetzt ist, wodurch eine Wasseransammlung auf dessen Oberseite die Kapazität und die Konduktanz zwischen der Ausgangseinrichtung und Erde beeinflußt, so daß die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals des Fühlers eine Funktion der Tiefe der Wasseransammlung auf der Oberfläche der Bahn ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler gegen die Oberseite des Blockes so geneigt ist, daß die erste Elektrode des ersten Kondensators der Oberseite des Blockes-näher liegt als die zweite Elektrode desselben, und daß die Elektroden des zweiten Kondensators parallel zu und im wesentlichen durchdeckend mit den Elektroden des ersten Kondensators angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des ersten bzw. des zweiten Kondensators interdigital angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des ersten Kondensators auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats angeordnet sind und daß die Elektroden des zweiten Kondensators auf der entgegengesetzten Oberfläche desselben angeordnet sind.

5. Gerät nach· einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalabgabeeinrichtung und die Ausgangseinrichtung mehrere abgeschirmte elektrische Leiter enthalten, deren Abschirmung mit Erde verbunden ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet

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durch mehrere elektrische Leiter innerhalb des Blockes, die jeweils mit Erde verbunden werden und von denen ein Teil der Atmosphäre an der Oberseite des Blockes ausgesetzt ist, wobei die ausgesetzten Teile mit seitlichem Abstand von dem Fühler und um diesen herum angeordnet sind, wodurch die Kapazität und die Konduktanz zwischen der Ausgangseinrichtung und Erde, wenn sich Wasser auf der Oberseite des Blockes ansammelt, so beeinflußt werden, daß die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals sich monoton mit der Wassertiefe in einem vorgewählten Bereich derselben ändert.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der elektrischen Leiter zwischen den ersten und zweiten Elektroden des ersten und des zweiten Kondensators angeordnet und davon isoliert ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umwandeln des elektrischen Ausgangssignals des Fühlers in eine Gleichspannung, deren Amplitude die Tiefe von sich an der Oberfläche der Bahn ansammelndem Wasser darstellt.

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung, die auf die Gleichspannung anspricht und eine Sichtanzeige der Tiefe von sich auf der Oberfläche der Bahn ansammelndem Wasser liefert, wobei die angezeigte Wassertiefe eine Funktion der Amplitude der Spannung ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassertiefenanzeiger wenigstens eine Signallampe enthält, die zum Aufleuchten gebracht wird, wenn die Amplitude der Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, um dadurch eine vorbestimmte Wassertiefe anzugeben.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen

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Leitfähigkeitsfühler, der an dem Block befestigt ist und eine erste und eine zweite Elektrode enthält/ die im Abstand voneinander angeordnet und atmosphärischem Niederschlag ausgesetzt sind und von denen eine mit Erde verbunden wird.

12. Gerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die auf den Leitwert des Leitfähigkeitsfühlers anspricht, wenn das sich auf der Oberfläche der Bahn ansammelnde Wasser Verunreinigungen enthält, deren Vorhandensein die Genauigkeit nachteilig beeinflußt, mit der die Wassertiefe abgefühlt werden kann, um auszuschließen, daß der Wassertiefenanzeiger auf die Gleichspannung anspricht und um dadurch fehlerhafte Wassertiefenanzeigen zu verhindern.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Ausschließen von fehlerhaften Wassertiefenanzeigen eine Einrichtung zum Erzeugen einer Spannung enthält, deren Amplitude eine Funktion des Leitwertes des Leitfähigkeitsfühlers ist, einen Vergleicher zum Vergleichen der Amplitude dieser Spannung mit der einer Bezugsspannung, die den Leitwert des Leitfähigkeitsfühlers darstellt, wenn Verunreinigungen enthaltendes Wasser auf dem Leitfähigkeitsfühler vorhanden ist, und eine auf den Vergleicher ansprechende Einrichtung zum Sperren der Sichtanzeigeeinrichtung, wenn das Wasser auf der Oberfläche der Bahn Verunreinigungen enthält.

14. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Anlegen einer Wechselspannung an die ungeerdete Elektrode des Leitfähigkeitsfühlers und durch eine Schaltung zum Gleichrichten der sich an dem Leitfähigkeitsfühler ergebenden Wechselspannung, um eine Gleichspannung zu erzeugen, deren Amplitude eine Funktion des Leitwertes des Leitfähigkeitsfühlers ist.

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15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Sperren der Sichtanzeigeeinrichtung eine Halbleitereinrichtung enthält.

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