DE361333C - Verfahren und Mittel zum Messen der Geschwindigkeit, mit der ein Medium stroemt oder ein Koerper sich in einem Medium bewegt - Google Patents

Description

• Verfahren und Mittel zum Nessen der Geschwindigkeit, mit der ein lwedium strömt oder ein Körper sich in einem Medium bewegt. Es ist bekannt, daß Schall-wellen, die gleichzeitig an beiden Ohren'ankommen, die Empfindung hervorrufen, -daß die Schallquelle- in der Medianebene liegt. Kommen die Schallwellen an dem einen Ohre früher an als am anderen, so wird die Schallquelle je nach der Größe des Zeitunterschiedes, mit dem die Schallwellen an beiden Ohren ankommen, mehr oder weniger seitwärts vermutet, und zwar auf der Seite desjenigen Ohres, das zuerst erreicht wird.
• Umgekehrt kann man, wenn Schallw ellen einen seitlichen Richtungseindruck hervorrufen, darauf schliessen, daß ein gewisser Zeitunterschied zwischen dein Eintreffen der Schallwellen an beiden Ohren besteht. Man kann die Größe des Zeitunterschiedes aus der Größe der Seitlichkeit des Richtungseindruckes unmittelbar berechnen. Die in Frage kommenden Zeiten bewegen sich etwa zwischen o,ooooi und o,ooo6 Sekunden. Der Mensch hat also in seinem Gehörorgan einen Sinn zur Bestimmung äußerst kleiner Zeiten. N'on,dieser Erkenntnis macht vorliegende Erfindung Gebrauch.
• Nach der Erfindung werden zwei Schallempfänger (z. B. Trichter, die durch gleich lange Rohrleitungen mit den Ohren verbunden sind, Mikrophone u. a.) in einem bestimmten unveränderlichen Abstand voneinander angeordnet. Erzeugt man in der Mitte zwischen beiden Schallempfängern oder überhaupt in aer Normalebene, die in der Mitte auf der Veribindungslinie beidem Empfänger errichtet ist, Schallwellen, so werden diese gleichzeitig an den Schallempfängern und infolgedessen auch gleichzeitig an den Ohr-en ankommen und infolgedessen den Eindruck hervorrufen, daß die Schallquelle in der Medianebene liegt, und zwar entweder nach vorn oder nach rückwärts. Voraussetzung ist hierbei, daß sich das schallführende Medium relativ zu dem Empfangssystem in Ruhe befindet. Hat es dagegen etwa in der Richtung der Verbinflungslinie beider Empfänger eine gewisse Geschwindigkeit, so kommt zu Äer Schallgeschwindigkeit in Richtung auf deri einen Empfänger diese Strömungsgeschwindigkeit des Mediums hinzu, während sie in Richtung auf den anderen Empfänger abzuziehen ist. Der in der Mitte der Verbindungslinie beider Empfänger erzeugte Schall wird also bei dem einen Ohr früher ankommen als beim anderen und den Eindruck erwecken, als liege die Schallquelle seitlich. Indern man in an sich bekannter Weise die Rohrleitung von dem einen Empfänger zum Ohre verlängert oder verkürzt oder den einen Empfänger nach der Schallquelle zu verschiebt, kann man den seitlichen Eindruck auf den Mitteneindruck zurückführen und aus der Größe der Verlängerung oder Verkürzung die Zeitdifferenz, mit welcher der Schall an beiden Ohren ankam, berechnen. Diese Rückführung des seitlichen Richtungseindruckes auf den Mitteneindruck kann auch dadurch erreicht werden, daß man die Schallquelle selbst dem Empfänger nähert, an dem der Schall später ankam. Aus der Verschiebung läßt sich wieder die ursprüngliche Zeitdifferenz feststellen. Aus dieser auf solche Weise gefundene Zeit ist nun die Geschwindigkeit des schalleitenden Mediums zu berechnen, was an Hand der auf der Zeichnung dargestellten Einrichtung kurz wie folgt erläutert werden möge: In der Zeichnung sind A und B zwei Schallempfänger, z. B. zwei Trichter, die durch die gleich langen Rohrleitungen R' und l#I mit Schlauchansätzen #u den Ohren 01 und 02 des Beobachters führen. Der Abstand von A nach B sei 211-. In der .#Jitte befindet sich die Schallquelle C. Das Nledium (Luft) möge in der Richtung von B naoh A (Pfeilrichtung) die Geschwindigkeit -v besitzen. Die Schallgeschwindigikeit in dein bestimmten Medium sei c. Dann braucht der Schall, um von C nach A 'zu gelangen die Zeit und um nach B zu gelangen die Zeit Die Zeitdifferenz ist demnach Um diese Zeitdifferenz kommt der Schall in A früher als in B all und daher auch in 0' früher als in 0'. Infolgedessen wird der Eindruck erweckt, als liege die Schallquelle nach A hin seitlich verschoben. Um die Zeitdifferenz auszugleichen und den Seiteneindruck in den Mitteneindruck zurücl,#-zuführen, ist es notwendig, entweder das Rohr Rl, um eine gewisse Strecke d-r etwa tubusartig zu verlängern, oder RI zu verkürzen oder die Schallquelle C selbst um die Strecke d-s nach B hin zu verschieben. Die Strecke d-r bzw. d-s kann man ausmessen und die Strörnungsgesch-,vindigkeit des Mediums berechnen. Ist nämlich etwa durch Verschieben der Schallquelle Mitteneindruck. hergestellt, so heißt das, die Zeiten nach beiden Richtungen von der Schallquelle zu den Ohren sind gleich, #d. b. Daraus folgt,die Geschwindigli-eit Fällt die Basis A, B nicht mit der Bewegungsrichtung des Mediums zusammen, sondern bildet sie den Winkel a mit dieser, so wirkt auf die Schallwellen in Richtung auf die Empfänger nur eine Komponente dieser Geschwindigkeit und in obiger Gleichung ist an Stelle von v zu setzen: v cos. a.
• # Offenbar muß es für den benutzten Richtungseffekt gleich sein, ob das #System von Schallquelle und Empfängern sich in einem bewegten Medium relativ zur Erde in Ruhe befindet, oder ob sich das Medium in Ruhe befindet und das System bewegt wird. Die beiden E, mpfängertrichter A, B seien heispielsweise nebst der Schallquelle C auf einem Schiff, das sich mit der Geschwindigkeit z, relativ zur Erde bewegt, in der Längsrichtung montiert. Das schallübertragende Medium (die Luft oder das Wasser) befindet sich relativ zur Erde in Ruhe. Dann wird der in ,der Mitte C der Basis A, B erzeugte Schall zu verschiedenen Zeiten in A und B ankommen, da sich ja der Empfänger mit dem Schiff dem Schall entgegenbewegt, der andere sich von ihm fort bewegt. Die entstehende Zeitdifferenz kann wieder als Richtungseindruck wahrgenommen, sodann auf die oben beschriebene Weise auf den Mitteneindruck zurückgeführt und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges relativ zür Erde bestimmt werden.
• Bei der Anordnung von zwei Empfängerbasen senkrecht zueinander kann man bei einem Fahrzeug die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit des Mediums in bezug auf die Lage des Fahrzeuges feststellen. Dies kann z. B. von Wert sein für den Fall, daß man bei einem auf Reede ankernden Schiff, weldhes auf Wind liegt, die Rlichtung des ,Stromes ermitteln will, um festzustellen, an welcher Seite am besten Leichter an das Schiff anlegen können.
• Für die praktische Ausführung des Verfahrens können die verschiedenartigsten Anordnungen gewählt werden. Die Empfänger können auf einem gemeinsamen horizontalen Träger fest montiert sein, auf dem die Schallquelle, etwa eine Klopfvorridhtung, von der Mitte aus an einem für den Sonderzweck z. B. in GeschwindiLykeitseinheiten geeichten Maßstabe entlafig verschiebbar ist, oder die Schallquelle kann fest angeordnet und die Empfänger an den Enden dies Trägers längsverstellbar seiin. Um die für die j eweilig zu niessende Geschwindigkeit günstigsten Zeitdifferenzen zu erhalten, kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Basis 2,11 vergrößert oder verkleinert werden kann, und zwar vergrößert, wenn kleine Geschwindigkeiten zu messen sind, dagegen verkleinert, wenn große Geschwindigkeiten in Frage kommen. Werden Schalltrichter in Luft verwendet, so sind sie so zu stellen, daß das Medium nicht hineinströmt. Bei Messungen mit Wasser als Medium. sind Unterwasserschallempfänger zu benutzen. Werden Mikrophone als Empfänger benutzt, so kann der Beobachter die Rückführung des Seiteneindruckes auf den Mitteneindruck durch Nähern oder Entfernen der etwa inRohren gleitendenTelephonehewirken. Dle Empfänger können auch ohne besondere Träger fest auf dem Fahrzeug eingebaut sein. In diesem Falle sind vier Empfänger, nämlich je zwei für eine Längs- und eine Querbasis, erforderlich.
• Zur Ausübung des neuen Meßverfaihrens kann endlich auf den Fahrzeugen irgendeine vorhandene, markante Schallquelle Verwendung finden, z. B. bei Flugzeugen der Auspuff des Motors.
• Das Anwendungsgebiet des Verfahrens ist äußerst vielseitig. Es kann z. B. dazu dienen, dieGeschwindigkeit strömender Medien, insbesondere Windgechwindigkeiten, zu messen.

Claims (2)

1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Messung der Geschwindigkeit, mit der ein Medium strömt oder ein Körper sich in'einern Medium bewegt, gekennzeichnet durch die Anordnung zweier mit Hörern (01 und 02) versehenen und zu einer Schallempfangseinrichtung vereinigten Empfänger (A und B), und einer Schallquelle (C).
2. 2. Vorrichtung zur Messung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Weglängen des Schalles von der Schallquelle (C) bis zu den Hörern (0", 02) derart veränderbar sind, daß der Richtungseindruck auf den Mitteneindruck zurüokgeführt und ausder Größe der Ab- standsänderung die Geschwindigkeit des Mediums oder des Einpfangssystems ermittelt werden kann. 3. Vorrichtung nach Anspruch :2, dadurch gekennzeichnet, daß dtie Ernpfänger (A, B) auf einem gemeinschaftlichen Träger befestigt sind, auf dem die Schallquelle (C) von der Mitte aus verschiebbar ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, da-.durch gekennzeichnet, daß die Schallquelle (C) fest angeordnet ist und die Empfänger (A, B) an._den Enden des Trägers längsverschiebbar sind. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, -daß der die Empfänger (A, B) aufnehmende Träger horizontal drehbar ist. 6. Vorrichtung zur Messung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Fahrzeug eine Empfängerhaslis in der Fahrtrichtung und eine senkrecht ,dazu angeordnet ist, um die Geschwindigkeit des Mediums relativ zum Fahrzeug als Resulante aus den beiden beobachteten Komponenten festzustellen.