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Einrichtung zur Entfernungsbestimmung mittels reflektierter Impulse.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Messung
der Wegstrecke eines Schalles, der zu einem bestimmten Zeitpunkt abgegeben bzw.
ausgesandt und nach Verlauf einer gewissen Zeitdauer als reflektierter Schallimpuls
wieder aufgenommen wird, so daß aus dem zwischen Abgabe und Aufnahme des Schalles
liegenden Zeitzwischenraum die Entfernung des Reflexionspunktes in bekannter Weise
gefunden werden kann.
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Die hierfür verwendete Vorrichtung ist im Grundgedanken an sich bekannt
und so ausgebildet, daß die Anzeigevorrichtung der Empfangseinrichtung für die Aufnahme
der reflektierten Impulse während der Aussendung der primären Sendeimpulse unwirksam
gemacht ist, während umgekehrt die Sendeeinrichtung in Ruhe ist, solange der reflektierte
Impuls beobachtet wird. Die bekannten Vorrichtungen dieser Art genügen den gestellten
Anforderungen nicht restlos, da die zu messenden Strecken ein bestimmtes Höchstmaß
nicht überschreiten dürfen, weil sonst die Ablesung der Zahlenwerte auf (ler -\Ießskala
der Anzeigevorrichtung erschwert und demzufolge die Messung ung;@:au wird.
Die
Erfindung beseitigt diesen Mangel, lui-1 sie besteht in einer derartigen Ausbildung
der Vorrichtung zur Allgabe und Aufnahme des Schalles, daß beliebig große Wegstrecken
bei etwa gleicher prozentischer Genauigkeit der Ablesung der lleßwerte gemessen
werden können, indem die Vorrichtung stufenweise auf verschiedene bestimmte Meßbereiche
eingestellt «-erden kann, z. B. auf o bis iooo in, 100o bis 200o in, 200o bis 300o
111 tisw. oder umgekehrt. Die Erfindung erinf-glicht somit eine getrennte Einstellung
auf große und kleine Meßeinheiten und eine entsprechende Aussendung der primären
Schallimpulse, indem sie eine Einstellung des Apparates auf einen bestimmten Xleßbereich
von z. B. 1o00 111, 2000 111, 3000 111 usw. oder umgekehrt, und innerhalb eines
solchen Bereiches das Suchen nach dem endgültigen Ergebnis gestattet. Liegt die
gesuchte Entfernung nicht in dein zuerst eingesteaten Tausenderbereich, so muuß
der Apparat auf andere Tausenderbereiche eingestellt «-erden, bis schließlich in
einer bestimmten Stellung der Anzeigevorrichtung, z. B. bei 3125 in, der reflektierte
Impuls angezeigt wird. Für die Ablesung der Meßwerte sind nach der Erfindung -zwei
Meßskalen vorgesehen, eine für die Tausenderbereiche und eine für den Bereich der
Hunderter, Zehner und Einer gemeinsam.
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Auf der Zeichnung ist ini Schema die Anlage nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar ist hier die Erfindung beispielsweise
verwirklicht an einem Apparat zur Messung der Meerestiefe.
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Es bedeuten i einen L'nterwasserschallsender, 2 einen U nterwasserschallenipfänger,
3, und 5 rotierende Scheiben, die durch einen Motor 0 dauernd in Bewegur gesetzt
werden in der mit Pfeilen angedeuteten Drehrichtung. 7 und ` sind von Hand einstellbare
Tragscheiben für drehbar gelagerte Kontakthebel 9 bzw. 1o, die zur Umschaltung von
elektrischen Stromkreisen dienen und finit den Tragscheiben bewegt werden können.
Die Scheiben 7 und 8 wirken zusammen mit je einer Meßskala i i bzw. 12 und sind
zu diesem Zwecke mit einem Zeiger 13 bzw. 14. versehen. Die gezeichnete Anlage befindet
sich in Nullstellung und Ruhelage.
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Der Sender i üblicher Art wird durch eine Wechselstrommaschine 15
von der Frequenz des gewünschten Signaltones betrieben, deren Stromkreis an einem
Kontaktrelais 16 über die Kontakte 17, 18 gesteuert wird, so daß entsprechend der
Schließung dieser Kontakte die Erregung des Senders 1 und Aussendung der Schallimpulse
erfolgt. Das Relais 16 liegt an einer Gleichstrombatterie 1c) und seine Leitungsverbindungen
verlaufen über einen von Jcr Scheibe 8 steuerbaren Kontakthebel 20 und einen von
der Scheibe .4. steuerbaren K-ontaktliebel 21. Parallel zum Stromweg über die Kontakthebel
2o und 21 besteht eine weitere Verbindungsmöglichkeit für die Scliließung des Stromkreises
des Relais 16, und zwar über einen Kontakthebel 22 und über einen zweiten Kontakt
am Hebel 2a derart, claß firn Falle der Schließung der einen Leitungsverbindung
die andere unterbrochen ist.
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Die Empfangsvorrichtung besteht aus dem Empfänger 2 und einem Anzeigeapparat
23, z. B. einem Fernhörer, der mittels eines Transformators 24 mit dem Empfänger
2 induktiv gekoppelt ist. Die primäre Wicklung 25 des Transformators ist in Reihe
geschaltet finit clerri Empfänger 2 und die sekundäre Wicklung 26 in Reihe mit dem
Hörer 23. Der Sekundärkreis des Transformators 24 besitzt zwei von dem Hebel 9 der
Scheibe 7 und (lern Hebel i o der Scheibe 8 und einem weiteren Hebe127 gesteuerte
Kurzschlußverbindungen, die in bestimmten Stellungen der Scheiben 3 und 5 aufgehoben
werden, in der übrigen Zeit ater den Hörer 23 kurzschließen, so daß dieser während
der Aussendung des Schalles mittels des Senders i unwirksam ist.
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Die rotierenden Scheiben 3, q. und 5 sind so mit dem Motor 6 verbunden,
daß die Scheibe 3 mittels eines LTbersetzungsgetriebes 28, 29 schneller umläuft
als die Scheiben und 5. Die letzteren haben gleiche Umdrehungszahl.
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Wie ersichtlich, besitzt die Scheibe 3 an ihrem Umfange eine mit dem
Hebel 9 zusaminenwirkende Nase 3o, die Scheibe .I mehrere in gleichem Abstand voneinander
angeordnete, auf den Hebel 21 einwirkende lasen 31, von denen eine (31') größer
ist als die anderen und allein auf den Hebel 22 einwirkt, der von der Scheibe .I
etwas größeren Abstand hat als der Hebel 21. Die Scheibe 5 besitzt eine einzige
Nase 32 für den Hebel 1o. Die Umlaufgeschwindigkeit der Scheibe 3 gegen die der
Scheiben 4. und 5 ist so bemessen, daß sie bei einer Drehung der Scheibe @. von
einer Nase 31 zur andern eine volle Umdrehung ausführt, während die Nase 32 der
Scheibe 5, cla diese gleiche Geschwindigkeit hat wie 4., sich in- der gleicheii-
'Zeit um den gegenseitigen Abstand zweier -Nasen 31 der Scheibe 4 bewegt. Die Nase
32 der .Scheibe ist im übrigen so breit ausgeführt, daß sie einen Winkel überdeckt,
der dein zwischen zwei Vasen 31 der Scheibe .4 gleich ist.
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Die von Hand einstellbaren Scheiben ; und 8 sitzen lose auf ihren
Achsen und können mit Hilfe der Zeiger 13 und 14 und der zugehörigen Kreisskalen
i i und 12 in bestimmten Lagen eingestellt werden, denen die
@c«-cilige
Lage der Hebel 9 und ro zu den Scheiben 3 und 5 entspricht. Die Skala 1i ist in
Tiefenmeter von i bis rooo unterteilt und die t mdreliungsgeschwindigkeit der Scheibe
3 unter Berücksichtigung der Laufzeit des Schalles so bemessen, daß der Zeiger 13
bei der «-eiter unten beschriebenen Einstellung des Apparates die Entfernung des
Schallreflektionspunktes in Metern anzeigt. Die Skala r2 ist entsprechend der Zahl
der Nasen 31 der Scheibe d. mit 6,Teilstrecken versehen, die in ganzen Tausendern,
von rooo bis 6ooo in, geeicht sind. Gegenüber dein Zeiger rd. befindet sich an der
Scheike 8 eine Nase 33, die in der Nullstellung der Scheibe 8, d. h. in der Mittelstellung
des Zeigers 1.1., zwischen o und rooo gegenüber dem ersten Sektor der Skala 12 die
zwangläufig miteinander verbundenen Hebel 2o und 2; noch wegrückt, in allen übrigen
Stellungen der Scheibe 8 diese Hebel aber freigibt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Es sei
angenommen, die :Zulage befinde sich in dein in der "Zeichnung dargestellten Zustande.
Hierbei befinden sich zwei gegenüberstehend-,- Nasen 31, 31' der Scheibe 4. unmittelbar
vor dem Angriffspunkt der Hebel 21 bzw. 22, und zwar die eine größere Nase 3 r'
der Scheibe d. am Hebel 22. Die Nase 33 der Scheibe 8 befindet sich im Eingriff
finit den Hebeln 20, 27. Wird jetzt der Antriebsinotor 6 eingeschaltet, so werden
die Scheiben 3. d. und 5 in der mit Pfeilen angedeuteten Richtung in dauernde. Umdrehung
versetzt, wobei zunächst der Hebel 21 umgelegt vnd sein Kontakt-35 für eine kurze
Dauer geschlossen wird. (Es wird zwar auch der Hebel 22 umgelegt und der Kontakt
36 geschlossen; diese Kontaktschließung ist aber zunächst belanglos, da der Kontakt
37 des Hebels 2o noch geöffnet ist.) Die Schließung des Kontaktes 35 des Hebels
2r hat die Einschaltung und Erregung des Relais 16 zur Folge, dessen Stromkreis
über folgenden Weg verläuft: Minuspol der Batterie ic), Wicklung (les Relais i6,
Leitung 38, Hebel 20, Kontakt 39, Leitung .4o, Hebel 21, Kontakt 35, Leitung d i
und zurück zum Pluspol der Batterie i g. Das Relais 16 zieht seinen Anker
an und schaltet damit den Sender i für die Dauer der Schließung- des Kontaktes
35 des Hebels 21 ein, wodurch der erste -#eiicleimpuls ausgesandt wird. Da,
wie die Abbildung zeigt, in diesem Augenblick die Vase 30 von 3 den Nocken
des Hebels 9 bereits verlassen hatte, ist dort Kurzschluß für 23. Es sei ntm angenommen,
daß der Schall bis zur reflektierenden Fläche und zurück so lange läuft, wie die
Scheibe 3 braucht, um eben einmal umzulaufen. 'Man sieht alsdann, daß die Ase 3o
den Hebel 9 gerade wegdrückt, wenn der Schall zurückkommt und den Empfänger 2 trifft.
Der Beobachter kann somit unter den gegebenen Voraussetzungen jetzt in seinem Hörer
33 den am Empfänger 2 ankommenden reflektierten Impuls wahrnehmen. Der beschriebene
Vorgang wiederholt sich bei jeder folgenden durch die Nasen 31 der Scheibe d. veranlaßten
Schließung des Kontaktes 35. Beträgt nun die zti messende Wegstrecke weniger als
iooo in hzw. befindet sich die Reflektions-@@:and für den primären Schallimpuls
in einer Entfernung von z. B. 25o m von der Beobachtungsstelle, an der der Apparat
aufgestellt ist, so wird man bei einer vollen Umdrehung der Scheibe 3 den reflektierten
Impuls nicht hören können, da die öffnung des Kontaktes 42 nicht gerade in dem Augenblick
der Ankunft des reflektierten Impulses erfolgt. Um diesen Zustand herbeizuführzn,
muß man die Handscheibe 7, die mit dein Zeiger 13 versehen ist, einstellen und auf
der Skala i r den bestimniten-Entfernungsgrad suchen. Hierbei werden finit der Scheibe
7 der Hebel 9 und sein Kontakt .42 gegen die Scheibe 3 entgegen dem Drehsinn der
Scheibe 3 verstellt, und zwar so lange, bis der Beobachter in 23 den reflektierten
Impuls hört. Das würde bei dem Beispiel von 25o m Tiefe der Fall sein, wenn g tun
18o° entgegen dem Drehsinn von 3 verstellt ist. Dort steht auf der Skala i i der
Wert 500 m.
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Wie ersichtlich, reichen die im vorstehenden beschriebenen Maßnahmen
aus, Wegstrecken bis zu rooo m eindeutig zu messen. Da nämlich darüber hinaus nicht
ohne weiteres festzustellen ist, welchem Sendeimpuls der aufgenommene reflektierte
Impuls entspricht, ist in den höheren Tausendern jede Messung von i i in bezug auf
die Tausender vieldeutig, wenn sie auch immer richtig ist in bezug auf die Hunderter,
Zehner und Einer.
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Zu dem Zwecke der Feststellung der Tausender von Metern muß man sich
außer der eben beschriebenen Meßvorrichtung der Scheiben 5, 8 und der Skala 12 bedienen.
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Angenommen, es ist eine Wegstrecke zwischen rooo und 2ooo m zu messen.
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Bei dem eben beschriebenen Vorgang befand sich die Scheibe 8 mit ihrem
Zeiger rd. im ersten Sektor der Skala 12, der die Strecke o bis iooo m angibt. Die
Scheibe 8 wird nunmehr mit ihrem Zeiger rd. in den Bereich der Skala 12 eingestellt,
der den Messungen von i ooo bis 2ooo m entspricht. Das ist also der nächste im Sinne
des Uhrzeigers folgende Sektor der Skala. Mit dieser Einstellung der Scheibe 8 wird
ihre Nase 33 aus dem Bereich der Hebel 20, 27 bewegt, wobei der Hebel 20 den Kontakt
39 öffnet, den Kontakt 37 aber
schließt und der Hebel 27
den Kontakt 43 schließt. Die Öffnung des Kontaktes 39 hat zur Folge, daß der über
die Leitungen 38, 40, 41 verlaufende Stromweg des Relais 16 dauernd unterbrochen
ist und am Kontakt 35 des Hebels 21 1:eim jedesmaligen Vorbeigehen einer Nase 31,
3i' der Scheibe 4 nicht mehr geschlossen werden kann. Die Schließung des Kontaktes
4.3 anderseits bewirkt die Herstellung einer Iturzschließung zutn Fernhörer 23 über
einen andern Weg, wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist. Diese Kurzschließung
kann unterbrochen werden durch den Hebel io, der beim Vorbeiwandern der Vase 32
der Scheibe 5 seinen Kontakt 4.4. öffnet. Infolge der entsprechend bemessenen Umlauflänge
der Nase 32 der Scheibe 5 erfolgt die Öffnung des Kontaktes 4.4 während einer vollen
Umdrehung der Scheibe 3. Da nun durch die beschriebene Dauerschließung des Kontaktes
37 des Hebels 2o die Schließung des Kontaktes 36 des Hebels 22 wirksam geworden
ist, so wird nur bei einer jedesTa@gen £ollen _ Umdrehung, der Scheibe . das Relais
16 eingeschaltet und_erret," und zwar ü #er -Töigenden Stromweg--Mlinuspol der Batterie
i9, Wicklung des Relais 16, Leitung 38, Hebel 20, Kontakt 37, Leitung 45, Hebel
22, Kontakt 36, Leitung 46 und zurück zum Pluspol der Batterie 19. Obwohl also jetzt
der Kurzschluß bei 10, 44 aufgehoben ist, besteht in 23 doch noch keine Möglichkeit,
den reflektierten Impuls zu hören, da 4@a bei 9 noch geschlossen ist. Die Abhörmöglichkeit
besteht erst, wenn durch die Nase 30 der Scheibe 3 auch der Kontakt 4.2 der ersten
Kurzschlußeinrichtung geöffnet wird und diese Öffnung geschieht durch Einstellung
des Hebels 9 mittels der Handscheibe 7, wie oben beschrieben. Man wird also nach
dein beschriebenen Vorgang bei der Umdrehung der Scheibe 5 während der Öffnung des
Kontaktes a.2 des Hebels 9 im Fernhörer 23 den reflektierenden Impuls wahrnehmen
können, falls die zu messende Strecke in dem Meßbereich von iooo bis 2ooo m liegt.
Für höhere Tausender ist nun einfach die Scheibe 8 mit Zeiger 14. auf einen der
folgenden Meiibereiche der Skala 12 einzustellen.
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Die Messung verläuft also bei gänzlich unbekannten Tiefen so, daß
zunächst auf i i versucht wird, einen reflektierenden Impuls zu erhalten. Beträgt
die Tiefe bis 5oo m, so gelingt dies, andernfalls muß 8 von iooo zu 2ooo verstellt
und jedesmal der Versuch von i i wiederholt werden, bis der reflektierte Impuls
erscheint. Im allgemeinen wird man über die in Frage kommenden Tausender wohl orientiert
sein, so daß das Verfahren _einfacher ausfällt, als es hiernach erscheinen möchte.