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Verfahren zur Entfernungsbestimmung mittels reflektierter mechanischer
Impulse, Bei der Entfernungs- bzw. Tiefenbestimmung durch reflektierten Schall besteht
eine cler Hauptschwierigkeiten darin, den Impuls, der von dem verwendeten Schallsender
ausgesandt und am Boden reflektiert wird, kurz genug zu machen. Man hat einen Ausweg
darin versucht, dett Schallimpuls durch eine Explosion erzeugen zu lassen. Wenn
hierbei zwar auch ein relativ kurzer Sendeimpuls entsteht, so ist auf der anderen
Seite damit doch der Übelstand verknüpft, daß man am Empfänger nicht von den Vorteilen
der Abstimtnung Gebrauch machen kann. Bei den relativ geringen zur Verfügung stehenden
reflektierten
Energien sind al:-er Resonanz- und Wirkungsgradüberlegungen
doch von . erheblicher Bedeutung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher die, am Sender einen Schallimpuls
von bestimmter Frequenz und Dauer zu erzeugen, der mit der Abstimmungsfrequenz des
Er-ipfängers übereinstimmt, dessen Whkung aaf den Empfänger aber unmittelbar nach
Abl-raf der für den Impuls gegebenen Zeitdauer so plötzlich als möglich aufhört.
Mit anderen Worten heißt das, es soll ein periodischer Sendeimpuls von möglichst
mehreren Perioden erzeugt werden, dessen Wirkung auf den abgestimmten Empfänger
nach der vorgeschriebenen Anzahl von Perioden ohne lange Abklingungskurve beendigt
ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein auf eine bestimmte
Frequenz abgestimmter Sender, dessen Abstimmung von der des verwendeten Empfängers
abweicht, durch eine periodische Kraft erregt wird, deren Frequenz mit der Abstimmung
des Empfängers übereinstimmt. Mit anderen Worten, der Sender wird gemäß der Erfindung
durch eine mit der Empfängerperiode übereinstimmende periodische Kraft zu erzwungenen
Schwingungen erregt, während seine Eigenbestimmung außerhalb dieser Periode liegt.
Es sei z. B. angenommen, daß der verwendete Empfiinger etwa auf die Frequenz iooo
abgestimmt ist. Man kann alsdann den Sender auf üine höhere Frequenz, z. B. i5oo,
oder auf eine tiefere Frequenz, z. B. 400, abstimmen, muß aber seine Erregung, um
von der Resonanz am Empfänger Gebrauch machen zu können, in der Frequenz iooo pro
Sekunde vornehmen. Die Wirkung, die dann eintritt, ist die, daß der Sender während
der gewünschten Impulsdauer zwangläufig in der Frequenz iooo schwingt. Wenn mit
Ablauf der gewünschten Impulsdauer plötzlich die Zufuhr der erregenden Kraft aufhört,
schwingt nun die im Sendergebilde aufgespeicherte Energie nicht in der Frequenz
iooo allmählich abklingend weiter, sondern der Sender nimmt alsdann seine freie,
seiner Eigenabstimmung entsprechende Periode an und klingt in dieser entsprechend
seiner Dämpfung ab. Da jedoch der Empfänger infolge seiner Abstimmung auf i ooo
für andere Frequenzen relativ unempfindlich ist, so übt der in der Eigenperiode
des Senders abklingende Wellenzug auf den Empfänger keine erhebliche Wirkung mehr
aus.
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Werden Empfänger verwendet, deren Resonanzgebiet ein relativ breites
ist (mehrwellige Empfänger), so ist naturgemäß darauf zu achten, daß die Eigenfrequenz
oder die Eigenfrequenzen des Sendergebildes vollständig außerhalb des Resonanzspektrums
des Empfängers liegen. Hierbei können dic Verhältnisse naturgemäß so liegen, daß
der Empfänger verschiedene an verschiedenen Stellen liegende Resonanzgebiete hat
und daß die Eigenfrequenzen des Senders sich zwischen diese verschiedenen Resenanzgebiete
des Empfängers einfügen. Zu beachten ist nur, daß keine Senderresonanz finit einer
der Empfängerresonanzen übereinstimmt.
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Die Vorteile einer solchen Einrichtung machen sich naturgemäß besonders
bemerkbar bei kurzen Schallaufzeiten, also z. B. beim Abloten geringer Wassertiefen
mit Hilfe des Echos. Stehen längere Zwischenräume zwischen Gebeimpuls und Ankunft
des Echos zur Verfügung, so kann man die längeren Sendeimpulse bei Erregung des
Senders in seiner Eigenabstimmung in Kauf nehmen und kann dann dafür mit besserer
Energieausnutzung am Sender arbeiten. Um aber alsdann auch an der Empfangseinrichtung
vom Resonanzprinzip Gebrau(-li machen zu können, wird gt-,mäß der Erfindung die
Empfangseinrichtung noch mit einem zweiten, auf die Eigenfrequenz des Senders abgestimmten
Empfänger ausgestattet, der bei Resonanzerregung des Senders statt des vorerwähnten
»verstimmten« Empfängers " eingeschaltet wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung mögen folgende Abbildungen und Kurven
dienen: In der Abb. i ist in einfachster Form eine Sende- und Empfangsanordnung
dargestellt. Es bezeichnet i die Sendermernbran, a den erregenden Elektromagneten,
3 eine Wechselstrommaschine, .4 eine Gleichstrommaschine, 5 eine Drosselspule, 6
die Empfängermembran von anderer Eigenfrequenz als die Sendermembran, 7 ein Mikrophon,
8 eine Batterie, 9 einen Transformator, io ein Telephon und i i einen Schalter.
Wenn gelotet wird, wird der Schalter i i geschlossen, und zwar für möglichst kurze
Zeit, jedoch so, daß mindestens einige Perioden des Wechselstromes die Windungen
des Magneten z durchfließen. Die Drehzahl der Maschine 3 ist dann vorher so reguliert
worden, daß die Periode des Wechselstromes mit der Periode der Eigenfrequenz des
Empfängers 6, 7 übereinstimmt. Der erzeugte Impuls wandert zum Meeresboden 1z, wird
von dort reflektiert, erreicht den Empfänger 6, erregt ihn in seiner Eigenfrequenz
und erzeugt im Telephon io einen der Eigenperiode des Empfängers und der Maschinenperiode
entsprechenden Ton. Nach Öffnung des Schalters i i schwingt der Sender in einer
anderen, seiner Abstimmung entsprechenden Periode aus. Der Schallwellenzug beschreibt
denselben Weg .wie der des Impulses, gelangt also auch zum Empfänger 6, kann .aber
eine Erregung desselben nicht bewirken,
da dessen Abstimmung von
der Frequenz des abklingenden Schallwellenzuges stark abweicht.
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In der Abb. 2 bezeichnet n, die Abstimmung des Empfängers und gleichzeitig
auch die Periode des erregenden Wechselstroms während des Sendeimpulses, während
n2 der Eigenabstimmung des Senders i entspricht.
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In der Abb.3 bezeichnet t die Dauer des Sendeimpulses und gleichzeitig
die Dauer des Kontaktschlusses am Kontakt i i und somit die Dauer des den -Magneten
2 durchfließenden Wechselstroms w. Dem Wechselstrom w entspricht im Sender die erzwungene
Schwingung s,. Diese erzwungene Schwingung s, geht am Ende der Zeit t ziemlich unvermittelt
über in die abklingende Schwingung s=, die der Frequenz n2 entspricht, während s,
und w der Frequenz n, entsprechen.
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In der Abb. q. ist eine Einrichtung mit zwei Empfängern 13 und 14
dargestellt, von denen der eine 13 auf die Frequenz sa, der Zwangerregung des Senders
abgestimmt ist, während die Eigenfrequenz des zweiten Empfängers i-. der Eigenperiode
des Senders entspricht. Die Einrichtung der Schaltung einer solchen Anlage :ist
vorteilhaft so getroffen, daß eine zwangläufige Kupplung zwischen den die Betriebsfrequenz
des Senders bestimmenden und die Auswahl der Empfänger regelnden Vorrichtungen besteht,
so daß für jede der beiden Betriebsfrequenzen (verstimmt oder abgestimmt) jeweils
nur der richtige Empfänger eingeschaltet werden kann. Im Beispiel der Abb. q. ist
das dadurch gewährleistet, daß ein Hauptstrommotor 1 5 zum Antrieb der Erregermaschine
3 dient, in dessen Stromkreis ein beim Übergang auf die andere Betriebsfrequenz
kurzzuschließender Widerstand 16 liegt, und daß der Schalter 17 für die Vornahme
dieses Kurzschlusses mit dem Umschalter 18 für die Empfänger 13, 14 gekuppelt ist.
In ähnlicher Weise kann naturgemäß ein N'ebenschlußwiderstand oder irgendeine Vorrichtung
zur Tourenregelung der Antriebstnaschine sinngemäß geschaltet sein.
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Das geschilderte Verfahren kann zu jeder Art von Entfernungsbestimmung
mittels reflektierter Schallwellen mit Erfolg zur Anwendung gelangen, so insbesondere
z. B. zur Bestimmung der Meerestiefe, zur Entdekkung und Ahstandsbestimmung von
schwimmenden oder versenkten Gegenständen u. dgl. Das Verfahren ist weder auf die
Verwendung hörbarer Frequenzen, noch überhaupt auf FIö rempfang beschränkt, sondern
kann ebensogut in Verbindung mit optischen, mechanischen oder sonstigen Anzeigemitteln
ausgeübt werden.