DE430461C - Verfahren zur Entfernungsbestimmung mittels reflektierter mechanischer Impulse - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Entfernungsbestimmung mittels reflektierter mechanischer Impulse, insbesondere mittels Schallwellen, dadurch gekennzeichet, daß ein in seiner Eigenfrequenz von der Eigenfrequenz des zugehörigen Empfängers abweichender Sender bei der Erzeugung des Sendeimpulses durch eine @in ihrer Frequenz mit der Eigenfrequenz des Empfängers übereinstimmende periodische Kraft zu erzwungener Schwingung erregt wird derart, daß er nach Aufhören der Energiezufuhr in seiner von der Betriebs- und Empfängerfrequenz abweichenden Eigenfrequenz frei abklingen kann.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Senders von gegebener Abstimmung, eines Empfängers von ebenfalls gegebener, von der Sender frequenz abweichender Abstimmung und einer Betriebsenergiequelle, die geeignet ist, dem Sender pulsierende Energie von der Eigenfrequenz des Empfängers zuzuführen.
3. 3. Sende- und Empfangseinrichtung zur Entfernungs- oder Tiefenbestimmung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender so geschaltet ist, daß er sowohl verstimmt als in seiner Abstimmung betrieben werden kann, und daß zwei Empfänger vorgesehen sind, von denen der eine auf die Betriebsfrequenz bei verstimmter Sendererregung, der alidere auf die Eigenfrequenz des Senders abgestimmt ist, wobei der erstere Empfänger und die verstimmte Sendererregung für kleine Entfernungen bzw. Tiefen angewendet wird, der letztere Empfänger und die Erregung des Senders in seiner Eigenstimmung dagegen für größere Entfernungen bzw. Tiefen. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtungen für verstimmte bzw. abgestimmte Sendererregung zwangläufig derart mit dem Wahlschalter für die beiden Empfänger gekuppelt sind, daß bei der jeweiligen Betriebsschaltung des Senders nur der zugehörige Empfänger eingeschaltet sein kann.