DE454007C - Anordnung zum Messen und Registrieren von Entfernungen oder Meerestiefen durch Echolot - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Meerestiefen und anderer Untersee-Entfernungen mittels Widerhalls von Schallwellen mit Überhörfrequenz.
Das bekannte Verfahren der Echolotung besteht darin, ein Signal mit Wellen von Überhörfrequenz auszusenden und den Widerhall dieses Signals wieder aufzunehmen und das Zeitintervall zwischen Signalsendung und Rückkehr des Widerhalls zu messen.

Die neue Anordnung arbeitet mit einer Dreielektrodenröhre, bei der in bekannter Weise ein negativ geladenes Gitterpotential verwendet wird, dessen Änderung den Fluß eines Anodenstromes hervorruft. Bei der neuen Einrichtung wird im Augenblick der Sendung eines Signals und im Augenblick der Rückkehr des Widerhalls ein Anodenstrom erzeugt oder unterbrochen, derart, daß entweder in beiden Augenblicken ein kurzer Stromstoß erfolgt, wobei die Zeit zwischen beiden gemessen wird, oder aber daß beim Senden ein Strom geschlossen und .beim Rückempfang wieder unterbrochen wird, wobei dann die in der Zwischenzeit durchfließende Strommenge zu messen ist, oder schließlich, daß ein Dauerstrom bei Sendung unterbrochen und beim Rückempfang wieder geschlossen wird. Man kann hierzu eine Balanceschaltung mit Dreielektrodenröhren verwenden.

Bei der Zeitmessung im Augenblick der Aussendung des Signals schließt man einen elektrischen Stromkreis, der aus einer Energiequelle und aus einem Meßinstrument besteht, etwa einem als ballistisches Galvanometer wirkenden Amperemeter, einem ballistischen Galvanometer selbst oder einem Fluxmeter. Eine Dreielektrodenröhre ist in dem Stromkreis so angeordnet, daß sie den Strom im Augenblick der Rückkehr des Widerhalls unterbricht. Der elektrische Stromkreis wird also dann von einer gewissen Elektnzitätsmenge durchflossen, die dem zu messenden Zeitraum proportional ist. Diese .Elektrizitätsmenge veranlaßt einen Ausschlag der Amperenadel, dessen Größe bei sehr kurzen* Zeitzwischenräumen je nach der ge-

nannten Elektrizitätsmenge verschieden ist, denn es ist bei Verwendung des als ballistisches Galvanometer wirkenden Amperemeters bekannt, daß die Nadel während der kurzen Zeit (es handelt sich hier im Maximum um einige Sekunden, die etwa einem Viertel der Schwingungsdauer der Nadel des Amperemeters entsprechen) eines Stromflusses keine Zeit hat, zum Stillstand zu kommen, und sie ίο wird daher bei der das Amperemeter durchfließenden Elektrizitätsmenge wechselnden Ausschlag haben.

Bei Verwendung einer Registriervorrichtung ordnet man in einem elektrischen Stromkreis ein Registrierinstrument, etwa einen drehenden Zylinder mit einer Schreibfeder, an. Der Anodenstromkreis einer Dreielektrodenröhre ist in diesem Stromkreis eingeschaltet, und das Gitter der Röhre ist mit dem Sende- und Empfangsstromkreis des Signals so verbunden, daß es in dem Anodenstromkreis mit dem Registrierzylinder den Strom zur Zeit der Signalsendung und der Rückkehr des Widerhalls durchfließen läßt. Diese beiden Durchflüsse von sehr kurzen Strömen zeigen auf dem Drehungszylinder zwei Marken an, deren Abstand dem zu messenden Zeitintervall proportional ist.

In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

Abb. ι zeigt schematisch eine Schaltung zum Messen der Zeitintervalle durch Ablesen des Amperemeters.

In dieser Abbildung ist ein piezoelektrischer Quarzkondensator angeordnet.

Es ist bekannt, daß dieser Kondensator, der in einem elektrischen Schwingungskreis und in Berührung mit dem Meerwasser angeordnet ist, die elektrischen Schwingungen in Wellen von Überhörfrequenz umwandelt und umgekehrt, im Augenblick der Ankunft eines Wellenzuges von Überhörfrequenz auf den Kondensator, die Quarz- und Stahlplättchen des Kondensators in elastische Längsschwingungen im Sinne ihrer Dicke versetzt, woraus eine Reihe elektrischer Schwingungen in dem Stromkreis des Kondensators entstehen.

In der Abb 1 besteht der Kondensatorstromkreis Q aus einer Selbstinduktion L, die induktiv mit dem Schwingungsstromkreis der Selbstinduktion L₂₀, des Kondensators C₂₀₁ der Funkenstrecke £ und einer sekundären Rühmkorffspule gekoppelt ist, deren Primärstromkreis eine Energiequelle P₁₀ und einen Unterbrecher R₂ hat. Der Empfangsstromkreis besteht aus einer induktiv mit der Selbstinduktion L gekoppelten Spule B und den Verstärkern mit Dreieiekirodenröhren, schematisch nur durch Z angedeutet. Nur die letzte Röhre dieses Verstärkers mit der Anode P ist in der Abbildung dargestellt.

Hinter dieser Röhre ist eine Röhre L₁ angeordnet, die grundlegende Bedeutung für die vorliegende Erfindung hat. Ein im Anodenstromkreis P liegender Widerstand R₁ ist mit seinen zwei Enden an die Glühkathode und an das Gitter G₁ der Röhre L₁ angeschlossen. Man erhält so eine Potentialdifferenz zwischen dem Gitter G₁ und der Glühkathode der Röhre L₁, wobei das Gitter G₁ genügend negativ im Verhältnis zur Glühkathode gehalten wird. Um das Gitter G₁, wenn auch nicht zuviel, negativ zu halten, ordnet man in dem die Glühkathode der Röhre L₁ mit dem Widerstand R₁ verbindenden Stromkreis eine Batterie B oder ein Potentiometer an, die die Potentialdifferenz zwischen Glühkathode und Gitter von L₁ vermindern.

Hinter der Röhre L₁ ist eine Röhre L₂ angeordnet, deren Glühkathode unter Zwischenschaltung einer Batterie B₁ mit der Glühkathode von L₁ verbunden ist. Das Gitter G₂ der Röhre L₂ ist mit der Anode der Röhre L₁ verbunden. Ein Kondensator C liegt zwischen Glühkathode und Gitter der Röhre L₂, folglich auch zwischen Glühkathode und Anode von L₁. Er kann durch den Schalter K kurzgeschlossen werden. Schließlich liegt im Stromkreis Glühkathode-Anode der Röhre L₂ eine Batterie B₂, ein Widerstand R₂₀ und die Meßinstrumente oder Amperemeter A.

Im Ruhezustand, d.h. wenn die Vorrichtung nicht arbeitet, ist in der Zeit zwischen den Messungen das Gitter G₁ genügend negativ, um das Durchfließen eines Stromes über die Röhre L₁ zu verhindern. Der Schalter K ist offen, der Kondensator geladen (die Ladung des Kondensators C stammt von der letzten Messung her), das Gitter G₂ ist im Verhältnis zur Glühkathode der Röhre L₂ negativ, es fließt daher in dem Anodenstromkreis der Röhre L₂ und infolgedessen durch die Amperemeter A kein Strom.

Die in dem Stromkreis der Amperemeter vorhandene Stromstärke ist eine Funktion der in diesem Stromkreis vorhandenen Widerstände, deren Hauptteile die Widerstände R₂₀ und der Widerstand zwischen Glühkathode und Anode der Röhre L₂ sind. Der Widerstand R₂ ist genügend groß, so daß die Widerstandsschwankungen zwischen Glühkathode und Anode, die aus den Heizstromschwankungen der Röhre L₂ herrühren, auf den gesamten Widerstand des Stromkreises keinen fühlbaren Einfluß ausüben und infolgedessen auch nicht auf die diesen Stromkreis durchfließende Stromstärke. Die Röhre L₂ wird derart bemessen, daß der

Gitterstrom G₂ gleich Null ist, so daß man schließlich den Schalter K öffnen kann, ohne an dem Potential am Gitter der Röhre L₁ etwas zu ändern. Ist dies nicht der Fall, wird eine Trockenbatterie oder ein Potentiometer mit dem Schalter K in Reihe geschaltet, um den Gitterstrom durch hinreichendes Sinken des Potentials von G₂ zu unterdrücken. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

ίο Der in den Zeichnungen dargestellte Sendestromkreis gestattet eine Sendedauer des Signals, die unter 0,001 Sekunde liegt. Die Art der Sendung ist kein Teil der vorliegenden Erfindung, sie kann auch auf andere Art

«5 und Weise erfolgen als die hier nur beispielsweise angeführte. Zur Veranlassung der Sendung öffnet man den Schalter R₂. Der öffnungsinduktionsstrom in dem Primärkreis R erzeugt dann in dem Sekundärkreis von R eine rasch anwachsende, elektromotorische Kraft. Erreicht die hierdurch erzeugte Potentialdifferenz die Ladungsgrenze der Klemmen der Funkenstrecke, so entlädt sich der Kondensator C₂₀ in einigen Schwingungen, was in dem Schwingungskreis LQ das Entstehen eines einzigen gedämpften Wellenzuges von weniger als ο,οοι Sekundendauer hervorruft. Das Senden von Wellen mit Überhörfrequenz erfolgt dann im Wasser.

Im Augenblick, wo man den Unterbreicher R„ geöffnet hat, schließt man den Schalter K, worauf sich der Kondensator C entlädt. Das Gitter G₂' ist nicht mehr negativ gegenüber der Glühkathode der Röhre L₂.

Der Batteriestrom B„ kann dann die Röhre L₂ und gleichzeitig die Meßinstrumente A durchfließen. Das Gitterpotential G₂ bleibt konstant, und das Amperemeter Q wird von dem konstanten Strom i durchflossen. Man öffnet nun den Schalter K vor Rückkehr des Widerhalls, was an dem Potential G₂ nichts ändert, und der Strom fließt weiter über A.

Bei Ankunft des Widerhalls des Signals an dem Kondensator Q entstehen im Stromkreis LQ elektrische Schwingungen. Durch den Verstärker Z verstärkt, verursachen diese Schwingungen Änderungen im Anodenpotential P. Diese auf das Gitter G₁ übertragenen Potentialschwingungen verursachen ein positives Potential zur Glühkathode der Röhre L₁, das genügt, um ein Durchfließen des Batteriestromes B₁ in der Röhre L₁ zu ermöglichen. Dieser Strom lädt den Kondensator C, der das Gitter G_t wieder negativ macht und infolgedessen den Strom in den Amperemetern A unterbricht. Das Amperemeter A wird aber von einer Elektrizitätsmenge durchflossen sein, die dem zu messenden Zeitintervall proportional ist. Es wird daher Schwankungen als Funktion dieser Zeitintervalle im Ausschlag unterworfen sein, sofern, wie vorausgesetzt, der Zeitzwischenraurn nur einen Bruchteil der Schwingungsdauer der Nadel des Amperemessers ausmacht. Das mit der Anode der Rohre L₁ verbundene Gitter G₂ — beide bleiben isoliert, da der Schalter K offen — behält seine negative Ladung, und infolgedessen fließt kein Strom durch das Amperemeter bis zu dem Augenblick, wo das folgende Signal ausgesendet wird (entsprechend dem auf Seite 2 erläuterten).

Sollen aufeinanderfolgende Messungen in gleichmäßigen Intervallen gemacht werden, so \^rerwendet man einen drehenden Stromwender, der das wiederholte Öffnen und Schließen des Relais R₂ veranlaßt und mit dem in genügend rascher Aufeinanderfolge Signale gesendet werden, ohne daß dabei der Zwischenraum zwischen zwei Signalen kleiner wird als die zur Rückkehr des Echos benötigte Zeit. Der Stromkreis und das Amperemeter A wird dann von aufeinanderfolgenden sehr kurzen Strömen durchflossen, die sich nicht überlagern und deren Dauer immer dem Zeitintervall entspricht, der zwischen Signalsendung und Rückkehr des Widerhalls liegt. Es ist bekannt, daß unter diesen Bedingungen das Amperemeter einen konstanten, der mittleren Stromstärke entsprechenden Ausschlag hat. Diese mittlere Stromstärke ist dem zu messenden Zeitintervall proportional oder wächst zum wenigsten mit ihm. In diesem Falle kann man das Amperemeter direkt nach Zeit und Entfernung eichen.

Die Unterdrückung des Anoden Stroms in dem Stromkreis des Amperemeters im Augenblick der Ankunft des Widerhalls kann dazu verwendet werden, eine Anzeigevorrichtung mittels eines Relais zu betätigen, das auf bekannte Weise so arbeitet, daß die Aufmerksamkeit in dem Augenblick auf das Amperemeter gezogen wird, in dem der Ausschlag abgelesen werden soll.

Die Vorrichtung nach Abb. 2 zeigt schema_r tisch die Schaltung bei Anordnung einer Registriereinrichtung für die Zeitintervalle.

Die vollständige Schaltung ist auf der Abb. 2 nicht dargestellt, da es genügt, die Anschlußklemmen A₁, A₂ an den entsprechenden Punkten der Abb. 1 anzuschließen, deren linker Teil so bleibt, wie er ist. Das Gitter G₁ der Röhre L₁ ist wie in der Abb. 1 an die Anode P angeschlossen. In den Stromkreis Glühkathode-Anode der Röhre L₁ ist eine Trockenbatterie B₂, ebenso die Registriereinrichtung eingeschaltet. Dieser Registrierapparat besteht aus einem Metallzylinder C₃, auf welchen ein Blatt Papier aufgewickelt ist, an das wieder eine Schreibfeder s anliegt. Durch elektrochemische Wirkung, etwa unter Verwendung eines mit Ferrocyankalium im-

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prägnierten Papiers und eines Eisenstiftes, durch Funken oder auf andere ähnliche Weise, -kann erzielt werden, daß der Stifts auf. dem Papier des Zylinders eine Marke oder Strich hinterläßt, und zwar jedesmal dann, wenn ein Strom den Stromkreis Glühkathode-Anode der Röhre L₁ durchfließt. . :

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Signalsendung erfolgt wie bisher dureh ίο öffnen des Unterbrechers R₂. Die in der Spule B auftretenden Potentialänderungen veranlassen die Potentialänderung der Anode P, und infolgedessen erhält das Gitter G₁ ein positives Potential, so daß während der Sendungsdauer Strom durch die Röhre L₁ durchfließen kann. Die Folge ist die Festlegung einer Marke auf Zylinder C₃, die dem Zeitpunkt der Sendung entspricht. Bei der Rückkehr des Widerhalls werdendiePotentialänderungen des Schwingungskreises LQ wie vorher auf die Anode P übertragen. Das Gitter O₁ wird neuerdings- so positiv, daß ein Strom die Röhre L₁ durchfließen kann und eine weitere Marke auf dem Zylinder C₃ hervorgerufen wird. Da zwischen Zylinder C₃ und Schreibstifte eine gleichförmige relative Drehung vorhanden ist, kann der Zeitabschnitt zwischen Signalsendung und Rückkehr durch die Entfernung der auf dem - Papier hervorgerufenen Marken - gemessen werden. Man kann diese Entfernung, selbst während des Registriervorganges, besonders leicht ablesbar gestalten, wenn' man den Zylinder stillstehen und den Stift um ihn kreisen läßt.

Man erhält diese Registrierung, wenn man eine Verschiebung zwischen Stift und Zylinder parallel zur Achse des letzteren, proportional der Zeit oder dem vom Schiff durchlaufenen Weg, vornimmt. Werden die - Signale durch einen auf R₂ wirkenden Kontakt ausgesendet, der synchron mit der Drehung der Registriervorrichtung C₃ s umläuft, so befinden sich die der Aussendung entsprechenden Marken auf einer Geraden des Zylinders, und die dem Widerhall entsprechenden Marken bilden eine Kurve, die nach Abwicklung des Papiers in rechtwinkligen Koordinaten die Änderung der Meerestiefe oder einer anderen Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit oder dem vom Schiff durchlaufenen Weg darstellt.

Abb. 3 und 4 entsprechen den Abb. 1 und 2, enthalten aber einige Verbesserungen, und zwar die Zusammenfassung der verwendeten Trockenbatterien, um deren Zahl auf eine einzige Heizbatterie B₁, auf eine -Ahodenbatterie B₂, die ebenfalls ein Ver-. stärker Z speist, und auf eine zusätzliche "-Trockenbatterie Ä^; zu beschränken, die -letztere, gestattet, das Gitterp'otential G₁ der Röhre L₁ so weit zu senken, d. h. negativ "zu machen, als erforderlich ist, um den Anodenstrom der Röhre L₁ zu unterdrücken.

Die Schaltungen der Abb. 3 und 4 werden durch Anschluß der Punkte A₁ und A₂ an die entsprechenden Punkte der Abb. 1 vervollständigt, wobei die linke Seite wie früher geblieben ist.

In der Abb. 3 ist ein Kondensator C₂ zwisehen Anode P und Gitter G₁ eingeschaltet, der seinerseits durch den Widerstand i?₃ an den negativen Pol der Batterie B angeschlossen ist. Der Kondensator C und der Schalter K der Abb. 1 sind in dieser Abb. 3 durch Kaskadenkondensatoren C, C₁ und zwei Schalter K, K₁, die gemeinsam betätigt werden, ersetzt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Wenn der Kondensator C (durch die vorhergehende Messung) geladen ist, dann hat das Gitter G₂ ein genügend negatives Potential, um den Durchfluß des Stromes in den Anodenkreis der Röhre L₂ zu verhindern, und es fließt dann kein Strom in deni Amperemetern A. Die Schalter K und K₁ sind offen. Im Augenblick der Signalsendung durch das öffnen des Unterbrechers 2?₂ schließt man die beiden Schalter K und K₁. Der durch den Schalter K ~ kurzgeschlossene Kondensator C entlädt sich, während der Kondensator C₁ sich auf die Potentialdifferenz der Trockenbatterie B₂ auflädt, deren Stromkreis durch B₂, B₁, K, C₂, K₁, B₂ geschlossen ist. Die Entladung des Kondensators C hat das negative Potential mittels G₂ verschwinden lassen, und infolgedessen beginnt der Strom die Röhre L₂ zu durchfließen, und ebenso die Amperemeter A über den Stromkreis B₂, Kathode L₂, AnodeL₂, "Widerstand R₂, Amperemeter A₂, Batterie B₂.

Sofort nach der Signalsendung öffnet man die Schalter K und IC₁. Dies hat keinen Einfluß auf das Potential von G₂, und infolgedessen fließt der Strom weiter über die Amperemeter. Trifft aber der Widerhall auf Kondensator Q, wie oben ausgeführt wurde, so tritt eine Potentialänderung in der Anode/* ein, die wegen des KondensatorsC₂ das Gitter G₁ auf ein positives Potential bringt, so daß der Strom wieder die Röhre L₁ durchfließen kann und die hintereinandergeschalteten Kondensatoren C, C₁ und das Gitter G₂ negativ lädt. Der Strom wird dann im Anodenkreis der Röhre L₂ und infolgedessen auch, in den Amperemetern A unterbrochen.

' ■'. Die - Anordnung der Batterie B, B₁, B₂ in der der AbIb.'2 entsprechenden Abb. 4 erfordert nur die zusätzliche Anordnung des

Kondensators C₂ und eines Widerstandes R₃, wie er in Abb. 4 dargestellt ist. Die Arbeitsweise der Schaltung der Abb. 4 ist die gleiche wie die der Abb. 2.
Die Abb. 5 und 6 entsprechen den Abb. 1 und 3 und zeigen weitere Verbesserungen der Schaltungen. Auch hier ist das Schema, - Abb. 5 und 6 nicht vollständig, und es genügt auch hier, die Punkte^, A₂ an die entsprechenden Punkte der linken Seite der Abb. ι anzuschließen.

Eine dieser Verbesserungen in Abb. 5 und 6 besteht in der Anordnung einer oder mehrerer Fluxmeter F statt der Amperemeter A. Es ist bekannt, daß ein Fluxmeter ein Galvanometer ohne richtendes Kräftepaar ist. Das Fluxmeter F liegt in einem Nebenanschluß mit einem so regelbaren Widerstand, daß dem Meßinstrument der gewünschte Empfindlichkeitsgrad erteilt wird. Die äußerst schwachen, richtenden Kraftlinien, die durch die mit dem Rahmen des Instruments verbundenen Zuleitungsdrähte hervorgerufen werden und die sich in einer dauernden Verschiebung der Nadel äußern, können mittels eines schwachen Stromes einer Hilfsbatterie P₃* die ihrerseits mittels eines großen Widerstandes R mit den Enden eines Teilwiderstandes r des Nebenschlusses verLunden ist, ausgeglichen werden (Abb. 6). Im Falle der Verwendung an Bord eines Schiffes sollte der Schwerpunkt des beweglichen Teiles des Galvanometers oder Fluxmeters in die Aufhängeachse fallen.

Eine zweite, in den Abb. 5 und 6 dargestellte Verbesserung besteht in der Arbeitsweise der Schalter K, K₁, K₂. Diese Verbesserung soll die Möglichkeit geben, nur einen Schalter im Augenblick der Sendung offen zu lassen, anstatt ihn zu schließen; denn das Öffnen ist eine mechanisch viel einfacher auszuführende Handlung. In diesem Falle fließt durch den Anodenkreis der Röhre L₂, in dem sich die Meßinstrumente.

befinden, dauernd ein Strom, wobei aber diese Instrumente durch den Kurzschlußschalter K₂ — und das ist der im Augenblick der Sendung offene Schalter — in der Nullstellung gehalten werden.

Die Arbeitsweise dieser Einrichtung nach Abb. 5 verläuft folgendermaßen:

Im Anfang und vor der Messung ist der Kontakt K geschlossen, infolgedessen der Kondensator C nicht geladen, und der Batteriestrom B„_ fließt frei über die Röhre L₂. Da aber der Kontakt K₂ geschlossen ist, ist das Fluxmeter F kurzgeschlossen und bleibt auf Null stehen.

Bei der Signalsendung durch öffnen des Unterbrechers ^₂ öffnet man gleichzeitig den Schalter K₂, so daß der Anodenstrom der Röhre L₂ das Fluxmeter im Augenblick der Sendung zu durchfließen beginnt. Da der Schalter K geschlossen ist, kann die Signalsendung keine Potentialänderung des Gitters G₂ hervorrufen. Ganz kurz nach der Signalsendung öffnet man daher den SchaLer K. Trifft der Widerhall ein, so lädt er, wie oben, den Kondensator C, was das Gitter G₂ negativ macht und den Anodenstrom in der Röhre L₂ unterbricht. Man kann dann den Ausschlag des Fluxmeters ablesen. Danach schließt man den Schalter K. und K₂, und alles ist für eine neue Messung bereit.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Abb. 6 ist die gleiche, wie oben beschrieben, wobei die beiden Schalter K und K₁ gleichzeitig bewegt werden.

Man kann eine selbsttätige Wirkungsweise der Schaltung unter Vermeidung der bewegliehen Kontakte K, K₁, K₂ erzielen, indem man durch das ausgesandte Signal in dem Anodenstromkreis der Röhre L₂ einen Strom erzeugt und indem der Widerhall diesen Strom wieder unterbricht. Zu diesem Zweck ist eine elektrische Balanceschaltung nach Abb. 7 angeordnet, deren praktische Einzelheiten in den Abb. 8 bis 10 dargestellt sind. Diese Balanceschaltung besteht, wie aus Abb. 7 zu ersehen, aus einem Zweiröhrensystem L₂, L₃, bei denen das Gitter der einen Röhre mit der Anode der anderen Röhre verbunden ist. Theorie und Praxis stimmen hier überein, so daß bewiesen ist, daß unter diesen Bedingungen das Zweiröhrensystem L₂, L₃ der Balanceschaltung nur zwei stabile Betriebszustände haben kann, wobei nur im Anodenkreis der einen Lampe Strom vornan-, den ist. In dem Anodenkreis von L₂ sind die Meßapparate eingeschaltet. Andererseits ist der Gitterkreis von L₂ und von L₃ an die Spulen B₁ und B₂ angeschlossen, die wieder mit der Spule L des Quarzkreises LQ induktiv gekoppelt sind. Die Schaltung erfolgt derartig, daß das ausgesandte Signal, das sich J.05 durch elektrische Schwingungen auf den Stromkreis LQ überträgt und das durch einen in der Abb. 7 nicht dargestellten Erregerkreis erzeugt wird (der der gleiche Kreis wie R, C₂₀, L₂₀ der Abb. 1 sein kann), durch ausschlaggebende Wirkung auf dem Spulenkreis B₂ einen Betriebszustand hervorruft, bei welchem der Strom durch den Anodenkreis der RöhreL₂ mit dem Ampere- oder Fluxmeter^ fließt.

Im Gegensatz hierzu wirken die bei der Rückkehr des Widerhalls auf die Spulen B₁, B₂ übertragenen elektrischen Schwingungen überwiegend auf den Spulenkreis B₁, und man erreicht einen Betriebszustand, bei dem der Strom der Balanceschaltung in dem Ano-

denkreis L₃ entsteht, so daß der Anodenkreis der Lampe L₂ und infolgedessen in den Meßapparaten unterbrochen wird.

Die Schaltung und Arbeitsweise werden im folgenden noch genauer beschrieben:

In der Abb. 7 schließt sich an die Röhre L₃ eine Röhre L₁ an, deren Anode mit dem Gitter von L₃ verbunden ist und deren Gitter für gewöhnlich mittels eines Trockenelementes P₂ negativ gehalten wird, so daß den Anodenkreis von L₃ kein Strom durchfließt. Der Gitterkreis von L₄ enthält außer der Batterie P₂ eine Spule B₂, auf welche die Selbstinduktionsspule L des Schwingungskreises LQ einwirkt.

• Im Augenblick der Signalsendung werden die Röhren L₁ und L₄ erregt, und zwar die erstere mittels der Spule B₁ und dem Verstärker Z, die zweite durch Induktion in der Spule B₂, und sie wirken dann im entgegengesetzten Sinne auf das Balancesystem L₂, L₃. Durch entsprechende Regelung der Widerstände und im Bedarfsfalle auch der in dem System vorhandenen Kapazitäten kann man die Wirkung der Röhre L₄ überwiegen und den Strom im Anodenkreis von L₂ und damit in dem oder den Meßapparaten entstehen lassen. Bei Ankunft des Widerhalls fließt in dem Stromkreis des Quarzapparates LQ ein sehr schwacher Strom, der auf die Röhre L₃ mittels der Spule B₂ und der Röhre L₁ nur eine sehr geringe Wirkung ausübt, während die Spule B₁ durch den Verstärker Z auf L₂ mittels der Röhre L₁ eine genügend starke Wirkung ausübt, um das Gitter von G₂ negativ zu laden und den Meßstrom zu unterbrechen, während gleichzeitig ein Anoden-' strom in der Röhre L₃ entsteht. Wenn das Meßinstrument ein Amperemeter ist, so genügt es, seinen Ausschlag abzulesen. Ist dieses Instrument auf Null zurückgekehrt, so ist alles für eine neue Messung bereit. Ist das Instrument ein Fluxmeter, so liest man dessen Ausschlag ab, und es genügt, das Instrument durch einen plötzlichen Stromstoß eines Trockenelementes in die Nullstellung zu bringen, um es für eine neue Messung bereitzuimachen.

Man kann eine der Lampen der Balanceschaltung weglassen. Die Schaltung enthält dann zwei Röhren L₂ und L₃ (Abb. 8), die untereinander, wie in Abb. 7, verbunden sind.

Der Sendekreis LQ ist mit der Spule B₂

induktiv gekoppelt und wirkt auf das Gitter der Röhre L₃, nachdem er den im Nebenschluß liegenden Kondensator C₃₀, -R₃₀ durchflossen hat. Das Gitter der Röhre L₁ wird durch ein Potentiometer P₃₀ entsprechend negativ gehalten und ist mit der Ausgangsldemme des Verstärkers Z verbunden.

Das verstellbare Potentiometer dient dazu, die Gitterspannung der Röhre L₁ in das Bereich der Charakteristik zu bringen, wo die Empfindlichkeit der Balanceschaltung entsprechend hoch ist.

Anstatt ein Potentiometer zu verwenden, kann man das Gitter stärker negativ laden, als es erforderlich, ist, und zwar durch eine konstante negative Spannung und durch Einwirkung von Hochfrequenzschwingungen, etwa einer Heterodynröhre, auf den Gitterkreis der Röhre L₁. Das Gitter wird auf diese Weise periodisch in den Bereich ausreichender Empfindlichkeit gebracht. Die Frequenz d.er Heterodynröhre soll von der Frequenz der Wellen von Überhörfrequenz abweichen. ,

Der Anodenkreis der Röhre L₂ ist mit dem Widerstand R₁' und hierauf durch den Schalter K₄ mit einem ballistischen Galvanometer GB verbunden, das im Nebenschluß mit den Widerständen S₃ und S₁ liegt. Der Schalter Ιζ_Α gestattet, die Empfindlichkeit des Galvanometers zu ändern, unter Aufrechterhaltung des Dämpfungswiderstandes. Der Ano^ denkreis der Röhre L₃ ist mit dem Widerstand R₂ und hierauf im Nebenschluß mit einem Milliamperemeter und einem Widerstand S₃ verbunden. Die Schieber der Nebenschlußwiderstände S₁ und S₂ bilden mechanisch eine Einheit und werden somit gemeinsam verschoben. Die Widerstände R₁ und R₂ sind untereinander gleich und im Vergleich zum Widerstand der Röhren sehr groß. Diese Schaltung ermöglicht es, die Meßgenauigkeit des ballistischen Galvanometers festzustellen und zu regeln, wie weiter unten auseinandergesetzt wird.

Die Wirkungsweise der Balanceschaltung nach Abb. 8 ist die folgende:

Angenommen, der Anodenkreis der RöhreL₂ sei unterbrochen: Im Augenblick der Signalsendung wirkt der Schwingungskreis LQ auf das Gitter der Röhre L₃. Der kurzgeschlossene Kondensator C₃₀ lädt sich auf der dem Gitter der Röhre zugekehrten Seite negativ, und diese Ladung steigert die auf das Gitter wirkende negative Spannung. Das Gitter der Röhre L₁ empfängt die vom Verstärker empfangenen Schwingungen. Es kann aber offensichtlich keine Ladung auf dem Gitter der Röhre 2 aufgespeichert' werden, da dieser Gitterkreis keinen Kondensator hat, im Gegensatz zu dem Gitterkreis der Röhre L₃. Der in dem Galvanometer BG auftretende Strom kann trotz der auf die Röhre L₁ wirkenden Schwingungen nicht unterbrochen werden, solange nicht die Ladung des Kondensators C₃₀ ■ unter einen bestimmten kritischen Wert gesunken ist, bei welchem der Anodenstrom in der Röhre L₂ unterbrochen werden kann. Man wählt die Zeitkonstante

der Kapazität C₀ und des Widerstandes R_i0 derart, daß die Ladung von C₃₀ nicht bis auf den kritischen Wert herabsinkt, bevor die Signalsendung beendet ist. Die Balanceschaltung wird ausgelöst, und der Strom bleibt endgültig im Galvanometer geschlossen und wird nicht vor dem Eintreffen des Widerhalles unterbrochen. Die Ausschläge des ballistischen Galvanometers sind direkt proportional der Stromstärke im Anodenkreis der Röhre L₂. Dieser Strom hängt praktisch von dem der Batteriespannung e ab, die je nach ihrem Entladungszustand um io Prozent schwanken kann. Da diese Batterie aus Trockenelementen oder kleinen Akkumulatoren besteht, kann man diese Spannung absatzweise um 1,5 'bis 2 Volt ändern, was 1 bis 2 Prozent der Gesamtspannung bedeutet. Das sind Unterschiede, die bei Messungen unzulässig sind. Die Anordnung von Nebenschlußwiderständen läßt diesen Übelstand beseitigen.

Man kann die Stromstärke in dem Galvanometer GB mittels des Nebenschlußwider-Standes S₁ regeln. Da der Strom aber nur während eines sehr kurzen Zeitraumes fließt, kann man diese Regelung nicht ohne weiteres vornehmen. Wenn man berücksichtigt, daß der durch den Anodenkreis der anderen Röhre L₃ fließende Strom von der Spannung e abhängig ist, und wenn man den Widerstand RJ gleich groß wie R₁ macht, dann sind die Stromstärken in den beiden Anodenkreisen gleich. Es versteht sich dann, daß diese Widerstände im Vergleich zu denen der Röhren L₂ und Z._? sehr hoch sind, ebenso wie die Nebenschlußwiderstände S₃, S₁ und S₂, so daß diese nicht mehr in Betracht kommen. Es fließt jetzt der Anodenstrom der Röhre L₃ während der ganzen Zeit, wo man keine Messungen macht. Das Ablesen ist dann leicht. Die Bedienung des Nebenschlußwiderstandes S₂ gestattet, die Stärke dieses Stromes auf den Wert zu bringen, für den die Loteinrichtung geeicht ist. Da die Schieber der Nebenschlußwiderstände .5T₁ und S₂ miteinander gekuppelt sind, wählt man die Stellung von S₁. S₂, S₃ so, daß die Nebenschlußwirkung auf das Galvanometer GB die gleiche ist wie auf das Milliamperemeter M. Das Ablesen dieses Milliamperemeters M gestattet dann, den Strom im ballistischen Galvanometer auf den Wert zu bringen, für den dieses geeicht ist.

Verbindet man den Eingangskreis des Verstärkers Z mit dem Sendekreis LQ unmittelbar, dann wird das Gitter der ersten Röhre des Verstärkers sehr heftigen Spannungsschwankungen unterworfen, die zwischen den zu dieser Röhre führenden Leitern Entladungen verursachen können. Diesem Übelstand kann man abhelfen, indem man in den Gitterkreis einen Widerstand einschaltet. Die nicht linearen Schwankungen des Gitterstromes dieser Röhre haben zur Folge, daß für die kleinen Spannungsschwankungen beim Empfang der Widerstand der Rö.ire sehr groß ist und der Widerstandsa^fall gering ist. Beim Empfang hat daher die Einführung dieses Widerstandes keine ungünstige Wirkung. Bei der Absendung dagegen wechselt der Gitterstrom, und ein großer Teil der Spannung wird von dem Schutzwiderstand verzehrt. Die Spannung an den Klemmen der Röhre wird somit vermindert.

Abb. 9 zeigt die Schaltung dieser Anordnung für den Fall, daß das Gitter mit dem Schwingungskreis induktiv gekoppelt ist. L ist die Selbstinduktion des Schwingungskreises und Q der Quarzkondensator. Die Selbstinduktion L ist mit einer aperiodischen Spule B₁ gekoppelt. Die Teile L und B₁ bilden zusammen einen Spannungserhöhenden Transformator, dessen Sekundärspule mit der zusätzlichen Kapazität C₁₀ verbunden sein kann. Mit R₁₀ ist der Schutzwiderstand bezeichnet.

Die Abb. 10 und 11 zeigen ein vollständiges Schaltungsschema einer Loteinrichtung für große Tiefen. Außer den obengenannten Verbesserungen hat man auch die Empfindlichkeit des Empfangs auf das äußerste gesteigert. Außer dem Hochfrequenzverstärker HF₁, HF_n wird eine Gleichrichterröhre D und ein Niederfrequenzverstärker JSF₁, BF_n verwendet. Die Bauart der Hoch- und Niederfrequenzverstärker kann beliebig sein, beispielsweise mit Widerstand, Transformator, Stoßspule, aperiodisch oder abgestimmt. Zur Vermeidung der Dämpfung wendet man vorteilhaft die in der Radiotechnik üblichen Rückkoppelungen oder das Heterodyverfah-

ren an. HF₁, HF₂ HF_n (Abb. 10) sind

die Hochfrequenzverstärker. D ist die gleichrichtende Röhre oder Audion. 5P₁ ..... BF_n sind Niederfrequenzröhren; L₁, L₂, L₃ sind die Röhren der Balanceschaltung. Ein zweipoliger Schalter K₁₀ gestattet die Ausschaltung der Niederfrequenzverstärker und das Abstellen ihres Heizstromes, falls Messungen von geringen Tiefen vorgenommen werden sollen, wo die Zeitkonstanten der Verstärkerkreise sehr klein sein sollen.

Im Schaltungsschema der Abb. 10 und 11 ist C- eine kapazitive Rückkoppelung zur Steigerung der Empfindlichkeit des Verstärkers. Man kann natürlich auch eine induktive Rückkoppelung verwenden. LQ ist der Schwingungskreis, der einerseits durch die Spule B₁ mit dem Verstärker, andererseits durch die Spule B₂ mit der Balanceschaltung gekoppelt ist. L₃₀, C₂₀ bezeichnen den primä-

ren Schwingungslcreis und werden von einer Rühmkorffspule R^ gespeist. E ist eine Funkenstrecke. Die Energie des Sendekreises wird, wie aus dem Schaltungsschema ersicht-Hch, von der Trockenbatterie P₁₀ geliefert.

Die Fernsteuervorrichtung umfaßt die Relais R₁ und R₂, die Druckknopfschalter K₁ und K₂ und die Kontrollampe L₁₀.

Wird der Druckknopf schalter K₁ geschlossen, dann schließt das zweipolige Relais R₁ einerseits den Heizstrom der Röhren, andererseits einen Stromkreis zum Druckknopfschalter K₂. Die Kontrollampe L₁₀ im Nebenschluß leuchtet auf. Sie hat den Zweck, anzuzeigen, daß die Vorrichtung betriebsbereit ist, und darauf aufmerksam zumachen, daß die Röhren geheizt sind. Es ist dann weniger zu befürchten, daß die Röhren zwecklos geheizt sind.

ao Das Relais R₂ ist so bemessen, daß der Strom zur Speisung der Lampe L₁₀ für seine Auslösung nicht ausreicht. Wenn man aber diese Lampe durch Betätigung des Druckknopfes R.,' kurzschließt, so löst man das Relais R₂ aus und bewirkt die Sendung von Wellen mit Überhörfrequenz.

Die Gesamtheit der Fernsteuervorrichtungen, nämlich die Druckknopfe K₁ und K₂, das ballistische Galvanometer BQ, das Milliamperemeter M sowie die regelbaren Nebenschlußwiderstände können ohne Nachteil fern vom Echolotapparat aufgestellt werden.

Die Gesamtheit dieser Einrichtungen ist in der Zeichnung von einer gestrichelten Linie eingeschlossen. Im besonderen kann der Lotapparat im Schiffsraum aufgestellt sein, während die Meßinstrumente und die Druckschalter auf der Kommandobrücke angeordnet sind. .

Die Abb. 12 schließlich zeigt die schematische Anordnung der hauptsächlichsten Teile einer anderen Ausführungsform mit der vollständigeren Darstellung des Registrierinstrumentes C₃, s der Abb. 2 und 4.

Ein ■ sich mit gleicher Geschwindigkeit drehendes Rad f hat in gleichen Abständen mehrere Schreibfedern, Spitzen o. dgl. angeordnet; beispielsweise sind in Abb. 11 vier Federn S₁, S₂, J₃, i₄ dargestellt. Das elekirische, von der Masse des Instrumentes isolierte Rad ist mit der Anode einer Dreielektrodenröhre L₁ der Abb. 2 und 4 verbunden. Die Radachse hat eine der Spitzen s entsprechende Zahl Sendekontakte a. Diese Kontakte α lösen das Relais R₂ (Abb. 1 und 10). Die verschiedenen Sendungen erfolgen, je nachdem die verschiedenen Federspitzen die gleiche Lage auf dem als Registriervorrichtung dienenden Papierband einnehmen. Das Papier b, auf dem die Aufzeichnungen gemacht werden, liegt auf einer Vorratsrolle c und rollt sich auf eine Aufnehmerrolle d ab. Der Antrieb erfolgt mit einem kleinen, zwar langsam^-aber mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umlaufenden Motor, der den Papierlauf, proportional zur Zeit, regelt, oder durch einen auf dem Schiff angeordneten Geschwindigkeitsmesser.

Ist der Abstand der beiden Rollen im Verhältnis zur Papierbreite genügend groß, so kann man dieses leicht biegen und in einer entsprechenden Führung durchlaufen lassen. Die Führung g hat die Form eines Viertelkreises. Eine gekrümmte Feder r liegt auf dieser Führung auf, so daß das Papier zwisehen dieser Feder und der Führung gleitet. Die Feder hat ein Fenster, durch welches die Schreibfedern durchlaufen. Die Führung selbst ist mit dem positiven Pol einer den Anodenstrom liefernden Batterie verbunden.

Jedesmal wenn eine der Federspitzen auf dieselbe Gerade trifft (senkrecht zur Erzeugenden des abrollenden Papiers), erfolgt eine Signalsendung. Die Feder erzeugt eine Marke, und die Gesamtheit dieser Zeichen ergibt infolge der Abstand erzeugenden Bewegung des Papiers eine gerade Linie als Abszisse der Kurve. Die Federspitze verschiebt sich proportional der Zeit, während der nach einer bestimmten Zeit rückkehrende Widerhall ein weiteres Zeichen entsprechend der Stellung der Feder in diesem Augenblick aufzeichnet, so daß die Zusammenfassung dieser so erhaltenen Punkte die Form des Meeresgrundes ergibt.

Die Verschiebung des Papiers ist proportional dem Weg des lotenden Schiffes. Zu diesem Zweck kann man, wie erwähnt, deshalb die Verschiebung des Papiers mit der Vorrichtung für die Geschwindigkeitsmessung des Schiffes fest verbinden. Man kann aber auch in gleicher Weise, wenn das lotende Schiff mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fährt, dem Papier mit einem kleinen Motor gleichbleibender Geschwindigkeit eine solche gleichförmige Bewegung geben.

Man erhält so die Aufzeichnung in rechtwinkligen Koordinaten, und es ist leicht, der Registrierung je nach der Aufzeichnung zu folgen. Die Aufzeichnung kann auf einem Papierband erfolgen, das lang genug ist, um daraus Einzelheiten der Kurve auf große Entfernungen zu erhalten.

Claims (13)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Messen und Registrieren von Entfernungen oder Meerestiefen durch Echolot mit wechselndem Gitterpotential einer Dreielektrodenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sicji das Gitter potential bei Signalsendung oder bei der Rückkehr des Widerhalls derart

   'ändert, daß der Anodenstrom der Röhre (L₁) im Augenblick der Sendung oder der- Rückkehr des Widerhalls geschlossen oder unterbrochen wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anodenkreis der Dreielektrodenröhre (L₁) eine elektromotorische Kraft (B₂) und ein Registrierinstrument, aus einem umlaufenden Zylinder (C₃) und einer daran anliegenden Schreibfeder (s) bestehend, angeordnet ist, mittels derer bei Signalsendung und bei Signalrückkehr durch die Änderung des Gitterpotentials und durch den dadurch bedingten Stromschluß im Anodenkreis an diesen beiden Zeitpunkten zwei entsprechende Marken auf dem Registrierzylinder aufgezeichnet werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Registrierinstrument (Abb. 12) aus einem gleichmäßig umlaufenden Rad (/) mit Schreibfederspitzen (s) besteht, an dessen Achse für die Wellensendung mit Überhörfrequenz der Zahl dieser Federn entsprechende Kontakte (a) sitzen, und daß ein der Schiffsgeschwindigkeit entsprechend umlaufendes Papierband (b) zwischen dem Rad (/) und einer mit der Anode einer Dreielektrodenröhre verbundenen Führung (g) durchläuft, dessen (b) Breite dem ASbstand zweier Federn entspricht.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Signalsendung geschlossenen Stromkreis eine Meßvorrichtung (A) angeordnet ist, die die Elektrizitätsmenge mißt, die zwischen Signalsendung und Empfang des Widerhalles diesen Stromkreis durchfließt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehr kurzen Meßzeiten ein ballistisches Galvanometer, ein Amperemeter oder ein Fluxmeter verwendet wird.
6. 6. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßinstrumente im Anodenkreis einer Dreielektrodenröhre (L₂) liegen, deren Gitter mit der Anode einer gleichen zweiten Röhre (L₁) verbunden ist, während ein durch einen Schalter (K) kurzgeschlossener Kondensator (C) in der Gitterleitung der ersten Röhre (L₂) liegt, so daß beim Schließen des Schalters (K) im Augenblick der Signalsendung der Strom in den Meßinstrumenten (A) geschlossen wird, während das Gitter (G₁) der zweiten Röhre (L₁) beim Signalempfang den Kondensator (C) lädt und den Strom im Meßkreis unterbricht.
7. 7. Anordnung nach. Anspruch 4, unter Verwendung von Fluxmetern, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fluxmeter (F) mit Widerständen (S) zur Erzeugung des erforderlichen Empfindlichkeitsgrades im Nebenschluß liegen, während eine Zusatzbatterie (P₃) unter Zwischenschaltung eines großen Widerstandes (R) mit den Enden eines Teilwiderstandes (r) im Nebenschluß verbunden ist, die die schwachen richtenden Kraftlinien der zum Fluxmeter führenden Leitungsdrähte ausgleicht.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluxmeter (F) während der Zeit zwischen den Messungen durch Schalter (K₂) kurzgeschlossen sind, dagegen im Augenblick der Signalsendung durch Öffnen des Schalters (K₂) eingeschaltet werden.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine elektrische Balanceschaltung zweier Dreielektrodenröhren (L₂, L₃), deren Gitter mit der Anode der anderen Röhre verbunden ist, so daß nur zwei stabile Betriebszustände möglich sind, indem jeweils nur im Anodenkreis einer Röhre Strom vorhanden ist, also entweder bei der Signal-Sendung in dem mit den Meßinstrumenten, verbundenen Anodenkreis oder beim Signalempfang im anderen Anodenkreis, wodurch in letzterem Fall der Strom im Meßkreis selbsttätig unterbrochen wird.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter einer Röhre (L₈) der Balanceschaltung in dem Anoden- oder Meßkreis der anderen Röhre (L₂) mit einem Kondensator (C₃₀) im Nebenschluß eines Widerstandes (i?₃₀) liegt und induktiv (B₂) gekoppelt oder sonstwie mit dem Sendekreis (LQ) verbunden ist, so daß der Strom selbsttätig in den Anoden- und Meßkreis der zweiten Röhre (L₂) bei der Signalsendung geleitet wird.
11. 11. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch ein Potentiometer (P₃₀), das die Gitterspannung der einen Verstärkerröhre (L₁), die mit einer Röhre (L₂) der Balanceschaltung verbunden ist, in dem Bereich der Charakteristik erhält, in dem die Empfindlichkeit der Balanceschaltung entsprechend groß ist.
12. 12. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 bis 11, gekennzeichnet durch ein Milliamperemeter (M) im Anodenkreis der zweiten Röhre (L₃) der Balanceschaltung, das ebenso wie die Meßinstrumente (GB) mit einem Widerstand (S₂) im Neben-

    45400t

    Schluß angeordnet ist, wobei die Schieber beider Widerstände (S₁, S₂) fest untereinander verbunden sind.
13. 13. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen Widerstand (R₁₀) im Gitterkfeis der Verstärkerröhre (Hp₁), die induktiv (ZJ₁) mit dem Sendekreis (LQ) gekoppelt ist, um Überspannungen in dieser Röhre (HF₁) zu vermeiden.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.