DE493333C - Elektrische Einrichtung fuer Tiefen- oder Entfernungsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Meerestiefen oder Entfernungen unter Verwendung einer Glimmlichtröhre als Relais in einem Tiefenmesser oder einer Signaleinrichtung mit elastischen Wellen. Man verwendet hierbei Röhren mit Glimmlicht, die bei einer ganz bestimmten Spannung, der Zündspannung-, zum Leuchten gebracht werden können, wäh-

xo rend die Abreißspannung wesentlich kleiner ist, so daß die Röhre erst erlischt, nachdem ein wesentlich niedrigeres Potential erreicht ist. Bei Erreichen des vorgenannten bestimmten Zündpotentials tritt ein plötzliches Auileuchten der Röhre ein, und dieses Aufleuchten ist so scharf von dem Erreichen des Potentials abhängig, daß, wenn die Zündspannung etwa 80 V beträgt, die Röhre bei 79,8 V noch nicht aufleuchtet. Hält man da-

ao her die Röhre mit einer Hilfsstromquelle unter einer Spannung, die sich der Zündspannung nähert, aber darunter bleibt, so ist die Röhre ganz besonders fein für die Zündung eingestellt.

Es genügt dann nur eine ganz geringe Erhöhung der Spannung, im genannten Fall um 0,2 V, um das Aufleuchten des Glimmlichtes zu erreichen. Diese Erhöhung der Spannung erfolgt durch Stromstoß, wie er durch die Signalsendung oder durch Rückkehr des Echos oder beim Empfang eines Signals eintritt.

Die Abreißspannung kann dagegen wesentlich niedriger sein. Im vorgenannten Beispiel wird die Röhre bis herunter zu 70 V leuchten und erst dann erlöschen.

Man hat zwei Wege zur Verwendung einer solchen Lampe, indem man entweder das Aufleuchten der Röhre zur Bestimmung eines zeitlichen Abstandes von dem nächsten Aufleuchten verwendet, oder indem man die Röhre so einstellt, daß sie dauernd leuchtet und durch das Signal oder den Empfang zeitweise zum Erlöschen gebracht wird. Beide Arten der Verwendung können im An-Schluß an eine Schreibeinrichtung benutzt werden.

Man kann in gleicher Weise die Röhre auch für den Löschungspunkt fein einstellen, indem man sie mittels einer mehrfachen Stromquelle auf eine Spannung bringt, die etwas über der Abreißspannung liegt, so daß ein Stromstoß eine geringe Unterspannung und damit das Erlöschen hervorruft.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt:

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Abb. i zeigt ein elektrisches Schema einer Meßeinrichtung unter Verwendung eines Relaislichtes;

Abb. 2 zeigt das optische System einer solchen Meßeinrichtung;

Abb. 3 ist eine Vorderansicht;
Abb. 4 und 5 zeigen abgeänderte Ausführungsformen in der Arbeitsweise der Röhre; Abb. 6 zeigt die Verwendung einer Röhre mit mehreren Elektroden;

Abb. 7 zeigt die Verwendung einer Relaiswirkung des Entladungsstromes in einer Einrichtung zum Messen für große Tiefen mit einer Zeigeranordnung.
Abb. ι zeigt' eine Meßeinrichtung, in der ein Signal gegeben und das Echo empfangen wird.

Ein elektrischer Wechselstromsender 1 wird durch eine Gleichstromquelle 2' gespeist und durch den Unterbrecher 3 betätigt.

Der Sender betätigt den piezoelektrischen Kondensator 2, der die. elektrische Energie in elastische Wellen umwandelt. Diese Vorrichtung steht in Verbindung mit dem Wasser. Die auch umgekehrt laufende Vorrichtung 2, die auch aus einem Sende- und aus | einem Empfangsapparat bestehen kann, steht j in Verbindung mit dem Verstärkersystem 4, dessen Ende unter Zwischenschaltung eines Transformators S an den Relaisröhrenkreis 6 angeschlossen ist. Diese Relaisröhre besteht beispielsweise und zur größeren Genauigkeit aus einer Neon-Röhre, deren Elektroden mit alkalischem Metall oder alkalischen Erden bedeckt sind, um die Abreißspannung zu verringern und genauer zu bestimmen.

Der Stromkreis dieser Relaisröhre 6 besteht aus dem Transformator 5, einer Polarisationsquelle 7 mit einem Spannungsteiler 8 und einem Relais 9, dessen Anker 10 sich im Röhrenkreise befindet, während die Spule 11 an den Klemmen des Unterbrechers 3 unter Zwischenschaltung eines Kondensators 12 angeschlossen ist.

Bei Abgabe eines Signals geht die Neon-Röhre, die durch ein vorhergehendes Echo aufleuchtet, aus, und das dem Signal folgende Echo bringt sie wieder zum Leuchten. Die Arbeitsweise ist weiter unten beschrieben.
Die Beobachtung der Röhre kann folgendermaßen erfolgen (Abb. 2):

Die Neon-Röhre ist bei 17 angegeben. Der

leuchtende Teil wird durch einen Zylinder 59 gebildet, dessen Horizontalachse in der Linie 52-53 (Abb. 2) liegt. Die Welle 54 dreht sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit und hält einen Spiegel 55 mit einer Linse 56, die um diese Welle 54 kreist. Das Bild 57 der Röhre liegt genau in der Ebene einer Zeigertafel 58.

In Abb. 3 ist die Vorderseite der Zeigertafel dargestellt. Bei 57 befindet sich das Röhrenbild. Der Signalabgang ist so geregelt, daß er immer an der gleichen Stelle des sich drehenden optischen Systems erfolgt. Das Röhrenbild verschiebt sich vor der Zeigereinteilung und verschwindet in der Sendestellung des Signals, während es bei der Rückkehr des Echos in einer anderen Lage wieder erscheint, wodurch auf der Grad einteilung ein dunkler Abschnitt, gefolgt von einem leuchtenden Abschnitt, erzeugt wird. Der dunkle Abschnitt ist proportional der Tiefe oder des zu messenden Abstandes.

Die Arbeitsweise des Systems ist folgende: Das Relais 9 ist geschlossen, und der Spannungsteiler 8 liegt im Schluß mit der Stromquelle 7 so, daß die Spannung an den Röhrenklemmen etwas unterhalb der Zündspannung liegt. Es sei Annahme, daß die Röhre durch ein vorhergehendes Echo erleuchtet sei. Das Relais ist geschlossen, der Unterbrecher 3 ist offen, der Kondensator 12 wird durch die Quelle 2' geladen. Die Ladeströme laufen über das polarisierte Relais 9 und den Generator 1. Der Sinn der Relaisspule ist der, daß die Ladeströme das Relais zu schließen suchen, und da dieses schon durch das Schließen durch die magnetische Polarisation beeinflußt ist, haben die Ladeströme keinerlei Wirkung.

Im Augenblick der Sendung ist der Unterbrecher 3 geschlossen. Der Kondensator 12 entlädt sich langsam in das Relais 9 über dem Unterbrecher 3, das Relais unterbricht den Röhrenkreis und löscht die Röhre. Der Stromkreis wird daher während der Dauer der Entladung des Kondensators 12 unterbrochen bleiben, und man regelt die gleichmäßige Dauer der Entladungszeit des Kondensators 12 durch eine entsprechende Einrichtung so, daß diese Zeit größer wird als die Dauer der Sendung, damit der Strom während der ganzen Dauer der Sendung unterbrochen bleibt.

Ist der Kondensator 12 entladen, dann schließt sich das Relais 9; aber da die durch die Batterie 7 und den Spannungsteiler 8 gegebene Spannung unterhalb der Zündspannung der Röhre liegt, leuchtet diese nicht auf. Kehrt das Echo zurück, so wird es durch den Verstärker 4 verstärkt und wirkt auf den Stromkreis der Relaisröhre durch den Transformator 5.

Die Verbindungen sind so eingerichtet, daß eine Spannung entsteht, und diese bringt von neuem die Röhre 6 zum Aufleuchten. Die Röhre ist also während der Zeit zwischen Abgang des Signals und der Rückkehr des Echos gelöscht, d. h. dunkel, und von der Rückkehr des Echos bis zum Abgang des nächsten Signals erleuchtet.

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Die Größe des dunklen Abschnittes auf der Zeigereinteilung gibt die Tiefe oder den gewünschten Abstand an. Man kann auch die Arbeitsweise umkehren, d. h. man kann den leuchtenden Abschnitt zur Bestimmung der Tiefe verwenden. In diesem Fall wird die Spannung der Batterie 7, durch 8 geregelt, leicht etwas über der Abreißspannung sein, und zur Lösung der Spannung wird eine Unterspannung zugegeben. Das Schema wird dann durch die punktierte Leitung vervollständigt, die eine der Elektroden 6 an das Ende der Batterie 7 anschließt unter Einschaltung eines Widerstandes 7'. Die Arbeitsweise ist dann folgende:

Das vorhergehende Echo hat die Röhre gelöscht. Bei der Sendung öffnet sich das Relais, aber anstatt den Röhrenkreis zu unterbrechen, bleibt die Elektrode an die Batte-

^ao rie 7 angeschlossen, und die Röhre leuchtet. Schließt sich das Relais, dann ist die Spannung der Röhre 6 die des Spannungsteilers. Bei Ankunft des Echos erfolgt Unterspannung, die die Röhre erlöschen läßt. Zur Er-

^a5 zielung guter Erfolge mit dieser Einrichtung ist es nötig, daß die Unterspannung eine gewisse Zeit anhält. Diese Zeit wird vermindert, wenn man anstatt des Transformators 5 eine Widerstandskopplung verwendet, wie sie in Abb. 4 dargestellt und weiter unten beschrieben ist.

Die Art der Verbindung, die die Betätigung der Sendung mit der des Relaisankers 9 synchronisiert, kann irgendwelche sein; im besonderen wird am Prinzip der Erfindung nichts geändert, wenn der Unterbrecher 3 und das Relais ro durch die gleiche Vorrichtung betätigt werden, etwa durch Kurvenscheiben auf der Motorachse, die das optische System drehen läßt.

Anstatt bei Sendung ein Erlöschen der Röhre und beim Eintreffen des Echos em Aufleuchten zu veranlassen, kann man sehr gut bei der Sendung ein kurzes Aufleuchten und ein zweites kurzes Aufleuchten bei Ankunft des Echos bewirken, wobei diese beiden Zeitpunkte auf der Zeigertafel einen Abschnitt anzeigen, der der zu messenden Tiefe entspricht.

So Tn diesem Fall ist durch die Rückkehr des Echos der Stromstoß gegeben. Aber man muß die Einrichtungen Zwischenschalten, um die mögliche Selbstunterbrechung zu verhindern, damit die Röhre auch wirklich aufleuchtet. Man kann für diesen Zweck mechanische oder elektrische Einrichtungen anwenden.

Die Abb. 4 zeigt beispielsweise die Verbindung mit einer mechanischen Unterbrechung. Ganz allgemein kann die Verbindungsart zwischen Verstärker 4 und Stromkreis- der Relaisröhre irgendwelche sein, etwa durch Autotransformator, Kondensator, Widerstand o. dgl. In der Abb. 4 ist eine Verbindungsweise mit Widerstand und Kondensator dargestellt. Der Verstärkerkreis erstreckt sich über den Widerstand 13, dessen Potentialdifferenz in veränderlichem Betrieb über den Widerstand 14, den Kondensatoren 15 und 16 zurückkehrt. Dieser Widerstand ist in den Röhrenkreis 17 eingeschaltet.

Die Polarisationsbatterie liegt bei 18 und der Spannungsteiler bei ig. Ein Relais ist in gleicher Weise in Serie in den Stromkreis der Relaisröhre eingebaut. Seine Spule 20 liegt im Nebenschluß mit dem Kondensator 21, und sein Anker 22 unterbricht den Strom, der in die Spule fließt. Ist das Relais rasch und empfindlich, so kann man den Kondensator 21 weglassen. Bei Stromlosigkeit wird der Anker erregt, um den Stromkreis zu schließen. Der Strom, der durch die Spule 20 fließen kann, wenn die Röhre 17 erleuchtet ist, genügt, um den Relaisanker zu betätigen. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist dann folgende:

Die Spannung der Batterie 18 unter dem Einfluß des Potentiometers 19 wird so eingestellt, daß sie etwas unter der Zündspannung der Röhre 17 liegt. Es ist angenommen, daß kein Strom in den Stromkreis fließt, und daß der Anker 22 des Relais 20 den Stromkreis schließt.

Tritt eine Änderung des Stromes ein in dem Widerstand 13, etwa durch Abgehen des Signals oder Ankunft des Echos, so wird diese Spannungsänderung auf den Widerstand 14 über die Kondensatoren 15 und 16 übertragen. Diese Spannungsänderung kommt zu der Batteriespannung 18 hinzu und veranlaßt das Aufleuchten der Röhre 17. Der Strom geht aber zuerst über die Kapazität 21, und es ist nur eine Frage der Zeit, entsprechend der Größe dieser Kapazität und der Selbstinduktionsspule des Relais 20, daß der Strom auch durch das letztere durchfließt.

Das Relais ist nun in Tätigkeit. Der Anker 22 unterbricht den Strom. Die Röhre verlöscht, aber der Kondensator 21, der an den Klemmen der Wickelung 20 geladen wurde, no entlädt sich in diese und hält den Strom während einer bestimmten Zeit ununterbrochen. Der Anker 22 legt sich auf seinem Kontakt wieder an, schließt den Stromkreis, und die ganze Einrichtung ist wieder zum Anzeigen einer neuen Überspannung fertig.

Die Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsweise, in welcher der Röhrenstrom, anstatt durch ein Relais unterbrochen zu werden, sich selbst elektrisch unterbricht.

Bei dieser Ausführungsform besteht die Verbindung zwischen dem Röhrenkreis und

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dem Verstärker 4 aus einem Autotransformatör 23. Die Batterie 24 speist durch den Potentiometer 25 einen Kondensator 26 und einen Impedanzwiderstand 27. Der Kondensator 26 speist die Neon-Röhre 28 über den Autotransformator 23. Ruht die Signalgebung, dann ist die Batteriespannung 24, durch den Spannungsteiler 25 geregelt, unter der Zündspannung.
Tritt eine Überspannung im Autotransformator 23 ein, so leuchtet die Röhre auf, der Kondensator 26 entlädt sich auf die Röhre 28, und der Impedanzwiderstand 27 ist genügend hoch, um die Entladung in der Röhre 28 nicht aufrechthalten zu können.

Die Spannung an den Kondensatorklemmen vermindert sich, und wenn diese die Abreißspannung der Röhre erreicht, verlöscht die Röhre von selbst.

Der Kondensator 26 wird dann wieder durch die Batterie 24 aufgeladen über den Widerstand 27, und nach einer relativ kurzen Zeit ist die ganze Einrichtung wieder von neuem zu arbeiten bereit.

Des weiteren kann man ganz allgemein eine Neon-Röhre oder eine Röhre mit irgendeinem anderen Gas schwachen Druckes mit mehreren inneren oder äußeren Elektroden verwenden. Abb. 6 zeigt die Anordnung einer solchen 'Röhre. In einer Relais-Neon-Röhre 29 sind zwei Elektroden 30 und 31 angeordnet, beide im Innern der Röhre, die über den. Impedanzwiderstand 32 durch eine Batterie 33 gespeist werden. Die Spannung dieser Batterie wird durch den Potentiometer 34 geregelt, um unter der Zündspannung der Röhre zu sein.

Eine Hilfselektrode 35, etwa außerhalb der Röhre, steht mit dem Transformator 36 in Verbindung, dessen primäre Spule an den Verstärker 4 der Abb. 1 angeschlossen ist. Der Stromkreis ist an der einen Seite an dem Potentiometer 37 und mit der Batterie 33 verbunden.

Man hat festgestellt, daß eine Spannungsänderung auf der Elektrode 35 die Zündung der Röhre 29 herbeiführt, wenn diese gelöscht und fein eingestellt war. Umgekehrt ist die Röhre fein eingestellt, auf Unterspannung kann man sie durch Betätigung von der Elektrode 35 zum Löschen bringen.

Alle vorher erwähnten Einrichtungen können hier Verwendung finden. Man kann in gleicher Weise die Wirkung eines magnetisehen Feldes auf die Entladung verwenden, und die Feineinstellung auf eine oder mehrere Elektroden kann auch durch Gleich- oder Wechselstrom erhalten werden.

In der Abb. 7 ist die Verwendung eines Relais gezeigt, das auf den Entladungsstrom anspricht, und zwar in einer Meßvorrichtung für große Tiefen mit Überschallschwingungen und mit einer Zeigeranordnung.

Wie in der Abb. 1 so ist hier ein Sender für Hochfrequenzstrom dargestellt, der einen Wellenwandler 2 betätigt. Der für den Sender ι erforderliche Strom wird von der Stromquelle 2' geliefert, und der Strom kann durch den Unterbrecher 3 unterbrochen werden, wobei für das Echo der Verstärker 4 angeordnet ist.

Der Stromkreis der Neon-Röhre 6 ist mit dem Verstärker 4 über den Transformator 5 verbunden. Die Polarisationsquelle der Röhre liegt bei 7 und kann durch den Spannungsteiler 8 geregelt werden. Die Spule eines ersten Relais 38 liegt in Reihe in dem Röhrenkreis mit dem Relaisanker 9. Der Anker 39 des Relais 38 kann den Strom der Batterie 40 unterbrechen, der wieder einen Elektrochronometer 41 betätigt. Es sei angenommen, die Röhre sei durch ein vorhergehendes Echo erleuchtet. Das Relais 9 ist geschlossen, ebenso das Relais 39. Der Batteriestrom 40 fließt durch den Elektrochronometer und stellt diesen fest. Der Zeiger des Elektrochronometers wird nunmehr auf Null eingestellt. Um die Sendung zu veranlassen, schließt man den Unterbrecher 3, und das Relais 9 öffnet sich wie in Abb. 1 während der großen Sendungsdauer und veranlaßt das Erlöschen der Röhre 6 und das Stillegen des Relais 38. Der Batteriekreis 40 ist unterbrochen, der Elektrochronometer 41 frei, und der Zeiger, der zuerst auf Null stand, verschiebt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit vor der Gradeinteilung.

Nach der Sendung schließt sich das Relais 9; aber da die Batteriespannung 7 unter der Zündspannung der Röhre liegt, leuchtet diese nicht wieder auf, und der Elektrochronometer läuft weiter. Kommt das Echo an, so wird es zuerst durch den Verstärker 4 verstärkt und wirkt dann über den Transformator 5 auf die Neon-Röhre.

Die Verbindung des Transformators 5 ist so, daß das Echo eine Überspannung ergibt und die Röhre wieder aufleuchtet. Der durch die Röhre fließende Strom läßt das Relais 38 arbeiten. Der Röhrenstrom schließt sich und *¹⁰ hält den Elektrochronometer 41 an. Der Zeiger bleibt dann auf der Gradeinteilung stehen, und wenn diese Einteilung entsprechend unterteilt ist, kann man unmittelbar die gesuchte Tiefe ablesen. "5

Man kann wie in Abb. 4 in dieser Vorrichtung im umgekehrten Sinne vorgehen, d. h. die Röhre leuchtet bei der Sendung und erlischt bei Ankunft des Echos. Die gleiche leichte Abänderung der Ausführungsform, wie sie beim umgekehrten Arbeiten in Abb. 1 vorgesehen (punktierte Leitung), muß auch hier

notwendigerweise in gleicher Weise vorgenommen werden.

Die Feineinstellung der Röhre unter die Abreißspannung, um die Röhre selbsttätig aufleuchten und erlöschen zu lassen, ändert nichts an dem Prinzip der Erfindung. In gleicher Weise kann die Form der Röhren und der Elektroden so vorgesehen sein, daß bei Entladung zwischen zwei Elektroden die

ίο Wirkung der Hilfselektrode, ja selbst eines magnetischen Feldes, das Aufleuchten oder das Verschieben der Entladung veränderlich machen kann, wobei alle diese Erscheinungen leicht beobachtet werden können und ihrerseits das Eintreffen oder Abgehen eines Signals anzeigen.

In der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung dieser Einrichtung in Empfangsapparaten für die Signalisierung mit elasti- sehen Wellen in gleicher Weise vorgesehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Einrichtung für Tiefenoder Entfernungsmessung unter Verwendung von Signalen und Glimmlichtröhren mit zwei oder mehr Elektroden und mit Gasfüllung schwachen Drucks, bei denen die Entladung bei einem bestimmten Potential rasch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Signal (Sendung, Echo) die Röhre zum Aufleuchten oder zum Erlöschen gebracht wird, indem der Strom in der Röhre nahe unter oder über der Zündungsspannung bzw. der Abreißspannung gehalten wird, und das Signal die Röhrenspannung um den kleinen Restbetrag bis zur Zünd- bzw. Abreißspannung erhöht bzw. erniedrigt, wobei diese Zeitpunkte durch eine Spiegeleinrichtung festgelegt werden.
2. 2. Tiefenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung zwischen Röhren- und Sendestromkreis eine die Spannung ändernde Vorrichtung eingeschaltet ist.
3. 3. Tiefenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen oder mechanischen Einrichtungen, die im Augenblick der Signalsendung das Erlöschen oder Zünden der Röhre veranlassen, diese vor jeder anderen Beeinflussung schützen, bis das Echo ankommt, das das Wiederaufleuchten bzw. Erlöschen bewirkt.
4. 4. Tiefenmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Echo, das eine Änderung der Spannung im Röhrenkreis veranlaßt, unmittelbar entweder auf zwei Elektroden oder auf eine dritte Elektrode der Röhre einwirkt, die das magnetische oder elektrostatische Feld dieser mit einem Gas niederen Drucks gefüllten Röhre verändert und das Aufleuchten oder Erlöschen veranlaßt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen