DE623005C

DE623005C - Einrichtung zum Messen von Entfernungen mit Hilfe von Echos elektromagnetischer Impulse

Info

Publication number: DE623005C
Application number: DES98798D
Authority: DE
Original assignee: Submarine Signal Co
Current assignee: Submarine Signal Co
Priority date: 1930-05-19
Filing date: 1931-05-20
Publication date: 1935-12-11
Also published as: US1924174A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Entfernungen. Es ist begannt, bei solchen "Emfichtürigen elektromagnetische Impulse oder Wellenzüge peri-5 odisch auszusenden und nach Reflexion an dem zu messenden Objekt diese zu empfangen und den Zeitraum zwischen dem direkten und reflektierten Impuls für die Messung auszunutzen. Die Erfindung besteht darin, daß die Dauer der regelmäßig ausgesandten Impulse klein ist im Verhältnis zu den zwischen den ausgesandten Impulsen liegenden Pausen und das Anzeigen durch Herstellen von Phasengleichhedt zwischen einem direkten und dem jeweils zugehörigen reflektierten Impuls erfolgt.

Es ist dadurch möglich, laufend die Entfernungen zu messen. Der Gegenstand der Erfindung ist insbesondere zur Höhenmessung vom Flugzeug aus geeignet.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. ι in Diagrammform die Schaltungsanordnung der Erfindung.

Fig. 2 erläutert ein Prinzip ihrer Wirkung, as Fig. 3 und 3A zeigen Einzelheiten der Erfindung.

Fig. 4 erläutert eine Teilwirkung.

Nach Fig. 1 stellt 1 einen Schwingungskreis zum Erzeugen von Hochfrequenz-Schwingungen dar, welche mittels der Kopplungsspule 2 auf einen Sendestromkreis 3 gegeben werden. Der Sendestromkreis enthält eine Steuerröhre 4, die ein Gitter 5 besitzt, welches normalerweise durch die Batterie 6 mittels des einstellbaren Abgriffes 7 vorgespannt ist, so daß die gewünschte Vorspannung auf den Stromkreis wirkt. Die Anode der Röhre 4 ist zum Zwecke des Ausstrahlens der Sendeenergie mit einer Rahmenantenne 8 verbunden, indessen können auch andere Strahlungsmittel verwendet werden. Normalerweise ist nun die Vorspannungsbatterie 6 so groß bemessen, daß die Röhre 4 keinen Elektronenstrom erzeugt, ausgenommen dann, wenn diese Vorspannung von den Scheitelamplituden der Wellen des Schwingungskreises ι übertroffen wird. Ferner ist ein zweiter Schwingungskreis 9 von wesentlich höherer Frequenz als im Schwingungskreis 1 vorgesehen, dessen Energie kontinuierlich mittels der Kopplungsspule 10 auf den Sendestromkreis 3 übertragen wird. Es wird indessen infolge der Blockierung der Röhre 4 zunächst keine Energie auf die Antenne 8 übertragen, bis die Vorspannung der Batterie 6 durch die Amplituden des Stromkreises 1 überwunden wird, was periodisch in der Weise eintritt, wie es die Schwingungen der Kurvet in Fig. 2 veranschaulichen. Die Arbeitsweise dieses Stromes geht noch besser aus der in

Fig. 4 gezeigten Kurve hervor. Hier bezeichnet die Kurve ii die Frequenz des Stromkreises i, während der Abstand zwischen den Linien ο und 12 der Gittervorspannung der Batterie 6, welche auf den Sendekreis wirkt, entspricht. Die Abszissen bedeuten in dieser Figur die Gitterspannungen, während .die Ordinate dem Anodenstrom entspricht. Die Kurve 13 zeigt diese Charakteristik für die Röhre"4.. Es geht daraus hervor, daß der Anodenstrom in der Röhre 4 nur dann fließt, wenn die Spitzen 14 und 15 auftreten, d. h. wenn die Scheitelamplituden aus dem Stromkreise ι die Vorspannung der Batterie 6 übertreffen.

An diesen Punkten wird der Sendestromkreis 3 durchlässig und ermöglicht, daß die Hochfrequenzschwingungen des Schwingungskreises 9 dem Antenhenstromkreis S aufgedrückt werden. Die Hochfrequenzschwingungen des Kreises 9 besitzen zweckmäßig eine Wellenlänge unter 5 m, während die Frequenz des Schwingungskreises 1 ungefähr dem Zweifachen der größten Entfernung entspricht, für die das Gerät benutzt werden soll.

Es wurde gefunden, daß beim Verwenden einer Schwingungsquelle .die Frequenz dieser Wellen am besten in der Größenordnung ι bis 10 cm liegt. Dies kommt daher, daß diese sehr kurzen Wellen ~ohne~stehaide~ Wellen seitens des Sende- und Empfangskreises gesendet und empfangen.werden können, und daß ferner die Wellenlänge so kurz ist, daß eine große Anzahl Wellen in einem Wellenzuge ausgesendet werden kann, was bei längeren Wellen, ausgenommen beim Messen sehr großer Entfernungen, unmöglich wäre.

Die Anzahl der Schwingungen in einem Wellenzuge multipliziert mit der Wellenlänge muß stets eine geringere Entfernung ergeben, als es der doppelten zu messenden Entfernung entspricht; sie ist vorzugsweise von einer anderen Größenordnung, da sonst die gesendeten und reflektierten Wellen in Interferenz geraten würden.
" In diesei Weise werden, wie es die Kurve A von Fig; 2 zeigt, Hochfrequenzimpulse 16, 16 usw. ausgesendet. Diese Schwingungen treffen auf die reflektierende Fläche und werden nach ihrer Reflexion von der Antenne 17 aufgenommen und auf den Empfangsstromkreis 18 gegeben, der von der üblichen Art der Radioempfänger sein kann. Die Impulse des Stromkreises 18 werden mittels eines Kopplungstransformators 19 auf einen "mit "einer Gittervorspannung versehe* nen Stromkreis 20 gegeben, wobei dessen Vorspannung derart einstellbar ist, daß die von der Antenne 8 direkt gesendeten und von der Antenne 17 aufgenommenen Wellen das Anzeigeinstrument 21 nicht erregen. Das An- ^^zeigeinstrument 21 wird nur dann injBetrieb gesetzt, wenn dTe~reflektieYten "Zeichen und die Zeichen, 'die^^YoH^^ern^endefBOTSSreis direkt auf den E_nTgfangsstromkreis~gegeben werden, in Phase_^sind._ Die Zeichen des Sendestromkreises" werden auf den Empfangsstromkreis direkt mittels der Kopplungsspulen 22 und 23 übertragen, wobei ein kleiner Teil der Wellenimpulse des Sendestromkreises auf das Eingangsende der Verzögerungskette 24 gegeben wird. Das Ausgangsende der Verzögerungskette 24 ist mit der Sekundär spule des Transformators 19 verbunden; wenn dann die von der Antenne 17 aufgenommenen reflektierten Impulse in Phase'mit den verzögerten Sendeimpulsen-' sind, die durch die Kopplungsspule 23 und; die Verzögerungskette 24 aufgedrückt wer-? den, wird die Spannung, die auf den Gitterkreis der Röhre 25 wirkt, genügend groß sein, um einen Anodenstrom in dieser Röhre [ herbeizuführen. Diese Schwingung kann in dem Stromkreise 26 gleichgerichtet werden und erzeugt ein Ansprechen des Anzeigeinstrumentes 21, indem dieses zum Aufleuchten gebracht wird.

Die bisherige Beschreibung enthielt noch keine Angaben über diejenigen Wellen, ^welche unmittelbar'von der Äntenne'8 äuYzu der Empfangsantenne 17 gelangen. Dieser direkt übertragene Teil der periodischen Signale kann sehr klein gemacht werden, indem man die Antennenschleifen 8 und 17 abschirmt bzw. richtet. In dem Empfangs-; Stromkreis ist es nur notwendig, daß dieser! unmittelbar empfangene Teil der Impulse schwächer ist als der reflektierte Teil, damit eine Eliminierung stattfinden kann. Die An-¹ ordnung arbeitet indessen auch noch dann, wenn diese Zeichen nicht eliminiert werden. Es wird unter diesen Umständen stets ein! Impuls an dem Nullpunkt der Skala ange- !105 zeigt werden.

Die direkte Welle kann weiterhin mittelsy der - Kopplungsspule 30 eliminiert werden, j welche einen Teil der Zeichen aus dem Sendestromkreis mit umgekehrter Richtung durch ihre Kopplung mit der Spule 22 auf den mit \ Vorspannung versehenen Stromkreis 20 gibt. i Die Mittel zum Erzeugen einer Verzöge- f rung der direkten Wellen sind im einzelnen in den Fig. 3 und 3 Ä dargestellt. Fig. 3 A zeigt eine drehbare Achse 31, auf welcher die drehbaren Platten der variablen Kondensatoren 32, 33 und 34 befestigt sind. Die gleiche Achse enthält ferner eine Scheibe 35, welche vor einer unbeweglichen Skala 36 vorbei bewegt wird. Die Scheibe 35 trägt eine Anzeigeröhre 37, die z. B. in einer Neonentla-

dungsröhre oder einer ähnlichen Röhre, die auf rasche Schwingungen anspricht, besteht. Die Elektroden der Entladungsröhre 37 sind mit Kommutatoren 38 und 39 verbunden, an welchen die Bürsten 40 und 41 schleifen. Die drehbaren Platten der Kondensatoren 32, 33 und 34 sind durch die Leitung 42 geerdet, wobei letztere durch die Bürste 41 mit den rotierenden Platten verbunden ist. Die in Fig. 3 A gezeigten Induktanzen 43 und 44 sind unveränderlich; das Maß der Verzögerung wird somit nur durch Variierung der Kapazitäten 32, 33 und 34 bestimmt. Wie aus Fig. ι hervorgeht, können indessen auch die Induktanzen und Kapazitäten gleichzeitig variiert werden, obgleich es * für die meisten Zwecke genügen wird, nur eine variable Gruppe von Kapazitäten zu verwenden. Eine halbperspektivische Ansicht dieser Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt; es erfolgt hierbei der Antrieb durch einen Motor 50. Das Antriebsmittel wird im Falle der Verwendung in Flugzeugen ein Motor oder noch besser ein vom Luftstrom angetriebener Propel-

?-5 ler sein, da bei der vorliegenden Anordnung eine konstante Geschwindigkeit der Drehung der Scheibe 35 nicht nötig ist. Die Neonröhre 37 nach Fig. 3 A entspricht der Röhre 21 in Fig. ι; sie wird periodisch erregt, wenn die direkten und reflektierten Impulse durch die Verzögerungsmittel in Phase gebracht sind: Dies tritt jedesmal dann ein, wenn die Verzögerungskette sich in einer bestimmten Stellung befindet. Die Röhre spricht in diesen Augenblicken in derselben Anzahl von Aufleuchtungen pro Sekunde an, wie es der Frequenz der ausgesendeten Zeichen entspricht und erzeugt infolgedessen in diesen Augenblicken ein kontinuierlich sichtbares Zeichen.

Wenn die Rotation des beweglichen Teiles der Verzögerungskette mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die größer ist als etwa 16 Schwingungen in der Sekunde, so wird stets ein kontinuierliches Anzeigen erfolgen, da das Auge nicht imstande ist, die einzelnen Schwingungen, wenn sie öfter als iömal in der Sekunde auftreten, auseinanderzuhalten;

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zum Messen von Entfernungen, bei der elektromagnetische Impulse oder Wellenzüge periodisch ausgesandt, nach Reflexion an dem zu bestimmenden Objekt empfangen werden und der Zeitraum zwischen dem direkten und reflektierten Impuls für die Messung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der regelmäßig ausgesandten Impulse klein ist im Verhältnis zu den zwischen den ausgesandten Impulsen liegenden Pausen und das Anzeigen durch Herstellen von Phasengleichheit zwischen einem direkten und dem jeweils zugehörigen reflektierten Impuls erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengleichheit zwischen direktem und reflektiertem Impuls durch elektrische Verzögerungsmittel, die der direkte Impuls vor seinem Einwirken auf das Anzeigeinstrument zu durchlaufen hat, hergestellt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Verzögerungszeit der elektrischen Verzögerungsmittel durch einen Motor periodisch verändert wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenzahl der Verzögerungsänderung klein zur Periodenzahl der Impulse, aber mindestens 16 Hertz ist.
5. Einrichtung nach Anspri'_h 1 oder -folgenden, -dadurch gekennzeichnet," daß — vor dem Anzeigeinstrument eine Sperrvorrichtung, z. B. eine Elektronenröhre, vorgesehen ist, deren Gitter so weit negativ vorgespannt ist, daß das Anzeigeinstrument nur beim gleichzeitigen Einwirken von direktem und reflektiertem Impuls anspricht. go
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument aus einer Leuchtröhre besteht, die zweckmäßig mit dem beweglichen Glied der elektrischen Verzögerungsmittel bewegbar ist und somit durch ihre jeweilige Lage das Verzögerungszeitmaß und damit die gemessene Entfernung direkt anzeigt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Impulse in der Größenordnung von etwa 1 bis 10 cm liegt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen