DE666178C

DE666178C - Einrichtung zur Messung eines Zeitraumes

Info

Publication number: DE666178C
Application number: DE1930666178D
Authority: DE
Original assignee: Submarine Signal Co
Current assignee: Submarine Signal Co
Priority date: 1929-07-29
Filing date: 1930-07-06
Publication date: 1938-10-17
Also published as: FR698603A; NL27465C; US2009459A; GB361284A; GB363319A

Description

Es sind bereits Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig ausgesandter Schallimpulse mittels eines bei Aussendung des Schalls sich von einer festen Ausgangsspannung nach einer Funktion der Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators, dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung bekannt. Diese Verfahren besitzen gegenüber den bekannten Echolotverfahren mit umlaufendem oder hin und her gehendem Zeiger den wesentlichen Vorteil, daß die Laufzeiten des Schalls rein elektrisch gemessen werden, so daß die Zahl der mechanisch bewegten Teile und somit die Abnutzung sehr gering ist. Andererseits ist es aber bei den bekanntgewordenen Verfahren dieser Art sehr nachteilig, daß das elektrostatische Meßgerät den Schwankungen der Kondensatorspannung folgt; die gemessene Tiefe wird also nicht wie bei den anderen bekannten Echolotverfahren durch einen zumindest

as anscheinend stillstehenden Zeiger angezeigt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, der das genaue Ablesen der Tiefe sehr erschwert, wird bei einem Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig ausgesandter Schallimpulse mittels eines bei Aus-Sendung des Schalls sich von einer festen Ausgangsspannung nach einer Funktion der Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators, dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung gemäß der Erfindung der Kondensator beim Empfang des Echos durch ein Relais kurzzeitig mit dem Gitter eines statischen Röhrenvoltmeters verbunden.

Die Erfindung ist bei allen Arten von Entfernungs- oder Intervallmeßgeräten anwendbar. Das weiteste und wichtigste Anwendungsgebiet ist wohl die Tiefen- und Höhenmessung. Die erstere erfolgt in Wasser mittels eines Hammers als Schallsender und eines Wasserschallempfängers als Empfänger. Die Höhenmessung erfolgt mit einer ähnlichen Vorrichtung, die zur Verwendung in der Luft bestimmt ist.

Auf der Zeichnung· ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt; es zeigen:

Abb. ι eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes und SS

Abb. 2 eine andere Ausführungsform.

Nach der Zeichnung wird der Schall- oder Energieimpuls mittels einer schlagartigen Er-

regung einer Membran i ausgesendet, indem die Membran durch einen Hammer 7 angeschlagen wird. Dieser sitzt am Ende eines Armes 5 eines bei 6 gelenkig gelagerten Hebels. Der Hammer wird durch einen Motor 2 angetrieben. Dieser treibt eine Nockenscheibe 3 mittels einer Schnecke 11 an. Die Nockenscheibe besitzt einen Zapfen 4, der senkrecht auf ihrer Fläche steht. Der Zapfen 4 faßt unter die Unterseite eines Armes 28 des schwenkbaren Hebels 5 und hebt den Arm gegen die Kraft einer Feder 8 an. Wenn der Zapfen 4 den Arm 28 verläßt, wird der Arm ausgelöst, und die Feder 8 schlägt den Hammer 7 gegen eine Verstärkung der Membran 1, so daß ein Schallimpuls ausgesendet wird. Der Schall geht nach der Fläche 29, wird reflektiert und von einem Empfänger 22 aufgenommen. Der Schall kann durch einen Verstärker 23 verstärkt werden.

Ein Relais 24 ist in der Zeichnung als ein mechanisches Relais dargestellt, kann aber auch von anderer geeigneter Bauart sein. Der Verstärker zur Betätigung des Relais ist zweckmäßig von solcher Bauajt, daß er einen genauen und gleichmäßigen Stromwechsel bei Empfang eines Signals ohne Rücksicht auf die Stärke des Signals ergibt. Ein solcher Verstärker ist sehr wünschenswert, damit das Relais 24, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Nachschleppens, gleichmäßig arbeitet, was wichtig ist, wie später noch erläutert werden wird.

Wird der Arm 28 ausgelöst, so folgt diesem der Kontakthebel 9, der so eingestellt ist, daß der Stromschluß zwischen 9 und 10 unterbrochen wird, sobald der Hammer 7 gegen die Membran schlägt. Eine Normalbatterie 12, die im wesentlichen unveränderliche Spannung besitzt, oder eine Batterie, deren Spannung zur Herstellung einer bestimmten Spannung regelbar ist, hält vor dem öffnen der Kontakte 9 und 10 einen Kondensator 13 auf einem bestimmten Potential. Nachdem der Stromkreis unterbrochen ist, entladet sich der Kondensator 13 über einen konstanten Widerstand 14 Um einen Betrag, der durch die Formel bestimmt wird:

V_t=V_oe^c-^K.

Darin bedeutet V₀ die Anfangsspannung des Kondensators 13, c die Kapazität des Kondensators 13 und R den Widerstands wert des Widerstandes 14. e ist die bekannte logarithmische Konstante, t ist die Zeit, die vom Beginn des öffnens des Stromkreises an gemessen wurde, und V_t ist das Potential des Kondensators 13 nach der Zeit i.

Aus vorstehendem ergibt es sich, daß die . Zeitspanne t durch die Spannung V_t des Kondensators 13 meßbar ist. Der Kondensator 13 setzt seine Entladung fort, wenn der Schallimpuls zur Fläche 29 geht, dort reflektiert und von dem Empfänger 22 aufge- * iiommen wird. In diesem Augenblick tritt der '■* Empfangskreis in Tätigkeit. Das Relais 24 gibt den Arm 26 frei. Dieser federt infolge der Kraft der Feder 25 zurück und stellt einen Kontakt zwischen 26 und 27 her.

Aus der Zeichnung ist es ersichtlich, daß der Kondensator 15 dadurch dasselbe Potential wie der Kondensator 13 erhält und daß das Gitter der Röhre 16 mit demselben Potential gegenüber dem Glühfaden geladen wird.

Das Relais bleibt nicht in dieser Stellung, es geht sofort zurück, unterbricht den Kontakt zwischen 26 und 27 und isoliert auf diese Weise die Ladung des Kondensators 15 und des Gitters der Röhre 16. Die Vakuumröhre 16 besitzt einen bestimmten Anodenstrom, der von der Spannung einer Batterie 21 und vom Gitterpotential der Röhre abhängt. Bei einer konstanten Anodenspannung ändert sich der Strom nur mit der Gitterspannung, so daß der Anodenstrom eine Funktion der Gitterspannung ist. Diese wiederum ist abhängig von der Ladung des Kondensators 13 zu der Zeit, wenn der Kontakt zwischen 26 und 27 geschlossen ist. Da die Kondensatorladung 13 eine Funktion der Zeit ist, gerechnet von der Abgabe des Schallsignals an, das das Öffnen des Kontaktes zwischen 9 und 10 hervorruft, so ist die Ladung des Kondensators 13 zu der Zeit, zu der der Kontakt zwischen 26 und 27 geschlossen wird, und zwar bei Rückkehr des Echos, ein Maß für die Zeitspanne zwischen der Schallabgabe und dem Echoempfang. Diese Ladung wird durch den Anodenstrom gemessen, der durch die Vakuumröhre 16 fließt, und zwar mittels eines Amperemeters 17 und eines Registrieramperemeters 18. Wenn es erwünscht ist, kann ein Relais 19, das bei einer bestimmten Stromstärke anspricht, dazu dienen, ein Läutewerk 20 zu betätigen.

Wenn das Echo angekommen ist, wodurch die Kontakte des Relais 24 für einen Augenblick geschlossen werden, nimmt der Zeiger des Amperemeters 17 eine bestimmte Stellung no ein, die vom Potential des Gitters der Röhre 16 abhängig ist. Da der Kontakt sich sofort öftnet, so behält das Gitter 16 seine Ladung (da sie nicht abfließen kann), und der Zeiger des Amperemeters 17 bleibt in seiner Stellung.

In der Praxis wird der Stromkreis mit der Vakuumröhre 16 und dem Amperemeter 17 eine Vakuumröhrenvoltmessereinrichtung genannt, da sie das Potential des Gitters der Röhre 16 mißt.

Die Arbeitsweise wird bei jedesmaligem Abgeben eines Signals wiederholt. Ändert

sich die WassCrtiefe, so ist die Ladung des - Kondensators 13 eine andere, wenn die Relaiskontakte geschlossen werden. Infolgedessen muß sich das Gitterpotential ändern und ebenso der Anodenstrom der Röhre 16. Der Zeiger des Amperemeters 17 würde dann auch eine andere Stellung einnehmen, die der neu gemessenen Tiefe entspricht. Mit anderen Worten: Die Stellung des Zeigers des Amperemeters 17 wird sich nicht ändern, bis eine neue Lotung von anderer Wassertiefe angezeigt wird. Die letzte Messung der Wassertiefe oder des Abstandes kann deshalb jederzeit aus der Stellung des Zeigers des Amperemeters 17 abgelesen werden.

Abb. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Stromkreises nach Abb. 1, wobei der Meßpunkt nicht beim Schließen des Kontaktes 26, 27 bestimmt wird, sondern beim Öffnen der Kontakte 26 und 30. Da das Öffnen der Kontakte augenblicklich erfolgt, so kann kein Meßfehler dadurch entstehen, daß Zeit vergeht, während, welcher die Relaiskontakte sich aus einer Stellung in die andere bewegen.

Das Merkmal des in Abb. 2 dargestellten Stromkreises bietet ferner einen anderen Vorteil. Beim Loten nach der Echomethode ist das Echo gewöhnlich bei flachem Wasser stark und bei tiefem Wasser schwach. Die bisher üblichen Empfangskreise mußten eine für tiefes Wasser ausreichende Empfindlichkeit besitzen und waren bei entsprechender Einstellung häufig bei geringen Wassertiefen zu empfindlich. Die Folge war, daß die direkten Signale und andere Störungsgeräusche beim Senden des Signals häufig die Anzeigevorrichtung ansprechen ließen und dadurch falsche Ablesungen hervorriefen.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 wird dieser Übelstand dadurch beseitigt, daß der Stromkreis eine derartige Empfindlichkeit erhält, daß mit der Zunahme des Zeitintervalls für die Rückkehr des Echos die Empfindlichkeit des Empfangskreises größer wird. Bei tiefem Wasser ist deshalb der Empfangskreis empfindlicher als bei flachem Wasser.

Wie nach Abb. 1 wird bei der Schallabgabe der Kontakt zwischen 9 und 10 unterbrochen, und die Ladung des Kondensators 13 kann über den Widerstand 14 abgeleitet werden. Gleichzeitig ist indessen der Kondensator 13 dauernd mit dem Gitter und dem Glühfaden der Röhre 31 verbunden, die die erste Röhre des Empfängerkreises ist. Ein Transformator 32, dessen Sekundärwicklung am Gitter der Röhre 31 liegt, ist ari den Empfänger angeschlossen.

Der empfangene Impuls wird dem Gitter der Röhre 31 durch den Transformator 32 aufgedrückt. Das Ansprechen des Stromkreises hängt erstens davon ab, ob das von dem empfangenen Signal erzeugte Potential die Ladung des Gitters, die ihm von dem Kondensator 13 aufgedrückt war, genügend überwindet, damit der Stromkreis arbeiten kann. Wenn das Signal sofort eintrifft, z. B. wenn das direkte Signal auf den Empfänger trifft, ohne reflektiert zu werden, so wird die Ladung des Kondensators 13 nicht merklich abgeleitet sein.

Auf diese Weise ist das Gitter der Röhre 31 stark negativ, und das unmittelbare Signal wird trotz seiner Stärke keine genügende Spannung erzeugen, um die stark negative Spannung zu überwinden und den Empfangskreis zu betätigen.

Ist andererseits das Wasser tief, so wird die Ladung des Kondensators 13 merklich abgeflossen sein, und das Gitter der Röhre 31 wird weniger negativ sein, so daß eine schwächere, durch das Echo hervorgerufene Spannung den Empfangskreis betätigen wird. Das durch den Empfangskreis gehende Echo erregt das Relais 24 und öffnet den Kontakt zwischen 30 und 26. Dadurch wird die Ladung des Kondensators 13 isoliert. Der Augenblick des Öffnens der Kontakte 30 und 26 bestimmt die zu messende Zeitspanne, da der Kondensator 13 seine Ladung nach dem Öffnen nicht weiter abgibt. Infolgedessen wird die Zeitmessung nicht beeinflußt, gleichgültig, wieviel Zeit bis zum Schließen der Kontakte 26 und 2y vergeht. Werden die Kontakte 26 und 2J geschlossen, so wird die Ladung des Kondensators 13 dem Gitter der Röhre 16 aufgedrückt, und dadurch erfolgt die Anzeige bei 17, wie vorher angegeben.

Es ist zu beachten, daß die Empfindlichkeit des Empfängerkreises eine Funktion des Zeit-Intervalls zwischen dem Senden des direkten Signals und dem Empfang des Echos ist und daß bei größerer Wassertiefe der Empfängerkreis empfindlicher wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig ausgesandter Schallimpulse mittels eines bei Aussendung des Schalls sich von einer festen Ausgangsspannung nach einer Funktion der Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators, dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator beim Empfang des Echos durch ein Relais kurzzeitig mit dem Gitter eines statischen Röhrenvoltmeters verbunden wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator parallel zum Gitterkathodenkreis des Röhrenvoltmeters geschaltet ist.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der Schallimpuls durch eine Schlagvorrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Schlagvorrichtung vor Aussendung des Schalls mit der Batterie verbundene Kondensator sich nach Aussendung des Schalls über den Kontakt eines Relais entlädt, das bei Eintreffen des Echos den Entladestromkreis desKondensators öffnet und mittels eines zweiten Kontaktes den Kondensator mit dem Gitter des Röhrenvoltmeters verbindet.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß der vom Echo ausgelöste Stromimpuls dem Gitter einer Verstärkerröhre zugeführt wird, dessen negative Vorspannung gleich der Spannung des zur Zeitmessung dienenden Kondensators ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen