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Verfahren und Einrichtung zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode
Bei Einrichtungen zur Abstandsmessung nach der Echomethode ist bei gegebenem Skalenbereich
die Schnelligkeit der Meßfolge und umgekehrt bei gegebener Meßfolge der Skalenbereich
dadurch begrenzt, daß ein neues Schallsignal nicht ausgesandt werden darf, bevor
das Echo des vorhergehenden Schallsignals zurückgekehrt ist, wenn man Eindeutigkeit
der Messungen erzielen will. Bei Echolotungen im Wasser darf man z. B., wenn jede
Sekunde eine Lotung ausgeführt werden soll, den Skalenbereich nur bis
750 m bemessen, da der Schall in i Sekunde i 5oo m im Wasser zurücklegt und
bei größerem Abstand der reflektierenden Fläche als 75om das ersteEcho erst nach
einer größeren Zeit als i Sekunde zurückkehren würde, so daß keine Eindeutigkeit
der Anzeigen vorhanden wäre. Umgekehrt würde man, wenn man beispielsweise einen
Skalenbereich von 750 m zugrunde legt, die Meßfolge nicht schneller
als eine Lotung je Sekunde wählen dürfen, da der Hin- und Rückweg für das Schallsignal
bei einem Abstand der reflektierenden Fläche von 75o m insgesamt i Soo beträgt und
dies die Strecke ist, die der Schall im Wasser in i Sekunde zurücklegt.
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Bei großen Skalenbereichen ergibt sich also, wenn man Eindeutigkeit
der Anzeige erzielen will, die Notwendigkeit, relativ selten zu loten. Dies ist
aber im Hinblick auf die Vorteile einer möglichst dauernd erscheinenden Anzeige
sehr unerwünscht. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu
beseitigen, d. h. auch bei größerem Skalenbereich die Möglichkeit einer schnellen
Meßfolge zu geben.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, eine rasche Lotfolge bei großem Skalenbereich
zu erzielen, indem bei einem Verfahren zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode
unter Verwendung von Schallsignalen verschiedener Frequenz zur Erzielung einer eindeutigen
Anzeige bis zu großen Abständen bei schneller Meßfolge mittels eines allein und
unabhängig von ausgesandtem Schall die Anzeige am gemeinsamen Anzeigegerät bewirkenden
Echos die verschiedenen, zweckmäßig durch den Anzeigeapparat gesteuerten Schallsignale
verschiedener Frequenz nacheinander ausgesandt werden, wobei die Zeit zwischen den
einzelnen Schallsignalen kleiner ist als die Schallaufzeit, die gemessen wird von
der Schallaussendung bis zur Rückkehr des Echos, und wobei während der Schalllaufzeit
keine Wiederholung einer Frequenz eintritt. ' Nun ist zwar auch schon ein Verfahren
zur Echolotung bekannt, bei welchem nacheinander Schall mit verschiedenen Frequenzen
ausgesandt wird. Diese -verschiedenen Frequenzen dienen jedoch nicht dazu, voneinander
unabhängige
Einzellotungen vornehmen zu können, die schneller einander
folgen, als es der Zeit bis zur Rückkunft des Echos entspricht, sondern sind zu
einem ganz anderen Zweck vorgesehen. Es soll nämlich das ankommende Echo des zunächst
ausgesandten Schalles der einen Frequenz dein später ausgesandten Schall der zweiten
Frequenz überlagert werden, um Schwebungen zu erzeugen, aus denen dann z. B. durch
Messung dtr Schwebungsdauer auf den Abstand geschlossen werden kann. Abgesehen davon,
daß es sich hierbei um ein gänzlich anderes Verfahren der Abstandsbestiininung als
beim Verfahren nach der Erfindung handelt, wird dabei auch der eingangs erwähnte
Nachteil der seltenen Lotfolge bei großem Skalenbereich nicht beseitigt.
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Durch die Verwendung von Schallsignalen verschiedener Frequenz, die
nacheinander ausgesandt werden, gemäß der Erfindung ist es möglich, die Schnelligkeit
der Lotfolge über die eingangs geschilderte Grenze hinaus zu steigern oder umgekehrt
bei gegebener Schnelligkeit der Lotfolge den Meßbereich zu erweitern, weil die nacheinander
ankommenden Echos verschiedener Frequenz durch an sich bekannte Mittel voneinander
getrennt und unabhängig voneinander zur Wirkung, d. h. zur Auslösung der Anzeige
an einer Skala benutzt werden können.
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Das Verfahren kann in der Weise durchgeführt werden, daß für jede
verwendete Frequenz je ein Schallsender mit zugehöriger Stromquelle und je ein Schallempfänger
mit zugehörigemAnzeigeelement vorgesehen sind, die nacheinander erregt werden, oder
es kann für die Aussendung der verschiedenen Schallsignale ein und derselbe Schallsender,
insbesondere ein Hochfrequenzschallsender, verwendet werden, dessen Betriebsfrequenz
mit verschiedenen Frequenzen nacheinander moduliert wird, während die Trennung der
verschiedenfrequenzigen Echos auf der Empfangsseite durch an sich bekannte Siebmittel
bewirkt werden kann.
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Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist in der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, schematisch
veranschaulicht.
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Auf einer Welle i, die durch einen Motor 2 in gleichmäßige Umdrehungen
versetzt wird, sitzen drei Schaltscheiben 3, q. und 5 mit Kontaktsegmenten 6, 7
und 8, die um 12o° gegeneinander versetzt sind. Auf dem Umfang dieser `Schaltwalzen
schleifen Gleitbürstenpaare g, io und i i, die den Stromkreis von Schallsendern
12, 13 und 14 schließen, sobald die entsprechenden Kontaktsegmente unter ihnen hinweggleiten.
In diesem Falle werden die Sender durch Wecliselstrornquellen i 5, 16 bzw. 17, deren
Frequenzen .verschieden sind, erregt. Die Sender selbst sind auf die diesen Frequenzen
entsprechende Eigenfrequenz abgestimmt.
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Jedem der drei Sender ist ein 'Empfänger 18, ig bzw. 2o zugeordnet.
Die Empfänger sind über Verstärker und Siebschaltungen, die durch -21, 22 und 23
angedeutet sind, mit Schleifbürsten 2.I, 25, 26 verbunden, welche auf Schleifringen
27, 28 bzw. 29 gleiten. DieseSchleifringe sitzen auf einer Scheibe3o, welche auf
derselben Welle r wie die Kontaktscheiben befestigt ist und in Richtung des Pfeiles
31 mit umläuft. Die drei Schleifringe sind mit Anzeigeelementen, z. B. Neonrohren
32, 33 bzw. 3q., verbunden, welche aufleuchten, sobald ein Stromimpuls die zugeordneten
Empfänger 18, i9 bzw. 2o genügend stark erregt. Um die Scheibe herum ist eine feststehende
Skala, die in dem gezeichneten Beispiel eine Teilung von o bis 3oo hat, angeordnet.
Die Empfänger sind nur an einer durchgeführten Leitung mit dein zugeordneten Neonrohr
verbunden; der andere Pol ist an Erde gelegt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: In der gezeichneten
Stellung erhält der Sender 12 von der Wechselstromquelle 15 Strom, da das Schaltsegment
6 gerade über die Bürsten 9 hinweggleitet. Der Sender 12 sendet also in diesem Augenblick
ein Schallsignal aus. Diesem Schallsender ist der Empfänger in zugeordnet, d. h.
dieser Empfänger ist auf dieselbe Schwingungszahl wie der Sender 12 abgestimmt;
außerdem sind im Verstärker 21 Siebmittel vorgesehen, die nur diese Frequenz hindurchlassen.
Das dem Empfänger i8 zugeordnete Neonrohr bewegt sich in dem gezeichneten Beispiel
im Augenblick der Schallaussendung durch den Nullpunkt der Skala. Wenn man z. B.
annimmt, daß der Abstand der reflektierenden Fläche, deren Abstand gemessen werden
soll, 150 in beträgt, so würde der Echoimpuls in dein Augenblick im Empfänger
i S ankommen, wo das Neonrohr 32 an dem Skalenteil i5o vorbeiläuft. Das Neonrohr
kommt in diesem Augenblick zum Aufleuchten und zeigt auf diese Weise den Abstand
der reflektierenden Fläche an. Ehe das Echo des ersten vom Schallsender 12 ausgesandten
Schallsignals zurückgekommen ist, ist das Schaltsegment 8 der Schaltwalze 5 bis
zu den Schleifbürsten i i gelangt und schließt den Stromkreis des Senders 14., so
daß dieser Sender ein Schallsignal anderer Frequenz aussendet. Die Aussendung geschieht
in dem Augenblick, wo das Neonrohr 34, welches dem Empfänger 2o zugeordnet ist,
durch den Nullpunkt der Skala geht. Dieses zweite ausgesandte Schallsignal
bringt
das Neonrohr 3.4 zurrt Aufleuchten, wenn es am Skalenteil i5o vorbeiläuft. In einem
entsprechenden Zeitabstand erfolgt schließlich die Schall aussendung durch den Sender
13, wenn das Segment 7 über die Gleitbürsten io hinwegläuft. Dies ist der
Fall, wenn. das Neonrohr 33, das dem Empf.
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Mnger ig z,rgeordnet ist, durch den \Tullpunkt der Skal -^ geht. Auch
dieses Neonrohr kommt auf dein Skalenstrich i So m zum Aufleuchten. Dann wiederholt
sich der Vorgang, indem der Sender 12 wieder ein Schallsignal aussendet usw. Man
erhält also während eines einmaligenUmlaufes derAnzeigescheibe 3o drei in regelmäßigem
Abstande nacheinander ausgelöste Anzeigen an dem Skalenstrich i 5o m.
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Bei den bisherigen Einrichtungen war es nur möglich, bei jedem Umlauf
eine einzige Anzeige auszulösen. Würde man bei der gezeichneten Skala von o bis
300m zum Beispiel nur eine einzige Frequenz benutzen und diese dreimal während des
ganzen Umlaufes aussenden und empfangen, so würde ein umlaufendes Neonrohr dreimal
an drei verschiedenen Stellen der Skala zum Aufleuchten kommen, und bei Anwendung
mehrerer Neonröhren würden alle zusammen ebenfalls an drei verschiedenen Stellen
aufleuchten. Es wäre deshalb keine Eindeutigkeit der Anzeige gewährleistet.
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Die Einrichtung nach der Erfindung bringt also den großen Vorteil,
daß eine häufige Anzeige trotz. relativ großen Skalenbereiches möglich ist und so
ein deutlich sich abgrenzender, klar stehender Lichtstrich entsteht.
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Anstatt drei verschieden abgestimmte Sender und Empfänger zu verwenden,
kann man in einfacher Weise so verfahren, daß man eine zum Beispiel auf eine Frequenz
von 20ooo Hz oder darüber abgestimmte Schwingeranordnung benutzt, diese mit Wechselstrorn
ihrer Eigenfrequenz erregt und dieser Betriebsfrequenz verschiedene Frequenzen nacheinander
überlagert, indem zum Beispiel zunächst durch die erste Schaltwalze ein Ton von
iooo Hz überlagert wird, durch die zweite Schaltwalze ein Ton von 2ooo Hz und durch
die dritte Schaltwalze ein Ton von 30oo Hz. Auf der Empfangsseite können dann durch
denselben Empfänger die ausgesandten Schallsignale aufgenommen und durch Siebkreise
getrennt und den zugeordneten Anzeigeelementen zugeleitet werden. Zweckmäßig verfährt
man bei der Erregung der Sender in der Weise, daß man die hrequenzgeneratoren nur
mit geringer Leistung ausstattet und hinter dieselben einen gerneinsarnen Kraftverstärker
genügender Leistung schaltet, hinter dein die verschiedenen Schwinger, die auf verschiedene
Frequenzen abgestimmt sind, in Serie liegen. Es wird dann jeweils nur derjenige
Schwinger stark zum Ansprechen kommen, dessen Eigenfrequenz mit derjenigen des gerade
eingeschalteten Frequenzgenerators übereinstimmt.
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Die Erfindung eignet sich insbesönclere für das Gebiet des Unterwasserschalles.
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Der Erfindungsgedanke ist natürlich nicht nur bei der in derAbbildung
wiedergegebenen Einrichtung benutzbar, sondern kann in der verschiedensten Weise
bei allen bekannten Echolotgeräten sinngemäß Anwendung finden, so unter anderem
zum Beispiel für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden, bei welcher eine Schlitzscheibe
vor einem feststehenden kreisförmigen Leuchtrohr umläuft. Auch bei oszillographischen
Einrichtungen ist die Erfindung anwendbar.