DE671644C - Verfahren und Einrichtung zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode

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DE671644C
DE671644C DEA76822D DEA0076822D DE671644C DE 671644 C DE671644 C DE 671644C DE A76822 D DEA76822 D DE A76822D DE A0076822 D DEA0076822 D DE A0076822D DE 671644 C DE671644 C DE 671644C
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DEA76822D
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S15/102Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
    • G01S15/107Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics using frequency agility of carrier wave

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, schematisch veranschaulicht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung eignet sich insbesönclere für das Gebiet des Unterwasserschalles.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATRNTANSPRÜCHR: i. Verfahren zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode unter Verwendung v an Schallsignalen verschiedener Frequenz, dadurch gej"ennzeichnet, daß zur Erzielung einer eindeutigen Anzeige bis zu großen Abständen bei schneller i,Ießfolge mittels eines allein und unabhängig von ausgesandtem Schall die Anzeige am gemeinsamen Anzeigegerät bewirkenden Echos die verschieden en, zweckmäßig durch den Anzeigeapparat gesteuerten Schallsignale verschiedener Frequenz nacheinander ausgesandt werden, wobei die Zeit zwischen den einzelnen Schallsignalen kleiner ist als die Schallauizeit, die gemessen wird von der Schallaussendung bis zur Rückkehr des Echos, und wobei während der Schallaufzeit keine Wiederholung einer Frequenz. eintritt. z. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für jede verwendete Frequenz je ein Schallsender mit Stromquelle und je ein Schallempfänger mit Anzeigeelement (32, 33, 3q.) vorgesehen sind, die nacheinander erregt werden. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aussendung der verschiedenen Schallsignale ein Hochfrequenzschallsender und ein entsprechender Empfänger vorgesehen sind und die Betriebsfrequenz des Senders mit verschiedenen Frequenzen nacheinander moduliert wird, während die Trennung der verschiedenen Frequenzen auf der Empfangsseite durch Siebmittel bewirkt wird. q.. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Anzeigeapparat an einer oder mehreren umlaufenden Schaltwalzen um bestimmte Winkel gegeneinander versetzte Schaltkontakte für die einzelnen Sender bzw. Modulationsfrequenzen und an einer hinter einer Skala umlaufenden Scheibe um entsprechende Winkel gegeneinander versetzte Anzeigeelemente, z. B. gasgefüllte Röhren (32, 33, 3d.), die mit den verschiedenen Empfangskreisen verbunden sind, vorgesehen sind.
DEA76822D 1935-08-16 1935-08-17 Verfahren und Einrichtung zur Abstandsbestimmung nach der Echomethode Expired DE671644C (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE867709C (de) * 1943-10-27 1953-02-19 Patelhold Patentverwertung Verfahren und Einrichtung zur gleichzeitigen Abstands- und Geschwindigkeitsbestimmung mittels Reflexion elektro-magnetischer Wellen
DE944599C (de) * 1951-12-22 1956-06-21 Electroacustic Ges M B H Echolotsende- und -empfangsgeraet, insbesondere fuer Echolotung mit Unterwasserschall
DE965555C (de) * 1949-07-19 1957-06-13 Electroacustic Gmbh Echolotgeraet mit Anzeige durch eine Braunsche Roehre
DE1037328B (de) * 1953-08-07 1958-08-21 Dr Phil Siegfried Fahrentholz Einrichtung zur Echolotung, insbesondere im Wasser
DE1225522B (de) * 1959-02-23 1966-09-22 Leendert Meijer Verfahren und Vorrichtung zum Echoloten mit Schallimpulsen veraenderbarer Lotfolge

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