DE694014C

DE694014C - Speed measurement of watercraft

Info

Publication number: DE694014C
Application number: DE1937S0126878
Authority: DE
Inventors: Heinrich Grosshans; Dipl-Ing Werner Schreihage
Original assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Current assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Priority date: 1937-04-18
Filing date: 1937-04-18
Publication date: 1940-07-24

Description

Fahrtmessung von Wåsserfahrzeugen Es ist ein Fahrtmesser für Luftfahrzeuge bekanntgeworden, bei dem die Erdoberfläche unter Zwischenschaltung eines oszillierenden Spiegels beobachtet oder abgebildet wird, dessen Winkelgeschwindigkeit so lange geändert wird, bis dem Beobachter die Erdoberfläche stillzustehen scheint.Speed measurement of watercraft It is an airspeed indicator for aircraft became known, in which the earth's surface with the interposition of an oscillating Mirror is observed or imaged, its angular velocity for so long is changed until the observer appears to be standing still.

Weiter ist ein Verfahren zur Messung von Flammengeschwindigkeiten bekannt, bei dem die in den strömenden Flammengasen vorhandenen glühenden Holzkohfeteilchen über einen sich drehenden, in seiner Drehzahl veränderlichen Polygonspiegel durch ein Mikroskop beobachtet werden und die Spiegeldrehzahl, bei der die leuchtenden Teilchen scheinbar zum Stillstand kommen, als Maß für die gesuchte Geschwindigkeit dient. Next is a method for measuring flame velocities known, in which the glowing charcoal particles present in the flowing flame gases via a rotating polygon mirror with variable speed a microscope can be observed and the mirror speed at which the luminous Particles seem to come to a standstill as a measure of the speed they are looking for serves.

Die vorliegende Erfindung besteht in der Anwendung dieses bei der Messung der Geschwindigkeit von Luftfahrzeugen und Flammengasen bekannten Verfahrens der Beobachtung mit Hilfe sich drehender, hinsichtlich der Drehbewegung von Hand regelbarer Spiegel zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit von Wasserfahrzeugen unter Benutzung der das Schiff umgebenden Wasseroberfläche als Bezugsort für die Beobachtung. The present invention is to apply this to Measurement of the speed of aircraft and flame gases known method the observation with the help of rotating, with regard to the rotating movement by hand adjustable mirror for determining the speed of watercraft under Use of the water surface surrounding the ship as a reference point for observation.

Demgemäß wird das am Schiff vorbeiströmende Wasser über einen sich drehenden Polygonspiegel durch ein optisches System (z. B. Fernrohr) beobachtet oder abgebildet, und die Spiegeldrehzahl, bei der das Bild des strömenden Wassers zum Stillstand kommt, dient als Maß für die gesuchte Geschwindigkeit. Während jedoch bei Luftfahrzeugen die Ubergrundgeschwindigkeit gemessen wird, handelt es sich im Falle der Erfindung um die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zwischen Schiff und See.Accordingly, the water flowing past the ship becomes over one rotating polygon mirror observed through an optical system (e.g. telescope) or mapped, and the mirror speed at which the image of the flowing water comes to a standstill, serves as a measure of the speed sought. While however in the case of aircraft, the ground speed is measured, it is in Case of the invention to determine the relative speed between the ship and lake.

Die Anwendbarkeit der genannten Geschwindigkeitsmessung bei Luftfahrzeugen ist ohne weiteres einleuchtend, da sich dem Beobachter auf der überflogenen Erdoberfläche ständig wechselnde Bezugspunkte darbieten, denen ihr Spiegelbild mit ihrer eigenen Geschwindigkeit nachgedreht werden kann. Ebenfalls liefert die mikroskopische' Beobachtung der glühenden Holzkohleteilchen in Flammiengasen markante Bezugs,punkte für eine sichere Durchfuhrung des stroboskopischen Verfahrens. Dagegen hat es zunächst den Anschein, daß die stroboskopische Beobachtung der Wasserströmung nicht mit der tür Meßzwecke erforderlichen Genauigkeit durchführbar wäre, da, vor allem bei glatter See, die gleichmäßige Wasseroberfläche keine geeigneten Beöbachtungspunkte bietet. Die in der Praxis ausgeführten Versuche haben jedoch eine nicht vorauszusehende Wirkung ergeben. Bei jeder Beschaffenheit des Wassers, sowohl bei bewegter See mit Gischt- und Schaumbildung wie auch bei spiegelglatter See, läßt sich die Spiegeldrehzahl eindeutig auf einen Wert einregeln, bei dem das vorbeiströmende Wasser stillzustehen scheint. The applicability of the mentioned speed measurement to aircraft is obvious, since the Observers on the overflown The earth's surface offer constantly changing reference points, which their mirror image with can be turned at their own speed. The microscopic ' Observation of the glowing charcoal particles in flame gases are striking reference points for a safe implementation of the stroboscopic procedure. On the other hand, it has to begin with it would appear that stroboscopic observation of the flow of water is inconsistent with the for measuring purposes required accuracy would be feasible because, especially with smooth Lake, the even water surface does not offer suitable observation points. The tests carried out in practice, however, cannot be foreseen Result. Regardless of the nature of the water, both when the sea is in motion Spray and foam formation as well as in the case of a mirror-smooth sea, the mirror speed can be adjusted unambiguously adjust to a value at which the water flowing past comes to a standstill appears.

Die Bugwelle des Schiffes und die im Wasser aufsteigenden, stets vorhandenen LuftbIäs-. chen liefern nämlich markante und definierte Beobachtungspunkte für die Durchführung des stroboskopischen Verfahrens.The bow wave of the ship and the always present rising in the water Air blower. Chen provide distinctive and defined observation points for the Carrying out the stroboscopic procedure.

Um die stroboskopische Beobachtung auch bei Nacht zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, wird gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung an der Schiffswand oder Reling ein Behälter angebracht, aus dem eine Flüssigkeit in das Meerwasser tröpfelt. Es kommen vorzugsweise solche Flüssigkeiten in Frage, die bei Mischung mit Meerwasser sich hell färben oder eine phosphoreszierende Wirkung ausüben. Eine geeignete Flüssigkeit ist z. B. To enable stroboscopic observation even at night or to facilitate, according to a further embodiment of the invention on the ship's wall or railing attached to a container from which a liquid is poured into the seawater trickles. There are preferably those liquids in question, which when mixed turn bright with seawater or have a phosphorescent effect. One suitable liquid is e.g. B.

Mastix, eine Harzart, die im Wasser augenblicklich eine weißliche Färbung annimmt.Mastic, a type of resin that instantly becomes whitish in water Color assumes.

Bei Benutzung dieser zusätzlichen Tröpfelvorrichtung werden am Schiffe helle bzw. für das Auge kontrastreiche Flecke im Wasser vorbeiwandern. Der Beobachter hat nun die Drehzahl des Polygonspiegels so lange zu verändern, bis auf der Mattscheibe des Fernrohres die hellen Flecken an derselben Stelle, entstehen. When using this additional drip device are on the ship light spots or spots rich in contrast to the eye wander past in the water. The Observer now has to change the speed of the polygon mirror until it reaches the ground glass of the telescope the bright spots appear in the same place.

Für die Maßnahme, welche die Gegenstände der Unteransprüche bilden, wird nur im Zusammenhang mit dem Anspruch I Schutz begehrt. For the measure which form the subject matter of the subclaims, protection is only sought in connection with claim I.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt: Fig. I das optische System mit dem Polygonspiegel in einer Ansicht von der Seite, Fig. 2 dasselbe von oben gesehen, Fig. 3 die Anordnung, des Geräts an einer Schiffsreling, Fig. 4 eine zusätzliche Regelvorrichtung.-Fig. 5 und 6 zeigen einen Tropfbehälter. An exemplary embodiment of the invention is shown in the figures. It shows: FIG. I the optical system with the polygon mirror in a view from FIG the side, Fig. 2 the same seen from above, Fig. 3 the arrangement of the device a ship's rail, Fig. 4 shows an additional control device.-Fig. 5 and 6 show a drip container.

In -den Fig. 1 und 2 dient als optisches System für die Abbildung des Meerwassers ein auf »Unendlich« eingestelltes lichtstarkes Fernrohr 1. Die Längsachse des Fernrohres liegt in Richtung der Schiffslängsachse. Vor dem Objektiv des Fernrohres befindet sich der' Polygonspiegel'2, der in diesem Beispiel aus sechzehn einzelnen Planspiegeln besteht. In -den Fig. 1 and 2 serves as an optical system for the image of the sea water a powerful telescope set to "infinite" 1. The longitudinal axis of the telescope lies in the direction of the ship's longitudinal axis. In front of the lens of the telescope is the 'polygon mirror'2, which in this example consists of sixteen individual ones Plan mirroring exists.

Die vom Meerwasser 3 kommenden Lichtstrahlen gelangen nach Reflexion am Polygonspiegel in das Fernrohr und erzeugen ein Bild eines Teils der querab befindlichen Wasseroberfläche, wobei das Gesichtsfeld durch die Blende 4 in passender Weise begrenzt wird. Die Blendenöffnung wird zweckmäßig einstellbar gemacht. Zwecks besserer Bedienung wird das vom Fernrohr entworfene Bild nicht in der Achsenrichtung des Fernrohres, sondern senkrecht dazu durch das Ansatzrohr 6 beobachtet, indem durch den im Fernrohrtubus angeordneten, unter 45 schräg gestellten Spiegel 5 das Bild um go° umgelenkt wird, wie es der in Fig. I eingezeichnete Strahlengang zeigt. Obgleich nur mit einem Auge beobachtet wird, empfiehlt es sich, ein zweites Ansatzrohr 7, das blind abgeschlossen ist, für das zweite Auge des Beobachters vorzusehen, damit die Beobachtung nicht durch das unbenutzte Auge gestört wird bzw. damit man es nicht dauernd zuhalten muß.The rays of light coming from the sea water 3 arrive after reflection at the polygon mirror into the telescope and generate an image of part of the abeam Water surface, the field of view limited by the aperture 4 in a suitable manner will. The aperture is expediently made adjustable. For better service if the image drawn by the telescope is not in the axial direction of the telescope, but perpendicular to it through the extension tube 6 observed by the in the telescope tube arranged, under 45 inclined mirror 5, the image is deflected by go °, as shown in the beam path shown in FIG. Although only with one eye is observed, it is advisable to use a second extension tube 7, which is closed blind is to be provided for the second eye of the observer, so that the observation does not is disturbed by the unused eye or so that you cannot keep it closed all the time got to.

Bei fahrendem Schiff und stillstehendem Polygonspiegel sieht der Beobachter das Bild wandern. Um die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers scheinbar zum Stillstand zu bringen, muß der Polygonspiegel gedreht werden, und zwar mit einer Winkelgeschwindigkeit, die der Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes verhältnisgleich ist. Der Antrieb des Spiegels erfolgt durch einen kleinen Motor8, dessen Drehzahl durch den Regler 9 so lange verändert wird, bis das Bild stillsteht. When the ship is moving and the polygon mirror is stationary, he sees Observers wander the picture. To the flow speed of the water apparently To bring to a standstill, the polygon mirror must be rotated, with a Angular speed that is proportional to the speed of the ship is. The mirror is driven by a small motor8 whose speed is changed by the controller 9 until the image comes to a standstill.

Die Betätigung des Reglers erfolgt zweckmäßig mittels eines Drehknopfes 10. Als Antriebsmotor kann z. B. ein regelbarer Elektromotor dienen oder ein Federlaufwerk mit Zentrifugal regler, durch den der Federdruck beeinflußt wird. Sollen z. B. mit dem Gerät Schiffsgeschwindigkeiten zwischen 2 und 20 Knoten gemessen werden, so muß die Drehzahl im Verhältnis von 1 : 10 geändert werden können, eine Forderung, die bei Verwendung von Federlaufwerken erfüllt werden kann. Die Verwendung von Federlaufwerken hat den großen Vorteil, daß man von jeglicher Spannungsquelle frei ist. Die Motordrehzahl kann von einem Tachometer II angezeigt werden, das dann zweckmäßig gleich in Knoten Schiffsgeschwindigkeit geeicht wird. Man kann jedoch auch den Drehknopf 10 des Reglers 9 mit einer Skala und einem Zeiger verbinden und alsdann aus der Stellung des Drehknopfes die Motordrehzahl bzw.The controller is conveniently operated by means of a rotary knob 10. As a drive motor, for. B. serve a controllable electric motor or a spring drive with centrifugal regulator that influences the spring pressure. Should z. B. with the device can measure ship speeds between 2 and 20 knots, see above it must be possible to change the speed in a ratio of 1:10, a requirement which can be met when using spring drives. The use of spring drives has the great advantage that you are free from any voltage source. The engine speed can be displayed by a tachometer II, which is then expediently in knots Ship speed is calibrated. However, you can also use the knob 10 of the controller 9 with a scale and a Connect pointers and then from the Position of the rotary knob, the engine speed resp.

Schiffsgeschwindiglçeit ablesen.Read off the ship's speed.

Die Anzahl der Spiegelflächen des Polygonspiegels muß groß gewählt werden, damit sich ein möglichst ruhiges Bild ergibt. Das Optimum wird bei einer gewissen oberen Grenze der Spiegelzahl liegen; -bei noch weiterer Vergrößerung der Spiegelzahl wird die Unterscheidung zwischen Ruhestand und Bewegungszustand immer schwieriger, und im Grenzfall, d. h. bei einem Zylinderspiegel mit kreisförmigem Querschnitt, ist keine Unterscheidung mehr möglich. The number of mirror surfaces of the polygon mirror must be large so that the picture is as calm as possible. The optimum will be with a certain upper limit of the number of mirrors; -with further enlargement of the Mirror number is becoming the distinction between retirement and state of motion more difficult, and in the borderline case, d. H. for a cylinder mirror with a circular Cross-section, differentiation is no longer possible.

Um auch nachts eine Messung der Fahrgeschwindigkeit zu ermöglichen, ist neben dem Polygonspiegel eine Lichtquelle I2, z. B. eine elektrische Taschenlampe, angeordnet, durch die der abzubildende Teil der Wasseroberfläche beleuchtet wird. Das Fernrohr 1, der Polygonspiegel 2 mit dem Antriebsmotor 8 und die Lampe 12 werden am besten auf einer gemeinsamen Tragplatte 13 (vgl. Fig. 2) befestigt. In Fig. 1 ist diese Tragplatte der Deutlichkeit halber fortgelassen. In order to enable the driving speed to be measured even at night, is next to the polygon mirror a light source I2, z. B. an electric flashlight, arranged through which the part of the water surface to be imaged is illuminated. The telescope 1, the polygon mirror 2 with the drive motor 8 and the lamp 12 are best attached to a common support plate 13 (see. Fig. 2). In Fig. 1 this support plate is omitted for the sake of clarity.

Die in den Fig. I und 2 dargestellte Anordnung ergibt ein kleines, leichtes und handliches Gerät, das-bei der Beobachtung in der Hand gehalten werden kann, wenn man die Tragplatte I3 mit Handgriffen versieht. Eine bessere und bequemere Messung erzielt man jedoch, wenn man die Tragplatte 13, wie es die Fig. 3 zeigt, an der Reling In des Schiffes I5 befestigt. Die Bezugsziffern der Fig. 3 stimmen bei gleicher Bedeutung mit denen der Fig. I und 2 überein. The arrangement shown in Figs. I and 2 results in a small, light and handy device that can be held in the hand while observing can, if you provide the support plate I3 with handles. A better and more convenient one Measurement is achieved, however, when the support plate 13, as shown in FIG. 3, attached to the railing In of ship I5. The reference numbers in FIG. 3 are correct with the same meaning with those of FIGS. I and 2 are the same.

Die Entfernung a zwischen Polygonspiegel 2 und Meeresoberfläche 3 (vgl. Fig. 3) hängt vom Tiefgang des Schiffes ab und ist daher veränderlich. Je geringer die Strecke a ist, um so größer muß, gleichbleibende Schiffsgeschwindigkeit vorausgesetzt, die Drehzahl des Polygonspiegels 2 sein, um das wandernde Bild im Fernrohr zum Stillstand zu bringen. Diesem Umstande kann man dadurch Rechnung tragen, daß die Tachometerskala für die Anzeige der Fahrtgeschwindigkeit unter Annahme einer bestimmten Entfernung a entworfen wird und diese Anzeigen bei anderen Entfernungen a unter Zuhilfenahme von Tabellen oder graphischen Darstellungen berichtigt werden. The distance a between the polygon mirror 2 and the sea surface 3 (see. Fig. 3) depends on the draft of the ship and is therefore variable. Ever The smaller the distance a, the larger the constant ship speed assuming the speed of the polygon mirror be 2 to the moving image in the Bring telescope to a standstill. This fact can be taken into account by that the speedometer scale for displaying the speed of travel assuming a certain distance a is designed and these displays at other distances a can be corrected with the aid of tables or graphs.

Man kann jedoch auch die Änderung der Entfernung a durch eine mechanische Vorrichtung berücksichtigen, was jedochnicht den Gegenstand der Erfindung bildet. Außer der Motordrehzahlregelung in Abhängigkeit von der 5 chiffsgeschwindigkeit wird zu diesem Zwecke noch eine zusätzliche Regelung der Spiegeldrehzahl in Abhängigkeit von der Entfernung a vorgesehen.. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 4. In dem Rahmen I6, I7 ist eine Schraubenspindel I8 gelagert, die mittels des Knopfes 19 verdreht werden kann, wobei sich die Mutter 20 verschiebt. However, one can also change the distance a by means of a mechanical Device take into account, but this does not form the subject of the invention. Besides the engine speed control depending on the boat speed an additional control of the mirror speed is used for this purpose from the distance a. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 4. In the frame I6, I7 a screw spindle I8 is mounted, which by means of the button 19 can be rotated, the nut 20 being displaced.

Diese Längsbewegung der Mutter 20 wird auf ein Reibrad 2I übertragen, das mit einer Keilverbindung, jedoch längsverschieblich, auf der Welle 22 sitzt. Letztere ist ebenfalls in dem Rahmen 16, I7 gelagert -und mit der Welle des Motors 8 gekuppelt. Das Gegenrad zu dem Antriebsrad 2I hat die Form eines abgestumpften Kegels 23, dessen Erzeugende paraliel zur Welle 22 und zur Schraubenspindel 18 liegt, und treibt den Polygonspiegel 2 an. Das Übersetzungsverhältuis zwischen den Reibrädern 21 und 23 kann also geändert und durch Verdrehen des Knopfes 19 so eingestellt werden, wie es die Entfernung a verlangt. Die Mutter 20 wird zweckmäßig mit einem Zeiger 24 versehen, der an einer Skala 25 die eingestellte Entfernung a anzeigt.This longitudinal movement of the nut 20 is transmitted to a friction wheel 2I, which is seated on the shaft 22 with a spline connection, but can be displaced longitudinally. The latter is also stored in the frame 16, I7 - and with the shaft of the motor 8 coupled. The counter gear to the drive gear 2I has the shape of a truncated one Cone 23, the generatrix of which is parallel to the shaft 22 and to the screw spindle 18, and drives the polygon mirror 2. The transmission ratio between the friction wheels 21 and 23 can therefore be changed and set by turning the knob 19 so that as the distance a requires. The nut 20 is useful with a pointer 24 provided, which indicates the set distance a on a scale 25.

Ein Ausführungsbeispiel einer Tröpfelvorrichtung zeigt Fig. 5. Der Behälter 26 ist mit einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. Mastix, gefüllt, und mittels des Gestänges 27 an der Reling oder Schiffswand derart befestigt, daß er auf das Wasser hinausragt. Der Behälter muß sich, in Fahrtrichtung gesehen, ein ziemliches Stück vor dem Fernrohr befinden. Im Boden des Behälters ist ein Abflußröhrchen 28 eingesetzt, dessen Öffnung jedoch durch eine Scheibe 29 verdeckt wird. Die Scheibe 29 ist in Fig. 6 nochmals in einer Ansicht von oben gezeichnet. Durch den Motor 30 (z. B. ein Federlaufwerk) wird die Scheibe 29 in Drehung versetzt. Jedesmal nach einer Umdrehung streicht ein in der Scheibe vorgesehenes Loch 31 an dem Röhrchen 28 vorbei und gibt damit dessen t)ffnung frei, so daß je Umdrehung ein Tropfen Flüssigkeit in das Meerwasser fällt und ein Aufleuchten hervorruft. Das Federwerk wird im Bedarfsfalle selbstverständlich mit einer Drehzahlregelung vorgesehen, damit der Zeitabstand für die aufeinanderfolgenden Tropfen jeweils auf einen günstigen Wert eingestellt werden kann. Die Scheibe kann natürlich auch mit zwei oder mehreren im gleichen Abstand voneinander befindlichen Löchern versehen sein. Die Drehzahl kann dann entsprechend langsamer sein. An embodiment of a dripping device is shown in FIG Container 26 is filled with a suitable liquid, e.g. B. Mastic, filled, and means of the linkage 27 attached to the railing or ship wall so that it is on the Water protrudes. The container, seen in the direction of travel, must be quite a bit Piece in front of the telescope. In the bottom of the container is a drainage tube 28 used, but the opening is covered by a disk 29. The disc 29 is drawn again in FIG. 6 in a view from above. By the engine 30 (z. B. a spring drive) the disk 29 is set in rotation. Every time after one revolution strokes a hole 31 provided in the disc on the tube 28 passes and thus releases its opening, so that one drop of liquid per revolution falls into the sea water and causes a glow. The spring mechanism is if necessary of course provided with a speed control so that the time interval each set to a favorable value for the successive drops can be. The disc can of course also be used with two or more in the same Be provided spaced holes. The speed can then be adjusted accordingly be slower.

Eine sehr einfache Tropfenvorrichtung besteht darin, daß der Ausfluß des Behälters 26 mit einem Hahn versehen wird. Der Zeitabstand der Tropfenfolge kann hierbei durch mehr oder weiger weites Öffnen des Hahnes eingeleitet werden. A very simple drop device is that the outflow of the container 26 is provided with a tap. The time interval between the series of drops can be initiated by opening the valve more or less wide.

Die Benutzung der Tropfenvorrichtung mit einer phosphoreszierenden oder hell aufleuchtenden Flüssigkeit hat, außer der besseren Beobachtungsmöglichkeit, den weiteren Vorteil, daß man nachts keine Beleuchtungsvorrichtung gebraucht. The use of the drop device with a phosphorescent or brightly lit liquid, except the better one Observation possibility, the further advantage that no lighting device is needed at night.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Application of the above ground speed measurement of aircraft and the speed of flame gases the observation with the help of rotating, with regard to the rotating movement by hand adjustable mirror for determining the speed of watercraft under Use of the water surface surrounding the ship as a reference point for observation.

2. Device for carrying out the method according to claim I, characterized characterized in that between the rotating mirror designed as a polygon mirror and An adjustable diaphragm is arranged in the tube or optical system

3. Establishment for carrying out the method according to claim I, characterized in that on the Support plate or in the frame a light source for illuminating the water surface is permanently installed.

4. Device for carrying out the method according to claim I, characterized through a container attached to the ship's wall or railing, from which a liquid trickles into the water, which when mixed with water turns light in color or a phosphorescent Has an effect.

5. Using mastic as a dripping liquid.