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Lot- und Entfernungsmeßeinrichtung Bei Höhen- bzw. Tiefenlotungen
von Luft fahrzeugen und Schiffen ergibt sich häufig die Notwendigkeit, kleine oder
kleinste Entfernungen des Fahrzeuges vom Boden bzw.
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Meeresgrund mit großer Genauigkeit festzustellen. Die üblichen Lotungsmethoden
gestatten in vielen Fällen auf Grund ihres mechanischen Aufbaues nicht immer die
Erfassung kleinster Entfernungen mit ausreichender Genauigkeit. Es wäre daher von
großem Vorteil, wenn eine Lotungseinrichtung geschaffen würde, mittels der auch
die genannten Messungen einfach, genau und außerdem fortlaufend vorgenommen werden
könnten.
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Die im folgenden beschriebene Lotungsmethode erfüllt diese Bedingungen.
Ihr liegt erfindungsgemäß nach beiliegender Zeichnung folgende Theorie zugrunde:
Ein Magnetostriktions- oder piezoelektrischer Schallsender a wird für die Zeitdauer
der Messung von einem Schallfrequenzgenerator c fortlaufend mit kurzen Spannungsstößen
über den Impulsgeberkontaktd erregt und strahlt die Schallimpulse in Richtung des
Bodens oder Meeresgrundes aus. Das reflektierte Echo wird von einem Schallempfänger
b, der ebenfalls nach dem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Prinzip arbeitet,
wieder aufgenommen und hier in einen Spannungsstoß umgesetzt. Dieser Spannungsstoß
wird in einem mehrstufigen Röhrenverstärker e verstärkt und gelangt uber einen hochübersetzten
Ausgangsübertrager f mit positivem Potential gegen Kathode auf das Gitter eines
mit Ug negativ vorgespannten gesteuerten Entladungsgefäßes h. Zwischen Anode und
Kathode von h liegt eine Wechselspannung Ua, die von einem Wechselstromgenerator
i über den Übertrager g dem Anodenkreis zugeführt wird.
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Die Spannungsstöße, die auf das Gitter des Entladungsgefäßes auftreffen,
zünden die Entladung, wenn an der Anode ein positives Potential gegen Kathode herrscht.
Der Zeitpunkt der Schallausstrahlung ist durch Einstellung
des
Impulsgebers d so zu wählen, daß bei der Lotentfernung Null Meter die auf das Gitter
auftreffenden Spannungsstöße zeitlich immer mit dem Beginn der Periode der AW odenwechselspannung
am Entladnngsgefäß ziz;-sammenfallen. - Der Synchronismus -zwischen) Schallausstrahlung
und Frequenz ist nach beiliegender Zeichnung durch die Kupplung des Nockens m, der
den Impulsgeber d betätigt, mit der Anodenspannungsmaschine i sichergestellt. Fällt
der Gitterspannungsstoß, wie vorher erwähnt, zeitlich mit dem Anfangspunkt der Anodenwechselspannung
zusammen, so fließt im Anodenkreis der maximale Entladungsstrom, der sich unter
Vernachlässigung U des Brennspannungsabfalles zu 1 = RU ergibt (U = gleichgerichtete
Anodenspannung, Ra = Anodenwiderstand). Dieser Strom wird von einem in Meter geeichten
Strommesserl angezeigt.
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Die zeitliche Verschiebung des Spannungs- -stoßes gegen die Phase
der Anodenspannung hängt proportional von der gelioteten Entfernung ab, wobei der
Anodenstrom nach dem bekannten Prinzip der Stoßsteuerung mit größer werdender Phasenverschiebung
kleiner wird, d. h. der Anodenstrom nimmt mit größer werdender Entfernung vom Boden
bzw.
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Meeresgrund ab.
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Der maximale Meßbereich der Loteinrichtung ist bestimmt durch die
Zeit, in der die Anodemvechselspannung positiv ist, d. h. durch die Zeit einer halben
Periode. Man hat es nun in der Hand, den Meßbereich durch Vergiößerung oder Verkleinerung
der Frequenz der Anodenspannung~ zu ändern und kann dadurch die Einrichtung den
geforderten Betriebsverhältnissen anpassen. Will man z. B. im Wasser Tiefen von
Iom und weniger loten, so würde sich für diesen Fall bei einem maximalen Meßbereich
von 10 m eine Frequenz der Anodenspannung ergeben, deren Halbperiode der Laufzeit
des Schallimpulses vom -Sender zum Meeresgrund und zurück zum Empfänger entsprechen
muß. Diese Zeit ist bei einer Wasserschallgeschwindigkeit von 1500-2niSek. g 15°O
20 = 0,0133 Set,, d. h.
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1500 die Frequenz der Anodenspannung müßte = 37,5 1 37,5 Per./Sek.
betragen. Für 4P"33 Lotungen in Luft ergeben sich die Frequenzen analog unter Zugrundelegung
der Schallgeschwindigkeit in Luft.
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Man kann nun für die Praxis Lotgeräte schaffen mit festliegendem
Meßbereich unter Einhaltung einer bestimmten Frequenz, oder aber man paßt das Lotgerät
durch Drehzahländerung der Anodenspannungsmaschine (Frequenzänderung) den jeweiligen
Tiefenverhältnissen an und erhält dadurch den Vorteil mehrerer Meßbereiche in einem
Gerät.
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Durch die Wahl der Frequenz ergeben sich Möglichkeiten, Lotentfernungen
von 5 m (Ausschlag über die ganze Skala) und darunter mit sehr großer Genauigkeit
festzustellen.
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Ebenso lassen sich auch durch Verkleinerung der Frequenz, z. B. auf
5 Per./Sek. Wassertiefen von 75m loten.
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Zur Vermeidung von Meßfehlern ist die Frequenz der Anodenspannung
durch Verwendung eines Drehzahlgleichhalters (Fliehkraftregler) an dem Antriebsmotor
k konstant zu halten. Kennlinienverschiebungen und Alterung des gittergesteuerten
Entladungsgefäßes haben auf die Meßgenauigkeit keinerlei schädlichen Einfluß.
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Der Vorteil der beschriebenen Loteinrichtung liegt darin, daß für
die Anzeige der geloteten Entfernung keine mechanisch bewegten oder umlaufenden
Teile Verwendung finden, und in dem Umstand eines einfachen Aufbaues der Schaltung,
die keinerlei War tung oder Bedienung erfordert. Echoerscheinungen, die durch Reflexion
von Vorsprüngen irgendwelcher Art entstehen und um kurze Zeit später einfallende
Nachechos bilden, bleiben bei der beschriebenen Einrichtung ohne Wirksamkeit auf
die Anzeige, da nur der erste, also der direkt reflektierte Schallimpuls das Entladungsgefäß
zündet, während die Nachechos Spannungsstöße ergeben, die in die Brennzeit des Entladungsgefäßes
oder aber in die negative Halbperiode der Anodenspannung fallen und somit kein erneutes
Zünden des Gefäßes bewirken können.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Meßeinrichtung ist der, daß die Anzeige
auch bei kleinsten Entfernungen fortlaufend geschieht, was besonders für Luftfahrzeuge
bei Landungsmanövern in unsichtigem Wetter und bei U-Booten wichtig ist, da die
Oberflächen beschaffenheit des Bodens bzw. Meeresgrundes direkt aus der Anzeige
des Instrumentes entnommen werden kann. Auch für Sturz- und Kunstflüge ist die fortlaufende
Überwachung der Bodenentfernung von großer Bedeutung.
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Ferner lassen sich die Meßergebnisse im Gegensatz zu anderen Loteinrichtungen
be quem fernübertrageh oder registrieren, was für viele Fälle, z. B. bei- Vermessungen,
von Wichtigkeit ist. Selbstverständlich können mit der beschriebenen Einrichtung
auch Entfernungen von Fahrzeug zu Fahrzeug fortlaufend gemessen oder kontrolliert
werden.