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Nach dem Echoverfahren arbeitender Entfernungsmesser Die Erfindung
bezieht sich auf nach dem Echoverfahren arbeitende Entfernungsmesser, bei denen
die Zeit bis zur Rückkehr des Echos mit Hilfe einer gesetzmäßig slich ändernden
Spannung gemessen wird.
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Bei den bekannten Geräten dieser Art besteht der die Meßspannung
liefernde Spannungszeitgeber aus einem Kondensator, der bei der Impulsaussendung
geladen oder entladen wird und sich anschließend allmählich über einen Widerstand
auf- oder entlädt. Die Spannung des Kondensators im Augenblick, der Echoankunft
wird durch ein vom Echo betätigtes Relais an einen zum Ablesen der Entfernung in
Längeneinheiten geeichten Spannungsmesser gelegt.
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Wie Versuche ergeben haben, ist das Messen kleinster Entfernungen
mit einer derartigen Einrichtung nicht möglich, da die Anzeige hierbei starke unregelmäßige
Schwankungen aufweist, die eine zuverlässige Auswertung verhindern. Diese lUnregelmäßigkeiten
sind darauf zurückzuführen, daß die im Augenblick der Impulsaussendung ausgelöste
Ladung oder Entladung des Kondensators sowohl als auch die Tastung des Echorelais
einige Zeit in Anspruch nimmt und es infolgedessen bei kleinen Entfernungen vorkommen
kann, daß das Echorelais schon betätigt wird, bevor die Ladung oder Entladung des
Kondensators abgeklungen ist, und über einen Zeitbereich Kontakt gibt, der zum Teil
mit der Lade- und zum Teil mit der Entladezeit des Kondensators zusammenfällt.
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Erfindungsgemäß lassen sich diese Mängel dadurch vermeiden, daß der
Spannungszeitgeber
und seine Steuerung so ausgebildet sind daß
der gesamte jeweils interessierende Zeitbereich, vom Augenblicli der Aussendung
des Lotimpulses bis zur Echoankunft aus d4 größten noch zu erfassenden Entfernung,;nur
den mittleren Teil des ansteigenden oder fallenden Astes der Spannungskurve umfaßt.
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Dadurch wird eine bis zur Entfernung Null brauchbare Zeitmessung erzielt.
Das ist um so wichtiger, als es gerade bei kleinen Entfernungen auf eine sichere
und genaue Anzeige ankommt.
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Da Spannungszeitgeber sich besonders für eine Fernübertragung der
Meßwerte eignen, lassen sie sich mit Vorteil als Zusatzgeräte zu Echoloten verwenden,
die mit einem mechanischen Zeitmesser ausgerüstet sind, wie z. B. die für die Schiffahrt
üblichen Echolote mit an einer Entfernungsskala umlaufenden, im Augenblick der Echoankunft
aufleuchtenden Lichtzeiger. Bei diesen Geräten ist man jedoch bestrebt, die einzelnen
Lotperioderi zur Erlangung einer raschen Anzeigefolge bzw. einer stehenden Anzeige
möglichst kurz zu machen, während dagegen für die Fernanzeige mittels Spannungszeitgeber
erfindungsgemäß eine Verlängerung der Lotperiode über den interessierenden Zeitbereich
hinaus vorzunehmen ist. ¼m beiden Erfordernissen gerecht zu werden, kann man die
Periode des Spannungszeitgebers um ein ganzes Vielfaches größer wählen als die Periode
des mechanischein Zeitgebers, so daß sie mehr als eine Lotperiode umfaßt. Für die
Fernanzeige mittels Spannungszeitgeber ist eine rasche Lotfolge zur Erlangung einer
stehenden Anzeige ohnehin nicht erforderlich, da sich die stehende Anzeige hierbei
leicht durch andere Alittel, z.B. durch Anordnung eines spannunghaltenden lQondensators
parallel zum Anzeigegerät, erzielen läßt.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbei spiel
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I das Schaltbild eines Echolotgerätes mit Alutter
und Tochteranzeige, Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung -der \E irkungsxveise
der Schaltung nach Fig. I.
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Das beispielsweise dargestellte Echolotgerät besteht im wesentlichen
aus einem Sender I zum Aussenden von Schallimpulsen in regelmäßigen Zeitzwischenräumen,
einem Empfänger 2, der die als Echo zurüdkehrenden Schallimpulse in elektrische
Impulse umwandelt und über einen Verstärker 3 auf ein Anzeigeinstriiment 4 bzw.
5 einwirken läßt, ferner einer Vorrichtung zum Nissen der vom Augenblick der S;challaussendung
bis zur Rückkehr des Echos verflossenen Zeit, die als Anlaß für die zu bestimmende
Entfernung benutzt wird und an dem Anzeigegerät 4 bzm. 5 abgelesen werden kann.
Von den beiden Anzeigegeräten 4 und 5 ist das eine räumlich mit der Echoloteinrichtung
verbunden. Es besteht Bus einem Neonrohr, das an einer umlaufenden Scheibe 6 befestigt
ist und an einer in Meter geeichten Skala zum Ablesen der Entfernung bzw. Meerestiefe
umläuft. Auf der Welle g der Anzeigescheibe 6, die durch einen auf der Zeichnung
nicht mit dargestellten Motor angetrieben wird, ist ein Kontaktgeber 7 zur Betätigung
des Sendestromkreises 8 angebracht, derart, daß jeweils beim Durchgang des Neonrohres
4 durch die Nullstelle der Skala ein Schallimpuls ausgesandt wird. Die Schallaufzeit
bzw. die Entfernung wird bei dieser Einrichtung mechanisch durch die Weg strecke
gemessen, die das Neon rohr vom Augenblick der Schallaussendung bis zur Rückkehr
des Echos zurücklegt, indem das Neon rohr bei Ankunft des Echos zum Aufleuchten
gebracht wird, so daß seine Stellung in diesem Augenblick an der Skala abgelesen
werden kann. ttm die gemessene Entfernung auch an anderen Stellen, z. B. auf der
Brücke und sonstigen Beobachtungsständen eines Schiffes, ablesen zu können, sind
ein oder mehrere weitere Anzeigegeräte 5 vorgesehen. Bei diesen erfolgt die Zeitmessung
nicht mechanisch durch die LTmlaufbewegung eines Zeigers, sondern mit Hilfe eines
elektrischen Zeitgebers. Dieser besteht aus einem Zeitkreis mit einer Spannungsquelle
IO, einem Kondensator 11 und einem Widerstand I2. Der Kondensator II ist ständig
über den Widerstand 12 an die Spannungsquelle ro angeschlossen und sucht sich infolgedessen
aufzuladen. Der Kondensator II wird durch einen Kurzschlußkontakt I3 in regelmäßigen
Zeitzwischenräumen entladen.
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Der Kurzschlußkontakt I3 sitzt auf einer Welle I5, die im C;bersetzungsverhältnis
1 2 mit der Welle g gekuppelt ist. Infolgedessen wird der Kondensator 1 1 im Verlauf
zweier Lotperioden nur einmal kurzgeschlossen. Dabei ist der Kontakt I3 so eingestellt,
daß der Kurzschluß jeweils in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schal
laussendungen erfolgt. Der Kondensator 1 1 lädt sich vom Augenblick des Kurzschlusses
an allmählich auf. Bei der auf den Kurzschluß folgenden Schallaussendung hat er
eine bestimmte Spannung erreicht. Die weitere Zunahme der Spannung von dem Augenblick
der Schallaussendung bis zur Rückkehr des Echos wird als Maß für die seit der Schallaussendung
verflossene Zeit benutzt und vermittels eines Relais 14 auf das als Röhrenvoltmeter
ausgebildete Anzeigegerät 5 gegeben. Hierzu ist zwischen das Anzeigegerät 5 und
den Kondensator 1 1 eine negative Vorspannung I6 eingeschaltet, die die Spannung
des
Kondensators II im Augenblick der Schallaussendung gerade aufhebt, so daß das Röhrenvoltmeter
im Augenblick der Echoankunft lediglich die als Maß für die Entfernung dienende
Spannungsdifferenz anzeigt.
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Die Einrichtung zur Fernanzeige ist so ausgebildet, daß sie nur während
der zwischen zwei Kurzschlüssen des Kondensators II liegenden Lotperiode empfangsbereit
ist. Zu diesem Zweck ist zwischen den Empfangsverstärker 3 und das Echorelais 14
ein Unterbrecher I7 eingeschaltet; dieser besteht aus einer Kontaktscheibe, die
auf der Welle 15 des Kurzschlußkontaktes I3 befestigt ist.
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Die Fèrnanzeige ist ferner so ausgebildet, daß jeweils nur ein einziges
Echo während der Zeit einer Periode der Empfangsbereitschaft angezeigt werden kann.
Hierzu erfolgt die Betätigung des Relais 14 durch den Entladestrom eines Kondensators
I8, der sich bei Ankunft des Echos über ein durch die Echospannung zu entriegelndes
gittergesteuertes Gasentladungsrohr 19 über die Spule des Relaib 14 entlädt. Die
- Wiederaufladung des Kondensators 18 erfolgt über einen Widerstand 20 und einen
Unterbrecher2I, der den Ladestromkreis des Kondensators I8 nur zwischen zwei Perioden
der Empfangsbereitschaft geschlossen hält. Der Unterbrecher 21 besteht ähnlich wie
der Unterbrecher 17 aus einer ruf die Welle 15 des Kurzschlußkontaktes 13 aufgesetzten
Kontaktscheibe mit einem Kontaktsegment von 1800, wobei jedoch das Kontaktsegnient
des Unterbrechers 21 gegen das Kontaktsegment des Unterbrechers I7 um I80° versetzt
ist. Hat sich also der Kondensator 18 einmal durch Öffnen des gittergesteuerten
Gasentladungsrohres 19 entladen, so kann eine zweite Entladung durch ein etwa in
derselben Lotperiode ankommendes Doppelecho nicht erfolgen, da der Kondensator erst
nach Ablauf dieser Lotperiode wieder aufgeladen wird.
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Fig. 2 zeigt den Verlauf 22, 23 -der Spannung am Zeitkreiskondensator
II und die Ausnutzung dieser Spannung zur Messung der Schallaufzeit bzw. der vom
Schall zurückgelegten Entfernung. Wie dies aus dem Schaubild ersichtlich ist, wird
durch die Ausnutzung nur jeder zweiten Lotperiode für die Fernanzeige und die Versetzung
des Steuer-bzw. Kurzschlußkontaktes I3 für den Zeitkreiskondensator 11 gegenüber
dem Zeitpunkt der Schallaussendung erreicht, daß von dem Ast der Ladekurve 22 des
Kondensators nur der mittlere Teil t für die Messung ausgenutzt wird. Das hat den
Vorteil, daß auch kleine Entfernungen sicher und genau angezeigt werden können,
während es bei Beginn der Kondensatorladung im Augenblick der Schallaussendung leicht
vorkommen kann, daß die Entladung des Kondensators noch nicht beendet ist und die
Tastzeit des Relais 14 zum Teil mit der Entladezeit und zum Teil mit der Ladezeit
des Kondensators zusammenfällt.
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Dieser Mangel ist durch die neue Schaltung vermieden. Durch die Aussendung
eines Schallimpulses sowohl bei Beginn als auch am Ende des eigentlichen Meßbereiches
des Spannungszeitgebers wird eine weitestgehende Erfassung der durch die Echoloteinrichtung
überhaupt zu erfassenden Entfernungen erreicht, da Entfernungen, die über den Meß
bereich hinausgehen, durch das Echo des am Ende des Meßbereiches t ausgesandten
Schallimpulses bei der folgenden Meßperiode angezeigt werden. Beträgt z. B. der
WIeßbereich des Röhrenvoltmeters Ion m und kommt ein Echo aus I20 m Entfernung an,
so wird dieses am Meßgerät mit 20 m angezeigt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.
Insbesondere kann die elektrische Zeitmessung auch unabhängig von der mechanischen
Zeitmessung Anwendung finden. Ferner kann die elektrische Zeitmessung statt durch
einen Zeitkreis auch durch ein Drehpotentiometer erfolgen. Die Spannungsänderung
zur Zeitmessung kann statt nach einer Sägezahnkurve auch nach einer periodischen
Funktion, z. B. nach einer Dreieckskurve oder einer Sinusfunktion, erfolgen.