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Einrichtung zur Bestimmung bzw. Anzeige der Abweichung eines Fahrzeuges,
insbesondere eines Flugzeuges, vom Kurs, vorzugsweise für die Zwecke einer Kurssteuerung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung bzw. Anzeige der Kursabweichung
eines Fahrzeuges, die vorzugsweise zur Steuerung des Fahrzeuges dienen soll. Diese
Einrichtung wird mit Strahlen betrieben, die das fahrzeugfeste Empfangs system erregen.
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Hierbei wird gefordert, daß das Fahrzeug auf die Strahlungsquelle
zu oder von einer solchen Strahlungsquelle weg auf direktem Kurs gehalten werden
kann oder daß das Fahrzeug unter einem vorgegebenen Winkel gegen diese Strahlungsquelle
den Kurs zu halten vermag.
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In besonderen Fällen kann dabei der verwendete Strahler in sichtbarem
Wellenbereich strahlen. In anderen Fällen kann wiederum unsichtbare Strahlung bevorzugt
werden, z. B. beim Vorhandensein von Nebel.
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Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht
nun darin, eine Verbesserung für alle Verwendungsmöglichkeinen der der Steuerung
von Fahrzeugen dienenden Einrichtung zur Bestimmung bzw.
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Anzeige der Abweichung des Fahrzeuges, insbesondere eines Flugzeuges,
vom Kurs anzugeben.
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Es ist bereits eine mit elektromagnetischen Strahlen, insbesondere
mit Lichtstrahlen, betriebene Einrichtung zur Bestimmung der Kursrichtung bzw. der
relativen Entfernung von einem angesteuerten Ziel für Fahrzeuge, insbesondere für
Flugzeuge, bekanntgeworden.
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Diese bekannte Einrichtung ist auf modulierte Lichtstrahlen wirksam
und enthält eine fahrzeugfeste strahlungsempfindliche Vorrichtung, die derart ausgebildet
ist, daß sie vorzugsweise das diffuse Licht in svmmetrischer Anordnung von zwei
Seiten des Fahrzeuges auffängt und auf die normalerweise vorhandene oder zu diesem
Zweck besonders vorgesehene Modulation ortsfester Lichtquellen abstimmbar ist. Die
in der bekannten Anordnung zur Fiihrung von Flugzeugen vorgesehene strahlungsempfindliche
Vorrichtung enthält zwei photoelektrische Zellen in Brückenschaltung,
die
auf dem Flugzeug derart symmetrisch zur Fortbewegungsrchtung des Flugzeuges angeordnet
sind. daß sie Licht von je einer Seite des Flugzeuges erhalten.
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Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung in einer Einrichtung
zur Bestimmung bzw. Anzeige der Abweichung eines Fahrzeuges, insbesondere eines
Flugzeuges, vom Kurs, vorzugsweise für die Zwecke einer mit sichtbaren oder unsichtbaren
Strahlen, insbesondere Lichtstrahlen, betriebenen Kurssteuerung, unter Verwendung
zweier in Differenzschaltung auf dem Fahrzeug angeordneter Photozellensysteme, deren
Differenzstromgrößen als Maß für die Abweichung vom Sollweert dienen, welche dadurch
gekennzeichnet ist, daß die beiden Photozellen in einer Antiparallelschaltung angeordnet
sind.
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Damit ergeben sich gegenüber dem Bekannten wesentliche Vorteile.
Ein Vorteil besteht vor allem darin, daß für die Verstärkung der geringen Empfangsstöße
ein reiner bandelsüblicher Wechselstromverstärker benutzt werden kann, und zwar
ohne daß die empfangene Strahlungsenergie irgendwelche Schwingungen ausführen oder
moduliert sein müßte.
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Verstärkerähnliche Brückenschaltungen, wie sie bei der vorstehend
genannten bekannten Vorrichtung zu r Führung von E Flugzeugen angegeben sind, weisen
überdies den außerordentlichen Nachteil der Nullpunktswanderung auf. und bei der
hier benutzten Verstärkerschaltung mit galvanischer Kopplung ist der Nullpunkt dauernd
den Schwankungen unterworfen, welche durch die im Flugzeug besonders starken Spannungsschwankungen
der speisenden Batterie und durch die Alterung der Röhren sowie sonstiger Schaltinstrumente
bedingt sind. Ein weiterer Nachteil bei galvanisch gekoppelten Gleichstromverstärken,
wie sie bei der bekannten Einrichtung benutzt werden, ist dadurch gegeben, daß man
hier die Röhren nicht einfach auswechseln kann. da die Kennlinien untereinander
nie so genau übereinstimmen. Diese müssen immer besonders abgeglichen werden. Ein
weiterer Nachteil bei der bekannten genannten Einrichtung besteht noch darin. daß
durch die gewählte Anordnung der Photozellen erhelbliche Meßfehler durch Isolationsfehler
bedingt sind. Bei Luftahrzeugen hat man dabei in ganz erheblichen Maße mit Feuchtigkeits-und
Temperatureinflüssen zu rechnen. Alle die genannten Nachteile der bekannten Einrichtung
zur Führung von Flugzeugen werden durch die Erfindung mühelos überwunden.
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Bei der Erfindung werden die beiden Photozellen von jeeinem Lichtstrahl
gesteuert. Sind die Lichtstrahlen nicht moduliert oder nicht impulsförmig. dann
erhalten die beiden Photozellen eine Wechselstromvorspannung, die von einem hesonderen
Röhrengenerator geliefert wird. Werden demgemäß beide Photozellen mit der gleicheii
Intensität angestrahlt, dann erfahren beide Halbwellen der Wechselspannung gleichmäßige
Veränderungen, während bei einer Kursabweichung die beiden Halbwellen eine Ungleichmäßigkeit
erfahren.
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Diese modulierte Wechselspannung wird verstärkt und einem nichtlinearen
Widerstand zugeführt, welcherbei Speisung durch Wechselstrom mit ungleichen Halbwellen
einen Gleichstrom auslöst, mit dem das Korsanzeigerinstrument gespeist wird. Sind
dagegen die Steuerstrahlen moduliert, impulsförmig oder irgendwie pulsierend, dann
erhalten die Photozellen eine Gleichstronvorspannung. Die resultierenden Impulse
werden in diesem Falle wie vorher verstärkt und über einen nichtlinearen Widerstand
dem Kursanzeigegerät zugeführt.
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Des besseren Verständnisses halber sei die Erfindung an Hand zweier
in den Abbildungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Abb. 1 stellt ein Schaltschema zur Durchführung einer Lösungsform
für die gestellte Aufgabe dar. Die Abb. 2 zeigt verschiedene Wellenformen, die im
Zusammenhang mit der Einrichtung nach Abb. I eine Rolle spielen. Die Abb. 3 gibt
eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens nieder. die in der Abb. 4 dargestellten
Wellenformen spielen bei der Einrichtung nach Abb. 3 eine Rolle.
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In der Abb. r stellen I und 2 zwei gleiche, in Fahrzeug angeordnete
Strahlungsempfinger dar. die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei photoelektrische
Zellen sind.
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Der Erfindungsgegenstand ist jedoch nicht auf diese besondere Empfängerform
beschränkt vielmehr kann jede, je nach dem Charakter der Strahlungsquelle mögliche
Vorrichtung hierfür verwendet werden.
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Die Photozellen i und 2 erhalten eine Wechselstromvorspannung von
symmetrischer Kurvenform. Eine solche Wellenform mit einer Frequenz von beispielsweise
etwa 400 Hertz wird in vorliegendem Gerät von einem Röhrengenerator erzeugt. Der
Generator besteht aus dem Elektronen rohr 3, dem Übertrager 4 und dem varial>len
Übertrager 5, dessen Primärseite parallel mit einem Kondensator 6 an der Spannungsquelle
liegt. Die Wechselspannung wird aus einem Übertrager 7 den Photozellen zugeführt.
@ Die Sekundärseite des Übertragers 7 ist in Reihe mit dem Übertrager 8 und mit
den Photozellen 1 und 2 geschaltet.
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Empfangen beide Geräte 1 und 2 denselben Strahlungsbetrag. dann fließt
in der Primär wicklung des Übertragers 8 ein Strom mit gleicher positiver und negativer
Halbwelle.
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In diesem Falle liefert der Generator einen Wechselstrom symmetrischer
Kurvenform. Im anderen Falle fließt auf der Primärseite des Transformators 8 Wechselstrom
mit verschiedenen Scheitelwerten für jede Halbwelle. In der Abb. 2 ist eine Kurve
to dargestellt für den Fall der symmetrischen Spannungs welle, die zustande kommt,
wenn beide Photozellen mit der gleichen Intensität angestrahlt werden. Sonst wird,
wenn z. B. die Photozelle I einen größeren Energiebetrag empfängt als die Photozelle
2, eine asymmetrische Kurvenform 1 1 zustande kommen. Die Kurvenform 12 wird erzielt,
sobald die l'hotozelle2 den größeren Strahlungsbctragr empfängt.
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Da die resultierenden asymmetrischen Wellen infolgedessen sehr kleine
Werte haben, ist es erforderlich, sie durch geeignete Mittel zu verstärken. Zu diesem
Zweck wird ein dreistufiger Verstärker vorgesehen mit den Verstärkerröhren 14, 15,
16. Die Elektronenrohre 14 und I5 sind durch einen Kondensator 17 und die Rohre
15 und I6 durch einen Transformator Ig verbunden. Die Spannung am Transformator
8 wird dem Gitter der Röhre 14 zugeflihrt. Parallel zur Sekundärwicklung des Transformators
8 liegt ein veränderlicher Rondensator 19. Der Ausgangskreis des letzten Rohres
I6 des Verstärkers enthält einen Transformator 20, der vorteilhaft ein Spannungsinduktor
ist und über den ein Anzeigegerät 21 in der einen oder anderen Richtung betätigt
wird, je nachdem ob die positive oder negative Halbwelle den größeren Scheitelwert
aufweist, d.h. je nachdem, ob die Photozelle 1 oder 2 den größeren Strahlungsbetrag
empfängt. Das Anzeigegerät 21 hat seinen Nullpunkt in der Mitte. Sobald ein Strom
fließt, schlägt der Zeiger 2 in der einen oder anderen Richtung von seiner Nullstellung
aus. lin Sekundärstroiukreis des Transformators liegt außer dem Instrument 2I noch
ein nichtlinearer Widerstand 23. Die Widerstandsstrombeziehung eines solchen nichtlinearen
Widerstandes kann die Form einer hyperbolischen Gleichung R . J6 = C haben. Hierbei
ist R der Widerstand, J die Stromstärke, und C sowie a sind Konstante. Dieser Widerstand
23 hat die besondere Eigenschaft, bei Speisungen mittels Wechselstroms ungleicher
Halbvrellen einen Gleichstrom auszulösen. von dem das Kursanzeigeinstrument gespeist
wird. Bei svmmetrischer Kurvenform kommt dagegen kein Gleichstrom zustande.
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Dem Kursanzeigegerät wird vorteilhaft ein Kondensator 24 parallel
geschaltet, über den der Wechselstrom abfließen kann.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach Abb. I ist insbesondere für
nichtmodulierte bzw. nichtimpulsförmige Strahlung geeignet.
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Bei Verwendung modulierter, intermittierender oder irgendwie pulsierender
Strahlung ist die Einrichtung nach Abb. 3 zu verwenden. In Abb. 3 werden genau wie
im ersten Ausführungsbeispiele, zwei Strahlungsempfängerorgane, beispielsweise zwei
Photozellen 1' und 2', verwendet, die eine Gleichstromvorspannung von einer Spannungsquelle
27 erhalten. Die Klemmen dieser Spannungsquelle sind mit der Kathode des Strahlungsempfängers
I' und mit der Anode des Empfängers 2' verbunden, während die Mittenanzapfung der
Stromquelle über die Spule 28 mit der Anode der Einrichtung I' und mit der Kathode
der Zelle ' verbunden ist.
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Wenn bei dieser Anordnung gemäß Abb. 3 beide Strahlungsempfänger
denselben Strahlungsbetrag empfangen; dann fließt in der Spule 28 kein Strom. Wenn
dagegen die auf genommenen Strahlungsimpulse, z. B. in der Zelle 1', größer sind
als die in der Photozelle 2' empfangenen Strahlungsimpulse, dann fließt in der Spule
28 in der einen Richtung ein größerer Strom als in der anderen Richtung und umgekehrt,
wenn der Strahlungsbetrag im Gerät 2' größer ist als im Gerät I'.
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Die Spannung an der Spule 28, der ein veränderl icher Kondensator
19' parallel geschaltet ist, wird wie im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1 einem
dreistufigen Verstärker I4', I5' und I6' zugeführt. Im Ausgangskreis des letzten
Verstärkerrohres liegt wieder der Transformator 20' mit dem nichtlinearen Widerstand
23' und dem Kursanzeiger 21'.
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In den Diagrammen der Abb. 4 sind durch 30 die Strahlungsimpulse
dargestellt, wie sie am Empfänger auftreffen. Empfängt nun beispielsweise die Photozelle
I' den größeren Strahlungsbetrag, dann ergibt sich an der Spule 28 und dem Kondensator
I9' die mit 3I bezeichnete asvmmetrische Kurvenform und entsprechend die Kurvenform
32, wenn die Photozelle2' den größeren Betrag empfängt.
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Diese Kurven weichen in ihrer Form etwas von den Kurzen II und 12
gemäß Abb. 2 ab, was durch die viereckige Form der Welle 30 der Strahlungsimpulse
und durch die Verzer rung in der Drossel 28 bedingt ist. Es kommt hier jedoch in
der Hauptsache auf die Asymmetrie der beiden Scheitelwerte beider Halbwellen an.