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Vorrichtung zum Aufsuchen und zur Entfernungsmessung von Objek.ten
nach der Echolotmethode Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsuchen
und zur Entfernungsmessung von schallreflektierenden Objekten nach der Echolotmethode.
Für die Echolotung im Wasser ist es bekannt, zur Unterdrückung des direkten Schalles
und des durch Reflexion am Meeresboden erzeugten Nachhalles die Empfindlichkeit
des Empfangsgerätes selbsttätig so zu regeln, daß sie zwischen zwei Schallaussendungen
allmählich von einem Mindestwert bis auf einen Höchstwert gesteigert wird. Zu diesem
Zweck wurde ein Regelrohr im Verstärker vorgesehen, dem durch eine im Rhythmus der
Schallaussendungen erfolgende Kondensatorentladung eine negative Gitterregelspannung
zur Steuerung des Verstärkungsgrades aufgedrückt wurde.
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Diese Regelung hat den Nachteil, daß ihr Verlauf sowohl von der Krümmung
der Charakteristik des Rohres als auch von dem Verlauf der I(ondensatorentladung,
die bekanntlich nach einer Exponentialkurve erfolgt, abhängig ist. Dadurch ist die
Möglichkeit ausgeschlossen, die Regelung dem zeitlichen Verlauf der jeweils auftretenden
Störgeräuschamplitude anzupassen. Außerdem ist aber der Verlauf der Regelkurve auch
noch sehr stark von der Höhe der Regel spannung und der Gittervorspannung des Regelrohres
abhängig und durch die unvermeidlichen Änderungen dieser Spannungen
häufigen
und unerwünschten Schwankungen unterworfen, so daß die Empfindlichkeit ein mal zu
stark ist und die Störgeräusche durchläßt und das andere Mal zu niedrig ist und
infolgedessen nicht einmal die Kutzechos mehr zur Anzeige kommen läßt.
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Alle diese Mängel lassen sich gemäß der Erfindung dadurch vermeiden,
daß die Einrichtung für die zeitliche Regelung der Empfindlichkeit erst hinter dem
Verstärker, und zwar im Gitterlsreis des Relaisrohres angeordnet ist. Bei Verwendung
von z.B. einer Regelspannung läßt sich deren Verlauf leicht willkürlich so beeinflussen,
daß er den jeweiligen Betriebsverhältnissen, insbesondere dem Verlauf der zu unterdrückenden
Störgeräusche richtig angepaßt werden kann. So läßt sich auch durch Verwendung von
Drehpotentiometern oder Drehkondensatoren oder sonstigen in ihrem Regelverlauf willkürlicll
einstellbaren Regelorganen jeder gewünschte Verlauf der Regelkurve verwirlilichen.
Da die Regelung hinter dem Verstärker erfolgt, ist ein Auftreten von störenden Schaltspannungen
durch die Schaltung der Regelorgan nicht zu befürchten, wie das bei der eingangs
seitigen Anbringung dieser Regelorgane durch die dann erfolgende Verstärkung der
Schaltspannungen der Fall ist.
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Für viele Fälle ist eine lineare Regelung erwünscht, so z. B. bei
der Echolotung auf Flugzeugen, wo die Störgeräuscbe in erster Linie durch die linear
mit der Flughöhe ab nehmenden Störechos der Flugzeuggeräusche verursacht werden.
Eine derartige lineare Regelung läßt sich auch unter Verwendung der bekannten Kondensatorentladung
zur Erzeugung der Regelspannung am Gitter des Relaisrohres mit hinreichender Genauigkeit
erzielen, wenn die Regelgrenzspannungen und die Zeitkonstante der Entladung so gewählt
werden, daß nur der am meisten geradlinige Teil der Entladekurve für die Regelung
benutzt wird. Eine weitere Verbesserung der Linearität läßt sich hierbei auch noch
durch Verwendung eines komplexen Entladewiderstandes geeigneter Größe erreichen.
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Auf der Zeichnung sind in den Fig. I und 1 a nvei Ausführungsbeispiele
in einem Schaltbild veranschaulicht.
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Die dargestellte Echoloteinrichtung dient zur Messung der Entfernung
nach der Echslotmethode und sei im folgenden in ihrer Anwendung bei der Flugzeugecholotung
zur Messung der Flughöhe beschrieben.
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Durch einen mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Kontaktgeber
1, der durch einen auf der Zeichnung nicht mit dargestellten Motor angetrieben wird,
wird ein 5 endestromkreis 2 kurzzeitig eingeschaltet und dadurch ein Schallsender3.
z. E. eine Pfeife, durch kurzzeitiges Öffnen eines Preßluftventils zum Aussenden
eines kurzen, vom Flugzeug gegen die Erdoherfläche gerichteten Schallimpulses erregt.
Der vom Erdboden zurückgeworfene Schallstrahl wird durch einen Empfänger 4 aufgefangen,
in elektrische Energie umgewandelt und über einen Eingangstransformator 5 dem ersten
Rohr eines Verstärkers 6 zugeführt. Vom Verstärker wird der so verstärkte Echoimpuls
an das Gitter eines Relaisrohres oder einer gittergesteuerten gasgefüllten Röhre
7 gegeben. Diese Röhre liegt im Entladekreis eines Kondensators 8, der durch eine
Spannungsquelle 9 über einen parallel geschalteten Widerstand Io aufgeladen wird.
Der Entladestromstol3 wird zur Steuerung der eigentlichen Anzeigvorrichtung benutzt.
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Um die Zeit zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und Eintreffen
des Echos, dic als Maß für die vom Schall durchlaufene Strecke oder die Flughöhe
benutzt wird, zr bestimmen, können bekannte Zeitmeßvorrichtungen Verwendung finden.
Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Anzeige durch einen Spannungsmesser
II, der im Augenblick der Echoankunft durch einen vom Entladestromkreis durch eine
Relaisspule 12 betätigten Umschalter I3 mit einem Kondensator 14 verbunden wird,
der bei der Schallaussendung aufgeladen wird und sich durch Umlegen des Umschalters
I3 sodann b. zur Echoankunft über einen Widerstand 15 entlädt. Die Größe seiner
jeweiligen Ladung bzw. Spannung ist also ein NIaß für die set der Schallaussendung
verflossene Zeit bzw. im Augenblick der Echoankunft ein Anlaß für die Flughöhe.
Parallel zum Spannungsmesser II liegt ein Kondensator I6, der die Spannung des Kondensators
14 im Augen blick der Echoankunft annimmt und bis zum nächsten Echo auf dieser Spannung
bleibt.
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Das Umschaltrelais bzw. der Umschalter 13 ist so ausgebildet, daß
er in der jeweiligen Umschaltstellung liegen bleibt, so daß also auch die Empfangseinrichtung
nach Eintreffen des Echos abgeschaltet bleibt. Erst bei der nächsten Schallaussendung
wird der Umschalter I3 mit Hilfe einer vom Sendeimpuls beeinflußten zweiten Relaisspule
17 oder mechanischen Schaltvorrichtung wieder in die andere auf der Zeichnung ausgezogene
Schaltstellung gebracht, so daß sich die Empfangsvorrichtung wieder in Anzeigebereitschaft
für das nächste Echo befindet.
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Die Empfindlichkeit der Einrichtung wird bei jeder Lotung erneut
auf die jeweilige Flughöhe eingestellt, und zwar erfolgt die Einstellung der Empfindlichkeit
bei beiden auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
Fig.
I und Fig. 1 a durch Regelung der negativen Gittervorspannung der gittergesteuerten
gasgefüllten Röhre, mit der sich die Höhe der zum Zünden erforderlichen Verstärkerausgangsspannung
leicht bestimmen läßt.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Regeleinrichtung
aus einem Lade- und -Entladekreis I8, 19.
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Der Ladekreis Ig enthält einen Kondensator 20, einen Spannungsquelle
21 und einen Schalter 22, der im Augenblick der Schallaussendung durch einen I(ontaktgeber
23, der mit gleicher Geschwindigkeit umläuft wie der Kontaktgeber 1, eingeschaltet
wird, so daß sich der Kondensator 20 auflädt. Sobald sich der Schalter 22 wieder
geöffnet hat, entlädt sich der Kondensator 20 über einen im Gitterkreis der gittergesteuerten
gasgefüllten Röhre liegenden Entladewiderstand 24 und erzeugt dadurch zusätzlich
zu der festen negativen Gittervorspannung 25 eine weitere ebenfalls negative Gittervorspannung,
die von einem Höchstwert auf einen Kleinstwert absinkt.
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Es ist vorteilhaft, den Verlauf der Empfindlichkeitsregelung so zu
wählen, daß die Störgeräusche gerade nicht mehr durchkommen, die Nutzechos dagegen
mit Sicherheit - noch zur Anzeige gelangen. Hierzu würde es sich im allgemeinen
empfehlen, die Regelung dem Verlauf der Störgeräusche anzupassen. Bei der Flugzeuglotung
werden die hauptsächlichen Störgeräusche durch Reflexion der Flugzeuggeräusche am
Erdboden erzeugt. Da der Schalldruck dieser Störgeräusche proportional mit der Flughöhe
abnimmt, so ist es vorteilhaft, die Regelung so vorzunehmen, daß sich die Empfindlichkeit
stets ebenfalls proportional der Flughöhe einstellt. Bei der im Beispiel gewählten
allmählichen Steigerung bis zu dieser der jeweiligen Flughöhe entsprechenden Empfindlichkeit
muß dann auch der zeitlicheerlauf der Regelung geradlinig erfolgen, damit jederzeit
diejenige Empfindlichkeit vorhanden ist, die der dem Zeitablauf seit der Schallaussendung
entsprechenden Flughöhe proportional ist.
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Bei Verwendung des Entladekreises 19 zur Regelung der Empfindlichkeit
nach Fig. 1 wird der Verlauf der Regelung durch die Exponentialkurve des Entladevorganges
bestimmt. Durch geeignete Wahl der Spannungsquellen 21 und 25 gegenüber der Zündspannung
der gittergesteuerten . gasgefüllten Röhre lassen sich jedoch die Regelgrenzspannungen
so einstellen, daß von der Exponentialkurve des Entladevorganges nur der nahezu
geradlinige Teil zur Regelung benutzt wird. Dabei läßt sich auch der Verlauf der
Entladekurve noch durch Wahl eines komplexen Entladewiderstandes 24 in günstiger
Weise beeinflussen.
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Fig. 1 a zeigt eine Ausführungsform, bei der die negative Gitterregelspannung
für die gittergesteuerte gasgefüllte Röhre 7 nicht durch einen nur gesteuerten,
im übrigen aber sich selbst überlassenen Spannungsvorgang, sondern durch ein in
seinem Regelverlauf willkürlich einstellbares Drehpotentiometer 26 erfolgt. Hiermit
läßt sich eine genaue proportionale Regelung, aber auch jede beliebige andereRegelkurve
durch entsprechende Stufung des Potentiometers willkürlich einstellen und damit
eine Anpassung an die verschiedensten Betriebsverhältnisse erzielen.
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Natürlich ist die Erfindung nicht ailf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.
-Insbesondere läßt sich die Regelung des Relaisrohres nicht nur durch Regelung der
negativen Gittervorspannung, sondern gegebenenfalls auch durch Regelung der auf
das Gitter kommenden Ävechselspannung an Ausgang des Verstärkers, beispielsweise
mittels eines Drehpotentiometers oder als Regelwiderstand wirkenden Drehkondensators
erzielen.
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PATENTANSPRÜCI1E: I. Vorrichtung zum Aufsuchen und zur Entfernungsmessung
von Objekten nach der Echolotmethode mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Regeln
der Empfindlichkeit nach einer im Takte der Lotungen periodischen Zeitfunktion,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die zeitliche Regelung der Empfindlichkeit
erst hinter dem Verstärker (6), und zwar im Gitterkreis des Relaisrohres (7J angeordnet
ist.