DE737272C

DE737272C - Method for determining distance by reflecting electrical vibrations

Info

Publication number: DE737272C
Application number: DET45608D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Runge
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1935-08-07
Filing date: 1935-08-08
Publication date: 1943-07-09

Description

Verfahren zur Abstandsbestimmung mittels Reflexion elektrischer Schwingungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur. Abstandsbestimmung mittels Reflexion elektrischer Schwingungen.Method for determining distance by means of reflection of electrical vibrations The invention relates to a method for. Distance determination by means of reflection electrical Vibrations.

Es ist bekannt, den Abstand eines reflektierenden Gegenstandes von einem drahtlosen Sender dadurch zu bestimmen, daß die von dem Sender ausgehenden und an dem Gegenstand reflektierten elektrischen Wellen am Sendeort empfangen werden und daß die Laufzeit der elektrischen Wellen von dem Sender zum reflektierenden Gegenstand und zurück zum Empfänger ermittelt wird. Es wird also das gleiche Verfahren angewandt, wie es beim Echolot bekannt ist. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß beim Echolot akustische Wellen benutzt werden. Nach Feststellung der Laufzeit der Wellen ergibt sich in Verbindung mit' der Fortpflanzungsgeschwindigkeit dieser Wellen unmittelbar der Abstand.It is known to measure the distance of a reflective object from a wireless transmitter to determine that the outgoing from the transmitter and electrical waves reflected on the object are received at the transmission location and that the transit time of the electric waves from the transmitter to the reflective Object and back to the recipient is determined. So it will be the same procedure applied as it is known with the echo sounder. The only difference is that acoustic waves are used in the echo sounder. After determining the term of the waves results in connection with 'the speed of propagation of these Waves immediately the distance.

Die zum Empfänger eines solchen Meßgerätes zurückkommenden Wellen besitzen nun nur einen Bruchteil der Energie, die vom Sender ausgestrahlt wurde. Der Empfänger muß daher, um für das Verfahren brauchbar zu sein, eine große Empfindlichkeit besitzen und darf gleichzeitig von dem unmittelbar benachbarten Sender nicht übersteuert werden. Es kommt hinzu, daß der Gleichrichtereffekt des Empfängers bei normaler Anordnung von der Empfangsamplitude quadratisch abhängig ist. Für die zu empfangenden sehr kleinen Feldstärken ist der Empfänger daher besonders unempfindlich.The waves returning to the receiver of such a measuring device now have only a fraction of the energy that was emitted by the transmitter. The receiver must therefore have great sensitivity in order to be useful for the method and must not be overdriven by the immediately adjacent transmitter at the same time will. In addition, the rectifier effect of the receiver with normal Arrangement is quadratically dependent on the reception amplitude. For those to be received The receiver is therefore particularly insensitive to very low field strengths.

Es ist auch ein Abstandsmeßverfahren bekannt, bei dem die Senderfrequenz kontinuierlich geändert wird. Auf den neben dem Sender angeordneten_ Empfänger des Meßgerätes wirken gleichzeiig sowohl die direkt vom Sender ausgehenden als auch die über den reflektierenden Gegenstand zurückkommenden Wellen ein. Infolge des. größeren 'Weges dieser reflektierten Wellen besitzen sie eine andere Frequenz als die auf direktem Wege in den Empfänger einfallenden Wellen. Somit wird sich im Empfänger eine Schwebungsfrequenz ergeben, die direkt ein Maß für den gesuchten Abstand ist.A distance measuring method is also known in which the transmitter frequency is continuously changed. On the receiver of the located next to the transmitter Measuring device act at the same time both those emanating directly from the transmitter and the waves returning via the reflecting object. As a result of the. greater 'path of these reflected waves, they have a different frequency than the waves that hit the receiver directly. Thus it becomes in the receiver result in a beat frequency that is a direct measure of the distance sought.

Dieses Verfahren besitzt mehrere Nachteile. Erstens ist es erforderlich, die zeitliche Frequenzänderung über einen ,größeren Wert konstant zu halten, um eine eindeutige Schwebungsfrequenz,deren Wert zur Messung ausgenutzt wird, zu erhalten. Zweitens muß diese Schwebungsfrequenz über den gleichen prozentualen Bereich veränderlich sein wie die Spanne der zu messenden Entfernung. Verstärker mit einem so großen Durchlaßbereich erfordern aber verhältnismäßig teure Bandfilter.This method has several disadvantages. First, it is necessary to keep the temporal frequency change constant over a larger value in order to to obtain a unique beat frequency, the value of which is used for the measurement. Second, this beat frequency must vary over the same percentage range be like the span of the distance to be measured. Amplifier with such a big one Pass band but require relatively expensive band filters.

Bei einem weiteren bekannten Abstandsmeßverfahren wird die Wellenlänge einer Trägerwelle in aufeinanderfolgenden Halbperioden einer Modulationsfrequenz M vom Werte Al zum Werte .l, verändert. Aus der Intensität des Mittelwertes der bei Reflexion entstehenden Überlagerungsschwingung und aus der Schwingungszahl de# Modulationsfrequenz U soll dann die Entxernung zwischen Sender und reflektierendemGegenstand ermittelt werden. Bei diesem bekannten Verfahren besteht der Nachteil, daß die Modulationsfrequenz über den gleichen prozentualen Bereich variabel sein muß wie die Spanne der zu messenden Entfernung. Der dann erforderliche große Durchlaßbereich der Bandfilter steht der praktischen Durchführung dieses Verfahrens im Wege. Auch ist der für die Messung kritische Extremwert der Intensität wenig ausgeprägt und nur ungenau und mühsam zu finden.In another known distance measuring method, the wavelength a carrier wave in successive half-periods of a modulation frequency M changed from value Al to value .l. From the intensity of the mean of the superimposed oscillation resulting from reflection and from the oscillation number de # Modulation frequency U should then be the distance between the transmitter and the reflecting object be determined. This known method has the disadvantage that the modulation frequency must be variable over the same percentage range as the range to be measured Distance. The then required large pass band of the band filter is the practical implementation of this procedure in the way. Also the one for the measurement critical extreme value of the intensity not very pronounced and only imprecise and laborious to find.

Um die Nachteile der bisherigen bekannten Verfahren zu vermeiden, schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem die Senderfrequenz:mit konstanter Periode, deren Dauer zur Erzielung einer Eindeutigkeit groß ist gegenüber der Laufzeit der elektrischen Wellen über die zu messende Entfernung und zurück, sprungweise zwischen zwei Werten geändert wird und bei dem zur Bestimmung des Abstandes der Zeitaugenblick des Entstehens derZwischenfrequenzschwingunginnerhalb der Periode oder die Dauer des Bestehens der Zwischerifrequenzschwingung optisch gemessen wird.In order to avoid the disadvantages of the previously known methods, the invention proposes a method in which the transmitter frequency: with constant Period, the duration of which is long compared to the running time in order to achieve uniqueness of the electric waves over the distance to be measured and back, in leaps and bounds is changed between two values and in which to determine the distance of the Time instant of the occurrence of the intermediate frequency oscillation within the period or the duration of the existence of the intermediate frequency oscillation is measured optically.

Das vorgeschlagene Verfahren ist also auf zwei verschiedenen Wegen durchführbar. Nach dem einen Weg kann ein Sender vorgesehen werden, der kurze Impulse der einen Frequenz und während der diese Impulse ausfüllenden Pause die andere Frequenz ausstrahlt. Die Auswertung erfolgt in einer Empfangseinrichtung, die die Zeit zwischen dem Beginn der Periode und dem Auftreten der Zwischenfrequenzschwingung optisch zu messen gestattet. Gegenüber den üblichen Impulsverfahren wird durch den Frequenzwechsel eine Übersteuerung des Empfängers durch die unmittelbar vom Sender zum Empfänger übergehenden Schwingungen vermieden.So the proposed method is in two different ways feasible. One way, a transmitter can be provided that sends short pulses one frequency and the other frequency during the pause that fills these impulses radiates. The evaluation takes place in a receiving device, the time between the beginning of the period and the occurrence of the intermediate frequency oscillation optically allowed to measure. Compared to the usual pulse method, the frequency change an override of the receiver by the direct from the transmitter to the receiver passing vibrations avoided.

Zur Durchführung der zweiten Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens könnte ein Sender verwendet werden, der abwechselnd vorzugsweise gleich lange Impulse der einen und der anderen Frequenz ausstrahlt. Die Auswertung müßte dann in einer Empfangseinrichtung erfolgen, die die Überlappungsdauer der gleichzeitig eintreffenden ausgesandten und reflektierten Impulse optisch zu messen gestattet. Eine der Meßentfernung entsprechende Veränderung der Periode des hrequenzwc#chsels findet hierbei also nicht mehr statt. Die Auswertung erfolgt zudem in einwandfreier Weise durch optische Zeitmessung.To carry out the second possible embodiment of the concept of the invention A transmitter could be used, which alternates preferably equally long pulses the one and the other frequency emits. The evaluation would then have to be in a Receiving device take place, which the overlap duration of the simultaneously arriving It is possible to optically measure emitted and reflected pulses. One of the measuring distance A corresponding change in the period of the frequency change takes place here no longer takes place. The evaluation is also carried out in an impeccable manner by optical means Timing.

Für die Messung nach beiden Methoden wird man zweckmäßig ein Braunsches Rohr als Anzeigeorgan verwenden.For the measurement according to both methods it is advisable to use a brown probe Use the tube as an indicator.

Geht man von dem zuerst genannten Ausführungsbeispiel aus, so kann der Sender kurze Impulse einer Frequenz f1 und in den Impulspausen eine Frequenz f2 ausstrahlen. Nach einer Zeit, die der Laufzeit der elektrischen Wellen von dem Sender zum reflektierenden Gegenstand und zum Empfänger zurück entspricht, trifft der Impuls der Frequenz f1 am Empfänger ein, während vom Sender aus auf direktem Wege bereits die Frequenz f2 in den Empfänger gelangt. Im Empfänger entsteht in diesem Fall unter anderem die Zwischenfrequenz (f. 1-f2), die von demAbstand des reflektierendenGegenstandes unabhängig ist. Zur -Entfernungsmessung wird der zeitliche Abstand zwischen dem ausgesandten und dem reflektierten Impuls der Frequenz f1 mit Hilfe eines Braunschen Rohres ermittelt. Die Ablenkung des Kathodenstrahles dieses Braunschen Rohres erfolgt in der einen Koordinate mit einer konstanten Geschwindigkeit und wird vom ausgesandten Sendeimpuls ausgelöst. Der von dem reflektierenden Gegenstand-zurückkommende Impuls, der infolge der Überlagerung mit der in den Impulspausen ausgesandten Frequenz f2' nunmehr einen Zwischenfrequenzimpuls (f1 f2) bildet, löst eine Ablenkung des Kathodenstrahles in der dazu senkrechten Koordinate aus.If one proceeds from the first-mentioned embodiment, the transmitter can transmit short pulses of a frequency f1 and a frequency f2 in the pulse pauses. After a time that corresponds to the transit time of the electrical waves from the transmitter to the reflective object and back to the receiver, the pulse of frequency f1 arrives at the receiver, while frequency f2 already reaches the receiver directly from the transmitter. In this case, among other things, the intermediate frequency (f. 1-f2), which is independent of the distance from the reflecting object, arises in the receiver. To measure the distance, the time interval between the emitted and the reflected pulse of frequency f1 is determined using a Braun tube. The deflection of the cathode ray of this Braun tube takes place in one coordinate at a constant speed and is triggered by the transmitted pulse. The pulse returning from the reflecting object, which now forms an intermediate frequency pulse (f1 f2) as a result of the superposition of the frequency f2 'emitted in the pulse pauses, triggers a deflection of the cathode ray in the coordinate perpendicular thereto.

In der Abbildung ist der Schirm einer Braunschen Röhre dargestellt. Der Beginn T der Zeitablenkung t, deren Zeitdauer gleich dem Zeitintervall zwischen zwei Impulsen von der Frequenz f l ist, fällt zusammen mit der Ausstrahlung des Sendeimpulses. Nach der Zeit A, die dem Weg des Impulses über den reflektierenden Gegenstand und zurück ent; spricht, tritt im Empfänger ein Zwischenfrequenzinipuls auf, der auf dem Schirm des Braunschen Rohres als Zacke Z erscheint. Auch im Sendezeitpunkt T entsteht naturgemäß ein solcher Zwischenfrequenzimpuls, der hier nach Belieben aufgezeichnet oder in der Anzeige unterdrückt werden kann.The picture shows the screen of a Braun tube. The beginning T of the time deflection t, the duration of which is equal to the time interval between two pulses of frequency fl coincides with the emission of the Transmission pulse. After the time A, which is the path of the pulse over the reflective Object and back ent; speaks, an intermediate frequency pulse occurs in the receiver which appears on the screen of the Braun tube as a point Z. Even at the time of the broadcast T naturally creates such an intermediate frequency pulse, which here at will can be recorded or suppressed from the display.

Der Zwischenfrequenzimpuls Z kann natürlich auch dem Wehneltzylinder oder einer gleichwertigen Elektrode zugeführt werden, so daß im Abstand A ein Aufleuchten eintritt, während die übrige Strahlspur dunkel bleibt; in diesem Fall genügt die Ablenkung in einer Koordinate. Die Strecke A, d. h. der Abstand von T bis zum Beginn von Z, ist ein direktes Maß für die Entfernung des reflektierenden Gegenstandes.The intermediate frequency pulse Z can of course also be the Wehnelt cylinder or an equivalent electrode, so that it lights up at distance A. enters while the remainder of the ray remains dark; in this case the Distraction in one Coordinate. The route A, d. H. the distance from T to the beginning of Z, is a direct measure of the distance of the reflective Subject.

Während bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel-kurge Impulse ausgesandt werden, können auch während längerer Zeitabschnitte periodisch abwechselnd -die Frequenzen f1.und f2 ausgesandt werden. Zweckmäßig wird man die dann entstehenden Impulse f1 und f2 gleich lang machen. Die überlappungsdauer der rückkehrenden Impulse f 1 mit den vom Senddr zum Empfänger unmittelbar übergehenden Impulsen der Frequenz f2, während der also eine Zwischenfrequenz entsteht, ist proportional der gesuchten Entf«-nung. Diese Überlappungsdauer kann wiederum -mit Hilfe eines Braunschen Rohres gemessen werden, indem beispielsweise der ZwiscÜenfrequenzimpuls die Lichthelligkeit der Kathodenstrahlspur auf dem Schirm der Braunsehen Röhre steuert. Die Länge des von dem Kathodenstrahl erzeugten Lichtstriches ist dann proportional der Entfernung Bei diesem Ausführungsbeispiel ist -es ohne weiteres möglich, auf dem Schirm der Braunsehen Röhre einen Maßstab anzubringen, der in Entfernungen geeicht ist. Um ein Hinundhergehen des Lichtfleckes zu vermeiden und um einen möglichst langen Weg mit konstanter Geschwindigkeit aufzeichnen zu können, ist es zweckmäßig, . den Kathodenstrahl des Braunsehen Rohres mit konstanter Geschwindigkeit kreisförmig abzulenken. Die Umlaufperiode muß dann in einem ganzzahligen Verhältnis zu der Periode der Senderfrequenzänderung stehen.While in the described embodiment-short pulses are emitted can also be periodically alternating during longer periods of time Frequencies f1. And f2 are sent out. One then becomes expedient for those that arise Make pulses f1 and f2 the same length. The overlap duration of the returning pulses f 1 with the pulses of the frequency passing directly from the transmitter to the receiver f2, during which an intermediate frequency arises, is proportional to the one sought Distance. This overlap period can in turn - with the help of a Braun tube be measured by, for example, the intermediate frequency pulse the light brightness controls the cathode ray track on the screen of the Braunsehen tube. The length of the The line of light generated by the cathode ray is then proportional to the distance In this embodiment, it is easily possible on the screen of the Braunsehen tube to attach a yardstick that is calibrated in distances. Around to avoid the light spot going back and forth and as long as possible To be able to record at a constant speed, it is useful to. the cathode ray of the Braunsehen tube to deflect circularly at constant speed. the Orbital period must then be in an integer ratio to the period of the transmitter frequency change stand.

An Stelle einer Braunsehen Röhre kann auch jede andere zur Messung kurzer Ze'itabschnitte geeignete Einrichtung benutzt werden.Instead of a Braunsehen tube, any other tube can also be used for measurement suitable means are used for short periods of time.

Die Änderung der Senderfrequeng kann auf beliebige Weise erfolgen. Eine bekannte Möglichkeit würde darin bestehen, die Anodenspannung der Senderöhre entsprechend zu ändern. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, mit dem Sender eine Glimmeniladungsröhre zu koppeln, deren Vorspannung entsprechend - der beabsichtigten Wellenlängenänderung verändert wird. Die Glimmstrecke stellt bekanntlich je nach ihren Betriebsbedingungen einen Wirk- oder Blindwiderstand dar. Wirkt sie als Blindwiderstand, so ruft sie eine Verstimmung hervor. Selbstverständlich kann die Glimmstrecke auch. durch eine Hochvakuumröhre ersetzt werden.The transmitter frequency can be changed in any way. One known possibility would be to measure the anode voltage of the transmitter tube change accordingly. Another suggestion is to use a To couple glow charge tube, the bias voltage according to - the intended Change in wavelength is changed. The glow path is known to be depending on an active or reactance resistance under its operating conditions. If it acts as a reactance, so it provokes an upset. Of course, the glow path can also. be replaced by a high vacuum tube.

Zur Konstanthaltung der Periode der Wellenlängenänderung können besondere Mittel vorgesehen werden. Insbesondere ist an Schwingkristalle oder Stimmgabeln gedacht.To keep the period of the wavelength change constant, special Funds are provided. In particular, it is on vibrating crystals or tuning forks thought.

Bei Beschreibung des Erfindungsgedankens . wurde stets von getrenntem Sender und. Empfänger gesprochen. In bekannter Weise kann indessen die Sendeanordnung auch zutn Empfang und zur Überlagdrung mitbenutzt werden. In diesem Fall würden sowohl Röhre als auch Strahleranordnung für Sendung und Empfang die gleichen sein.When describing the idea of the invention. was always separated from Transmitter and. Recipient spoken. In a known manner, however, the transmission arrangement can also be used for reception and overlay. In that case it would both the tube and the radiator arrangement for transmission and reception must be the same.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for determining distance by means of reflection electrical, especially very short waves on the object, the distance between which is determined should be, in which the receiver one directly from the sender and one on the detour Vibration coming via the reflective object is supplied thereby characterized in that the transmitter frequency with constant period, the duration of which to achieve uniqueness is large compared to the transit time of the electric waves over the distance to be measured and back, changed stepwise between two values and that to determine the distance, the instant in time of the occurrence of the Intermediate frequency oscillation within the period or duration of existence of the Intermediate frequency oscillation is measured optically.

2. Facility for implementation a method according to claim i, characterized by a transmitter, the short pulses one frequency and the other frequency during the pause that fills these impulses broadcasts, and through a receiving device, the time between the start to measure the period and the occurrence of the intermediate frequency oscillation. 3, - device for performing a method according to claim i, characterized by a transmitter, which alternately sends pulses of the same length and preferably of the same length of the other frequency and by a receiving device that the overlap duration to measure the simultaneously arriving emitted and reflected impulses allowed. q .. Device according to claim 2 and 3, characterized in that im Receiver for timing a Braun tube is provided. Establishment according to Claim q., Characterized in that the light spot of the Braunsehen tube with is deflected at a constant speed. 6. Device according to claim 5, characterized characterized that the light spot of the Braunsehen tube with one to the period of Transmitter frequency change in an integer ratio standing circular period is distracted. 7. Device according to claim 2 and 3, characterized in that that the transmitter frequency change takes place by changing the anode voltage of the transmitter tube. "B. Device according to claim: z and 3, characterized in that the transmitter frequency change as a result, a glow discharge tube coupled to the transmitter is biased or high vacuum tube is changed. 9. Device according to claim: 2 and 3, characterized indicated that to keep the transmitter frequency change period constant mechanical vibration generator (quartz, tuning fork) is provided. 'io. Facility according to claim 2 and 3, characterized in that for transmitter and receiver the same tube is provided. i i. Device according to claims 2 and 3, characterized in that that the same radiator is provided for the transmitter and receiver.