DE738406C

DE738406C - Arrangement for determining the distance between reflecting surfaces, in particular for determining the flight altitude of aircraft

Info

Publication number: DE738406C
Application number: DES139407D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Schoenfeld
Original assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Current assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Priority date: 1939-12-05
Filing date: 1939-12-05
Publication date: 1943-08-14

Description

Anordnung zur Bestimmung des Abstandes reflektierender Flächen, insbesondere zur Bestimmung der Flughöhe von Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung des Abstandes reflektierender Flächen, insbesondere zur Bestimmung der Flughöhe von Luftfahrzeugen, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen, bei der die Frequenz der ausgesandten Welle unter Verwendung eines motorangetriebenen Kondensators fortlaufend und stetig geändert wird und die im Empfänger aus der Überlagerung der unmittelbar mit der nach Reflexion empfangenen Weile entstehende Differenzfrequenz als Maß für den Abstand dient.Arrangement for determining the distance between reflective surfaces, in particular for determining the altitude of aircraft The invention relates to a Arrangement for determining the distance of reflective surfaces, in particular for Determination of the flight altitude of aircraft with the help of electromagnetic waves, at which the frequency of the transmitted wave using a motor-driven Capacitor is continuously and steadily changed and that in the receiver from the superposition the difference frequency resulting directly from the time received after reflection serves as a measure of the distance.

Bei dieser Einrichtunbg geht nun in die Höhenanzeige unmittelbar die Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors ein. Es ist daher erforderlich, an diesem Motor einen Regler vorzusehen, der die Drehzahl wenigstens über einen größeren Zeitraum hin konstant halt. With this setup, the altitude display now goes directly to the speed of the capacitor drive motor. It is therefore necessary at this Engine to provide a controller that the speed at least over a longer period of time keep constant.

Ein mechanischer Regler ist aber ein wenig erwünschtes Bauelement, da bei ihm Kontiaktschwierigkeiten auftreten und zudem von ihm Störwirkungen auf das Höhemneßgerät ausgeübt werden können. So wird beispielsweise von Zeit zu Zeit ein Verschmutzen des Reglerkontaktes und der beiden Schleif ringe, die dem Regler die Spannung zuführen, erfolgen. Dies ist nicht ohne weiteres wieder zu beseitigen, da der Regler sich im Sender befindet, der bei Flugzeugen z. 3. im Flügel sitzt und daher während des Fluges unzugänglich ist. Auch macht es große Schwierigkeiten, den Regler elektrisch zu entstören.A mechanical regulator is, however, a less desirable component, because with him contact difficulties occur and also from him disruptive effects the height measuring device can be exercised. For example, from time to time contamination of the controller contact and the two slip rings attached to the controller apply the voltage. This cannot be eliminated without further ado, because the controller is located in the transmitter, which is used in aircraft such. 3. seated in the wing and is therefore inaccessible during flight. It is also very difficult to electrically suppress the controller.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Regler ganz zu vermeiden und die dann auftretenden Schwankungen der Höhenanzeige infolge der sich ändernden Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors rein elektrisch zu kompensieren. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erweicht, daß Mittel vorgesehen sind, um mit Hilfe einer aus der Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors hergeleiteten Regelgröße (Regilspannung) am Frequenzmesser die von der Motordrehzahl in unerwünschter Weise abhängige Abstandsanzeige im Sinne einer steten Riehtigstellung zu regeln. Selbstverständlich könnte diese Regelung auch an dem Motor selbst vorgenommen werden, jedoch erfordert dies eine erheblich größere Leistung. It is therefore the object of the invention to avoid the regulator entirely and the then occurring fluctuations in the altitude display as a result of the changing To compensate for the speed of the capacitor drive motor purely electrically. According to the Invention this is softened in that means are provided to with the help of a controlled variable derived from the speed of the capacitor drive motor (control voltage) on the frequency meter, the distance display, which is undesirably dependent on the engine speed to regulate in the sense of a constant rectification. Of course this could Control can also be made on the engine itself, but this requires one significantly greater performance.

Innerhalb des Drehzahlbereiches des Kondensatorantriebsmotors muß also bei gleichbleibendem zu messendem Abstand das Produkt aus Motordrehzahl mal Frequenzanzeige konstant sein. Die Fig. 1 und 2 zeigen die hierfür zu erstrebenden Zusammenhänge zwischen Motordrehzahl und Regelsapnnung (Regelspannungskennlinie s. Fig. in und 2a), zwischen Regelspannung und Frequenzanzeige (Anzeigesteuerung skennlinie s. Fig. 1b und 2b) sowie die Wirkung auf die Anzeige (s. Fig. 1c) und 2c). Die Kurven der Fig. 2 mit einer erst von einem Schwellwert an einsetzenden Regelspannung sind vorzuziehen, weil einerseits bei gleicher Frequenzsteuerung geringere Regelspannung nötig ist und andererseits, weil Abweichungen der Regelspannung vom Sollwert eine geringere Fehlanzeige hervorrufen. Must be within the speed range of the capacitor drive motor So with the same distance to be measured, times the product of the engine speed Frequency display be constant. FIGS. 1 and 2 show those to be striven for for this Relationship between motor speed and control voltage (control voltage characteristic see Fig. in and 2a), between control voltage and frequency display (display control Characteristic curve see Fig. 1b and 2b) and the effect on the display (see Fig. 1c) and 2c). The curves of FIG. 2 with a curve that only starts from a threshold value Control voltages are preferable because, on the one hand, lower with the same frequency control Control voltage is necessary and on the other hand, because deviations of the control voltage from the Setpoint cause a lower number of false positives.

Außerdem braucht der Frequenzmesser für den im Betrieb unbenutzten Anzeigebereich nicht überdimensioniert zu werden.In addition, the frequency meter needs to be used for the one that is not in use Display area not to be oversized.

Es wären naturlich auch Kennlinien denkbar, die in Arbeitsbereich nicht linear sind. Of course, it would also be conceivable characteristic curves in the working area are not linear.

Sie sind jedoch ohne Bedeutung, da das gegenseitige Zupassen zweier nicht linearer Kennlinien praktisch unmöglich ist.However, they are irrelevant as the matching of two non-linear characteristics is practically impossible.

Als Regelgröße kann eine Hilfsspannung verwendet werden, die durch ein kontaktfreies Element, z. B. ein auf der Welle des Kondensatorantriebsmotors sitzendes Tonrad, erzeugt wird. An auxiliary voltage can be used as the controlled variable, which is supplied by a non-contact element, e.g. B. one on the shaft of the capacitor drive motor seated tone wheel, is generated.

Fig. 3 zeigt die hierzu erforderliche Schaltung, wobei in der folgenden Beschreibung an ihre besondere Verwendung für die Höhenmessung in Luftfahrzeugen gedacht wird. Darin ist mit 1 ein von der Bordbatterie gespeister Motor bezeichnet, der mit seiner Welle 2 den Rotor 3 eines im Schwingkreis des Höhenmeßsenders angeordneten Kondensators antreibt. Auf der Welle 2 ist weiter ein Tonrad 4 befestigt, das sich an den Polen eines Magneten 5 vorbeibewegt. Dadurch wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Höhe genau proportional der Drehzahl des Motors ist. Diese Tonradwechselspannung wird durch Gleichrichter 6 gleichgerichtet, sodann über einen Kondensator 7 abgegriffen und dem im Empfänger befindlichen Differenzfrequenzmesser als Regelspannung zugeführt.Fig. 3 shows the circuit required for this, in the following Description of their special use for altitude measurement in aircraft is thought. 1 denotes a motor fed by the on-board battery, which with its shaft 2 the rotor 3 of a arranged in the oscillating circuit of the height measuring transmitter Capacitor drives. On the shaft 2 a tone wheel 4 is also attached, which moved past the poles of a magnet 5. This creates an alternating voltage, the height of which is exactly proportional to the speed of the motor. This tonewheel alternating voltage is rectified by rectifier 6, then tapped via a capacitor 7 and fed to the differential frequency meter located in the receiver as a control voltage.

Es kann entweder die volle Spannung oder auch nur die Abweichung der Spannung vom Sollwert verwendet werden. Diese letztere Spannung wird z. B. entweder durch eine Kompensationsschaltung oder analog den bekannten Regelspannungsschaltungen zur automatischen Scharfabstimmung bei Rundfunkempfängern erzeugt.It can either be the full voltage or just the deviation of the Voltage from the setpoint can be used. This latter voltage is e.g. B. either by means of a compensation circuit or analogously to the known control voltage circuits generated for automatic focus adjustment in radio receivers.

Die nach Fig. 3 hergeleitete Regelgröße erfordert allerdings einen größeren Aufwand als bei Benutzung der Motorspeisespannung ais Regelgröße selbst. Dafür hat man aber den Vorteil, daß sie genau proportional der Drehzahl des Motors und damit des Änderungskondensators ist, weil nämlich auch die im Motor selbst auftretenden Ursachen, wie Erwärmung oder ähnliches, die eine Drehzahlschwankung herbeiführen können, Berücksichtigurig finden. Es hat sich. jedoch gezeigt, daß diese Ursachen für die Drehzahlschwankungen sich nur verhältnismäßig gering auswirken. So betragen die Abweichungen, die im wesentlichen infolge der Erwärmung des Motors entstehen, 2 bis 4 Minuten nach dem Einschalten weniger als 4 bzw. 2%. Zwischen Motordrehzahl im erwärmten Zustand und der von der Bordbatterie gelieferten Speisespannung besteht nun bei Walll einer entsprechenden Motorart ein linearer Zusammenhang. Es ist daher möglich, als Maß für die Motordrehzahl und damit als Regelgröre unmittebar die Speisespannung c.es Kondensatorantriebsmotors zu benutzen. Schwierigkeit bereitet bier aber die Erzeugung einer Kennlinie nach. Fig. 2 mit einer erst von einem Schwellwert an einsetzenden Regelspannung und daß das Bordnetz nicht geerdet werden darf. The controlled variable derived according to FIG. 3, however, requires one greater effort than when using the motor supply voltage as the controlled variable itself. But you have the advantage that it is exactly proportional to the speed of the engine and thus the change capacitor, because that is also the case in the motor itself Causes, such as warming or the like, that cause a speed fluctuation can find consideration. It has. however, it is shown that these causes only have a relatively small effect on the speed fluctuations. So amount the deviations that arise mainly as a result of the motor heating up, Less than 4 or 2% 2 to 4 minutes after switching on. Between engine speed when it is heated and the supply voltage supplied by the on-board battery now a linear relationship with Walll for a corresponding type of engine. It is therefore possible, as a measure for the motor speed and thus directly as a control variable the supply voltage c. to use the capacitor drive motor. However, this creates difficulty Generation of a characteristic according to. FIG. 2 with a starting point only from a threshold value Control voltage and that the electrical system must not be earthed.

Zweckmäßiger verwendet man daher als Regelgröße eine der Speisespannung des Motors proportionale Spannung, und zwar gegebenenfalls die Sekundärspannung des im Höhenmeßgerät zur Erzeugung der Anodenspannung für die im Sender und Empfänger vorhandenen Röhren notwendigen Umformers, der an die gleiche Speisespannung angeschlossen ist. Fig. 4 zeigt eine hierfür geeignete Schaltung. Einem in bekannter Weise aus Motor und Generator bestehenden Umformer 8 wird an den Klemmen 9 und 10 aus der Bordbatterie die Speisespannung zugeführt. Die an den Klemmen 11 und 12 dann vorhandene Umformerspannung ist jetzt, nachdem sie unter Zuhilfenahme eines aus den Widerständen 13 und i 4 gebildeten Spannungstellers und einer Glimmlampe 15 in Verbindung mit einem Widerstand 22 abgenommen wurde, die gewünschte Regeispannung für die Differenzfrequenzmesser. Durch geeignete Wahl des Spannungsteilers und der Glimmlampe ist eine Regelkennlinie der Art von Fig. 2 ZU erzeugen. It is therefore more expedient to use one of the supply voltage as a controlled variable voltage proportional to the motor, and possibly the secondary voltage the in the altimeter to generate the anode voltage for the transmitter and receiver existing tubes necessary converter, which is connected to the same supply voltage is. 4 shows a circuit suitable for this. One in a familiar way Motor and generator existing converter 8 is connected to terminals 9 and 10 from the Board battery supplied the supply voltage. The one then present at terminals 11 and 12 Converter voltage is now after using one of the resistors 13 and i 4 formed voltage regulator and a glow lamp 15 in connection with a resistor 22 was removed, the desired control voltage for the differential frequency meter. A control characteristic is established through a suitable choice of the voltage divider and the glow lamp of the type of Fig. 2 to generate.

Als Regelekement, dem die Regelspannung an einem direkt zeigenden, auf Kondensatorumladungen beruhenden Frequenzmesser zugeführt wird, stehen meherere Größen zur Auswahl, was an der in Fig. 5 gezeichneten Frequenzmesserschaltung dargelegt werden soll. Der Frequenzmesser arbeite nach der be-annten Methode des Relaisfrequenzmes sers. Er enthält ein Fünfpolrohr 16 mit Sättigungscharakteristik, dessen Steuergitter die zu messende Differenzfrequenz zugeführt wird. Durch das Rohr wird ein Kondensator 17 über eine Gleichrichteranordnung I8 und ein Instrument 19 auf gleichbleibende Spannung aufgel@ den bzw. entladen. Das Instrument 19 zeigt dann die Frequenz an. As a control element to which the control voltage is applied to a directly pointing, frequency meter based on capacitor recharging is supplied, there are several Sizes to choose from, what is shown on the frequency meter circuit shown in FIG shall be. The frequency meter works according to the known method of relay frequency measurement sers. It contains a five-pole tube 16 with a saturation characteristic, its control grid the differential frequency to be measured is supplied. Through the pipe there is a condenser 17th Via a rectifier arrangement I8 and an instrument 19 to a constant voltage charged or discharged. The instrument 19 then displays the frequency.

Der Instrumentenstrom J ist nun: J # Ua#C#f.The instrument current J is now: J # Ua # C # f.

Man kann also mit Hilfe der Regelspannung zunächst die Anodenspannung des Frequenzmesserrohres 16 regeln. Hierzu ist aber eine Leistung von einigen Zehntel Watt erforderlich. Sodann könnte auch die Kapazität C des Kondensators 17 geregelt werden, nachdem sie zweckmäßig durch eine gesteuerte Kapazität mittels eines Rohres ersetzt worden ist. Eine Steuerung der Ladekapazität bedingt jedoch praktisch einen großen Aufwand, da kein Anschlußpunkt von C an Erde liegt. Da der Strom durch die Kapazität C aus Impulsen besteht, die für alle Frequenzen gleiche Form haben, kann man zweckmäßiger die gesteuerte, an Erde liegende Kapazität C@ einführen, was in der Figur durch den gestrichelt gezeichneten Kondensator 20 angedeutet ist. Ferner könnte parallel zum zeigeinstrument Ig ein Nebenschluß gelegt werden, der von der Regelspannung gesteuert wird. Eine Steuerung dieses Parallelwiderstandes scheidet in vielen Fällen ebenfalls aus, da sich nicht auf einfache Weise geradlinige Steuerkennlinien erzeugen lassen.So you can first use the control voltage to determine the anode voltage of the frequency meter tube 16 regulate. But this is an achievement of a few tenths Watt required. The capacitance C of the capacitor 17 could then also be regulated after being expediently through a controlled capacity by means of a pipe has been replaced. However, a control of the loading capacity practically requires one great effort, since there is no connection point from C to earth. As the current passes through the Capacitance C consists of pulses that can have the same shape for all frequencies it is more expedient to introduce the controlled capacitance C @, which is connected to earth, which is shown in the figure is indicated by the capacitor 20 shown in dashed lines. Further A shunt could be placed parallel to the pointing instrument Ig, which is controlled by the Control voltage is controlled. A control of this parallel resistance separates In many cases, this also works because straight control characteristics are not easy to achieve let generate.

Schließlich kann eine Regelung noch mit Hilfe einer Gegenspannung Ur erfolgen, die in den Gleichrichterkreis 18 beim Anzeigeinstrument 19 eingeführt wird und die Gleichrichter noch zusätzlich sperrt. Diese Möglichkeit ist in Fig. 6 schematisch durch eine Gleichspannungsquelle 21 angedeutet. Die Gegenspannung bewirkt keine additive, sondern die erwünschte, für alle Ausschläge prozentuale Änderung, da der Strom durch die Kapazität C aus Impulsen gleicher Form, nur verschiedener zeitlicher Folge besteht. Finally, a regulation can still be made with the help of a counter voltage Ur take place, which is introduced into the rectifier circuit 18 at the display instrument 19 and the rectifier also blocks. This possibility is shown in Fig. 6 indicated schematically by a DC voltage source 21. The counter tension does not cause an additive, but the desired one, for all deflections as a percentage Change, since the current through the capacitance C consists of pulses of the same shape, only different chronological sequence exists.

Eine Bestätigung ergeben die mit dieser Schaltung für verschiedene Werte von Ur gemessenen Anzeigesteuerkennlinien, die, wie Fig. 7 zeigt, den erwünschten Verlauf besitzen.A confirmation result with this circuit for different Values of Ur measured display control characteristics which, as Fig. 7 shows, are the desired ones Own course.

Fig. 8 zeigt nun ein Gesamtschaltbild für eine günstige Ausführungsform der Erfindung, z. B. ebenfalls zur Verwendung bei der Höhenmessung in Luftfnhrzeugen gedacht. 8 now shows an overall circuit diagram for a favorable embodiment of the invention, e.g. B. also for use in altitude measurement in aircraft thought.

Hierbei sind die für günstigst gefundene Steuerarm nach Fig. 6 und RJegelspannungserzeugung nach Fig. 4 verwendet worden. Die von dem Umformer an den Klemmen In und 12 unter Zuhilfenahme des aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden Spannung teilers und der Glimmlampe 15 abgenommene Regelspannung wird dem Gleichrichterkreis 18 über einen Widerstand 22 zugeführt.Here are the most favorably found control arm according to FIG. 6 and Level voltage generation according to FIG. 4 has been used. The from the converter to the Terminals In and 12 with the aid of the resistors 13 and 14 Voltage divider and the glow lamp 15 taken control voltage is the rectifier circuit 18 fed through a resistor 22.

Die Wirkungsweise ist die gleiche, wie sie einzeln für die Schaltungen nach Fig. 4 und 6 beschrieben worden ist. So wird mit dieser Schaltung also bei geringem Aufwand und unter Verwendung einer rein elektrischen Steuerung erreicht, daß die Höhenanzeige unabhängig von der Bordspannung ist. Bei Bordbatterieschwankungen zwischen 22 und 30 Volt würde der Höhenfehler maximal 18% ohne die Regelschaltung betragen. Mit der Regelschaltunbg wurde in der Praxis nur mehr eine Abweichung von maximal 1% gemessen.The mode of operation is the same as it is for the individual circuits 4 and 6 has been described. So with this circuit is so at achieved with little effort and using a purely electrical control, that the altitude display is independent of the on-board voltage. With on-board battery fluctuations between 22 and 30 volts the altitude error would be a maximum of 18% without the control circuit be. With the control circuit, in practice there was only a deviation of maximum 1% measured.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Arrangement for determining the distance reflective surfaces, especially for determining the flight altitude of aircraft, with the help of electromagnetic waves, at which the frequencies of the emitted Wave continuous and steady using a motor-driven capacitor is changed and that in the receiver from the superimposition of the immediately with the Difference frequency resulting from the reflection of the received wave as a measure of the distance serves, characterized in that means are provided to with the help of a the controlled variable derived from the speed of the capacitor drive motor (control voltage) on the frequency meter, the distance display that is undesirably dependent on the engine speed to regulate in the sense of a constant correction.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the controlled variable an auxiliary voltage is used, which is through a non-contact element, z. B. a tone wheel seated on the shaft of the condenser drive motor. is produced.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that when used of such a capacitor drive motor whose speed depends on the supply voltage is dependent, as a controlled variable directly this supply voltage or one proportional to it Voltage is used.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that in the presence a converter, also connected to the supply voltage, for generating the Anode voltage for the transmitter and receiver of the measuring device, for example one Altimeter, existing tubes whose secondary voltage is used as a control variable.

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that that when using a direct-pointing frequency meter, the reloading of a Capacitor is based, as a control element influenced by the controlled variable, the anode voltage of Frequency meter tube is used.

6. Arrangement according to claims to 4, characterized; marked, that as a control element, the controlled capacitance of the directly pointing frequency meter in front of existing charging capacitor is used, which is expediently gebil for this purpose by a pipe det is.

7. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that that as a control element a parallel to the display instrument of the directly pointing frequency meter horizontal controlled resistor is used.

8. Arrangement according to claims to 4, characterized in that as a control element in the rectifier circuit at the display instrument of the direct The counter voltage introduced by the frequency meter shows the Aui and discharge voltage of the anode capacitor, which also blocks the rectifier is.