DE744060C

DE744060C - Device for measuring distances by means of sound waves

Info

Publication number: DE744060C
Application number: DEA88706D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Robert Wellenstein
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1938-12-28
Filing date: 1938-12-28
Publication date: 1944-01-08

Description

Vorrichtung zur Entfernungsmessung mittels Schallwellen Bei der Entfernungsmessung mittels Schallwellen wird die Laufzeit des Schalles als Maß für die zu messende Entfernung benutzt. Bei den bisher gebräuchlichen nach diesem Verfahren arbeitenden Entfernungsmessern wird dem Entfernungsmaßstab eine bestimmte Schallgeschwindigkeit zugrunde gelegt. In Wirklichkeit ist aber die Schallgeschwindigkeit nicht konstant, sondern mehr oder weniger starken Schwankungen unterworfen, da sie nicht nur von der Art des Schallmittels (Luft, Wasser u.a.), sondern auch von dessen Zustandsgrößen, wie Temperatur, Salzgehalt u. dgl., abhängig ist.Device for measuring distance by means of sound waves When measuring distance By means of sound waves, the running time of the sound is used as a measure for the to be measured Distance used. In the case of those previously used according to this method Rangefinders add a certain speed of sound to the distance scale based on. In reality, however, the speed of sound is not constant, but subject to more or less strong fluctuations, since they are not only dependent on the type of sound medium (air, water, etc.), but also its state variables, such as temperature, salinity and the like.

Um die durch Temperaturschwankungen verursachtenÄnderungen 4er Schallgeschwindigkeit auszugleichen, ist es bekannt, bei mit einem Zeitgebermotor arbeitenden Echolotgeräten die Drehzahl des Motors durch eine Fliehkraftbremse zu: regeln, deren Bnemsstellung durch ein temperaturabhängiges Glied beeinflußt wird. Diese Regelung bat aber Nachteile in mehrfacher Hinsicht. Zunächst ist sie durch die ständige Reibung des regelnden temperaturabhängigen Bremsgliedes einer dauernden Abnutzung unterworfen, so daß sich die Temperaturkorrektur im Laufe des Betriebes ändert und nachjustiert werden muß. Man hat deshalb bei den gebräuchlichen Geräten bisher auf einen selbsttätigen Temperaturausgleich verzichtet. Um dabei die durch Temperaturschwankungen verursachten Messungsgenauigkeiten möglichst klein zu halten, hat man dem Entfernungsmaßstab die einer mittleren Temperatur entsprechende Schallgeschwindigkeit zugrunde gelegt. Für Entfernungsmesser mit Motor als Zeitgeber hat man auch schon vorgeschlagen, die Meßeinrichtung nach der jeweiligen Schallgeschwindigkeit einzustellen, indem man zunächst aus den Zustandsgrößen des Schallmittels die Schallgeschwindigkeit errechnet und danach die Drehzahl des Zeitgebermofors von Hand auf den entsprechenden Wert einregelt. Nn dieser Äföglichkeit wird jedoch im praktischen Betrieb kein Gebrauch gemacht, weil ein solches Korrekturverfahren viel zu umständlich und zeitraubend ist und besondere Wartung erfordert. About the changes in the speed of sound caused by temperature fluctuations to compensate, it is known to work with a timer motor echo sounder devices to: regulate the speed of the engine by means of a centrifugal brake, its brake position is influenced by a temperature-dependent element. However, this regulation had disadvantages in several ways. First of all, it is due to the constant friction of the regulating body temperature-dependent braking member subjected to permanent wear, so that the temperature correction changes in the course of operation and must be readjusted got to. Therefore, with the devices in use so far, one has to use an automatic one Temperature compensation dispensed with. To do this caused by temperature fluctuations Keeping the measurement accuracy as small as possible is what you have to do with the distance scale the speed of sound corresponding to an average temperature is used as a basis. For rangefinders with a motor as a timer, it has also been suggested that the measuring device set according to the respective speed of sound, by first determining the speed of sound from the state variables of the sound medium calculated and then manually set the speed of the timer to the appropriate Adjusts the value. However, this possibility is not used in practical operation made because such a correction procedure is far too cumbersome and time-consuming and requires special maintenance.

Bei der Entfernungsmessung im Wasser sind die durch die Temperaturschwankungen verursachten Änderungen der Schallgeschwindigkeit verhältnismäßig gering. Erhebliche Temperaturunterschiede treten gleichzeitig meist-nur an weit voneinander entlegenen Orten der Erdoberfläche oder an ein und demselben Ort nur in den verschiedenen Jahreszeiten auf. Bei der Entfernungsmessung in der Luft machen sich dagegen die Temperaturschwankungen sowohl zeitlich als auch räumlich in viel stärkerem Maße bemerkbar und können empfindliche Beeinträchtigungen der Meßgenauigkeit hervorrufen. When measuring distances in water, they are due to temperature fluctuations caused changes in the speed of sound are relatively small. Considerable Temperature differences usually occur at the same time - only at distant locations Places on the surface of the earth or in one and the same place only in different seasons on. When measuring distances in the air, on the other hand, there are temperature fluctuations both temporally and spatially to a much greater extent noticeable and can be sensitive Cause impairment of the measurement accuracy.

Um nun bei Echolotgeräten mit Zeitgebermotor, insbesondere solchen für die Höhenmessung auf Luftfahrzeugen, eine genaue und zuverlässige selbsttätige Kompensation von Schwnakungen der Schallgeschwindigkeit durch Änderungen der Temperatur oder der sonstigen die Schallgeschwindigkeit hestimmenden Zustandsgrößen des Schallmittels zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein vom Zeitgebermotor angetriebenes Drehpotentiometer, dessen Abgriffspannung bei Ankunft des Echos an einen Spannungsmesser gelegt wird, und ein elektrischer Widerstand vorgesehen, dessen Größe von der Temperatur oder den sonstigen die Schallgeschwindigkeit bestimmenden Zustandsgrößen des Schallmittels abhängig ist bzw. dadurch gesteuert wird und der seinerseits bei unveränderter Drehzahl des Motors und Drehpotentiometers die Größe des durch das Echo rom Drehpotentiometer auf den Spannungsmesser gegebenen Strom-bzw. Spannungswertes regelt. Eine Veränderung des Regelmaßes durch Abnutzung der Regeleinrichtung kann hierbei nicht auftreten so daß eine hohe Betriebssicherheit und Genauigkeit der Regelung gewährleistet ist. To now with echo sounder devices with a timer motor, especially those for altitude measurement on aircraft, an accurate and reliable automatic Compensation of fluctuations in the speed of sound due to changes in temperature or the other state variables of the sound means that determine the speed of sound to achieve, according to the invention, a rotary potentiometer driven by the timer motor, whose tap voltage is applied to a voltmeter when the echo arrives, and an electrical resistance is provided, the size of which depends on the temperature or the other state variables of the sound medium that determine the speed of sound is dependent or is controlled by it and which in turn at unchanged speed of the motor and rotary potentiometer the size of the rotary potentiometer through the echo rom on the voltmeter given current or. Voltage value regulates. A change the regular measure due to wear and tear of the control device cannot occur here so that a high level of operational reliability and accuracy of the regulation is guaranteed.

Ferner hesteht der Vorteil, daß das regelnde Glied nicht in unmittelharer Nähe des Zeitgebermotor untergebracht werden muß, sondern an einer solchen Stelle eingebaut werden kann, an der die für die Schallgeschwindigkeit maßgebende Außentemperatur oder sonstige Zustandsgröße des Schallmittels vorhanden ist. Dadurch wird ebenfalls die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Regelung erllöht.There is also the advantage that the regulating member is not in the immediate vicinity Must be housed near the timer motor, but in such a location can be installed at which the outside temperature decisive for the speed of sound or other state variable of the sound means is available. This will also the accuracy and reliability of the regulation reveals.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. The invention is shown in several exemplary embodiments in the drawing shown.

Es zeigt: Fig. I einen Zeit- bzw. Entfernungsmesser mit Drehpotentiometer als Zeitgeber, Fig. 2 und 3 Abänderungen der in Fig. I dargestellten Drehpotentiometerschaltung, Fig. 4 das Anzeigegerät des neuen Zeitxnessers in einer Schaltung zur unmittelbaren Temperaturbeeinflussung, Fig. 5 einen Zeit- bzw. Entfernungsmesser mit Zeitkries als Zeitgeber.It shows: FIG. 1 a time or distance meter with a rotary potentiometer as a timer, FIGS. 2 and 3 modifications of the rotary potentiometer circuit shown in FIG. 4 shows the display device of the new time meter in a circuit for the immediate Influencing the temperature, FIG. 5 shows a time or distance meter with a clock as a timer.

Die dargestellten Vorrichtungen dienen zur Bestimmung der Flughöhe auf Lufthahrzeugen, insbesondere beim Landen. Sie arbeiten nach der unbekannten Echomethode. Hierbei wird die Zeit zwischen aem Aussenden des Schallimpulses und der Rückkehr des Echos von der Erdoberfläche festgestellt. Das ankommende Echo löst eine elektromagnetische Relaisanordnung aus, wodurch ein Schauzeichen auf der Höhenskala des Anzeigegerätes erzeugt wird. The devices shown are used to determine the flight altitude on air vehicles, especially when landing. You work according to the unknown Echo method. Here, the time between aem emitting the sound pulse and the return of the echo from the surface of the earth. The incoming echo dissolves an electromagnetic relay arrangement, creating a flag on the height scale of the display device is generated.

Als Anzeigegerät wird in allen Ausführungsbeispielen ein Strom- bzw. Spannungsmeßgeerät 1 benutzt,d as bei Echoankunft durch ein vom Echo betätigtes Relais 2 kurzzeitig an eine je nach der seit der Schallaussendung verflossenen Zeit mehr oder weniger große Spannung gelegt wird. Parallel zum Spannungsmesser I liegt ein kleiner Kondenstator, der die durch das Echo auf das Anzeigegerät geschaltete Meß spannung jeweils bis zum nächsten Echo festhält, so daß der Zeiger des Spannungsmeßgerätes auf dem jeweilig angezeigten Höhenwert bis zum nächsten Echo oder länger stehenbleibt. In all the exemplary embodiments, a current or Voltage measuring device 1 is used, that is when the echo arrives by an actuated by the echo Relay 2 briefly on depending on the time elapsed since the sound was emitted more or less great tension is placed. Is parallel to the voltmeter I. a small capacitor that switched the echo to the display device Measuring voltage holds until the next echo, so that the pointer of the voltmeter remains at the respectively displayed altitude value until the next echo or longer.

Als Spannungs- oder Zeitgeber wird bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. I bis 3 ein Drehpotentiometer 4, 5 und nach der Fig. 5 ein sich aufladender Kondensator 6 benutzt. As a voltage or timer in the exemplary embodiments According to FIGS. 1 to 3, a rotary potentiometer 4, 5 and according to FIG. 5 a charging potentiometer Capacitor 6 used.

Das Drehpotentiometer Fig. 1 und 3 besteht aus einem mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetriebenen Kontaktarm 4, der auf einem kreisförmig angeordneten Widerstand 5 Scheift, Der Widerstand 5 liegt an einer Spannungsquelle. The rotary potentiometer Fig. 1 and 3 consists of a with uniform Speed driven contact arm 4, which is arranged on a circular Resistor 5 Scheift, Resistor 5 is connected to a voltage source.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Potentiometerwiderstand 5 ein Widerstand 7 vorgeschaltet. Dieser Widerstand wird aus einem Widerstandsmaterial mit negativem Temperaturlcoeffizienten, z. B. aus Kohle, hergestellt. Er ist so angeordnet, daß er dem Einfluß der Außentemperatur ausgesetzt ist, so daß sein Widerstand sich mit der jeweils herrschenden Außentemperatur ändert, und zwar nimmt der Widerstand mit steigender Lufttemperatur -ah. Diese Temperaturabhängigkeit des Widerstandes 7 hat zur Folge, daß die Gesamtspannung der Spannungsquelle sich je nach der herrschenden Temperatur verschieden auf die beiden Widerstände 5 und 7 verteilt, derart, daß oder auf das Potentiometer entfailende Spannungsbereich mit der Temperatur zum und abnimmt. Der Ausschlag des Spannungsmessers wird also mit zunehmender Temperatur vergröß-ert, und zwar im gleichen Maße wie die Schallgeschwindigkeit in der Luft zunimmt. Die Entfernungsanzeige ist damit von Temperaturschwankungen unalbhängig gemacht. In the embodiment shown in Fig. 1 is the potentiometer resistor 5, a resistor 7 is connected upstream. This resistor is made from a resistor material with negative temperature coefficient, e.g. B. made of coal. He is like that arranged that it is exposed to the influence of the outside temperature, so that its resistance changes with the prevailing outside temperature, namely the resistance increases with increasing air temperature -ah. This temperature dependence of the resistance 7 has the consequence that the total voltage the voltage source itself depending on the prevailing temperature, different on the two resistors 5 and 7 distributed in such a way that or on the potentiometer due voltage range with temperature to and decreases. So the voltage meter deflection will be increases with increasing temperature, to the same extent as the speed of sound increases in the air. The distance display is therefore subject to temperature fluctuations made independent.

Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Fig. I, wobei die Spannung für das Drehpotentiometer von einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen g und 10 abgeleitet wird. Dabei hat der Widerstand g wieder einen negativen Koeffizienten. Die Spannung des anderen Widerstandes 10, an dem das Drehpotentiometer liegt, nimmt infolgedessen, wie zum Ausgleich der Schallgeschwindigkeitsänderungen erforderlich, mit zunehmender Temperatur zu. Fig. 2 shows a modification of the circuit of FIG Voltage for the rotary potentiometer from a voltage divider with two resistors g and 10 is derived. The resistance g again has a negative coefficient. The voltage of the other resistor 10, to which the rotary potentiometer is connected, increases consequently, as required to compensate for the changes in the speed of sound, with increasing temperature.

Die Temperaturbeeinflussung kann statt durch Ausnutzung postive oder negativer Temperaturabhängigkeit vershciedener Widerstandsmaterialien auch durch Steuerung eines Regelwiderstandes 11 durch ein temperaturbeeinflußtes Glied, z. B. durch einen Bimetallstreifen I2, erfolgen, wie in Fig. 3 veranschaulicht. The temperature influence can take place by using positive or negative temperature dependence of different resistance materials Control of a variable resistor 11 by a temperature-affected member, for. B. by a bimetal strip I2, as illustrated in FIG.

Ferner kann die Temperaturbeeinflussung auch am Anzeigegerät selbst vorgenommen werden. Bei Verwendung als Spannungsmesser z. B. durch Anordnung des Vorschaltwiderstandes I3. (Fig. 4) mit negativem Koeffizienten oder durch Anordnung eines Nebenschlußwiderstandes 14 mit positivem Koeffizienten. Bei der letzteren Schaltung ist zusätzlich zu dem Nehenschluß widerstand noch ein Vorwiderstand vorzusehen, der einen negativen Koeffizienten hat oder temperaturunabhängig ist. The temperature can also be influenced on the display device itself be made. When used as a voltmeter z. B. by arrangement of the Series resistor I3. (Fig. 4) with negative coefficient or by arrangement a positive coefficient shunt resistor 14. With the latter Circuit, a series resistor must be provided in addition to the shunt resistor, which has a negative coefficient or is temperature independent.

Die erforderliche Temperaturabhängigkeit läßt sich sinngemäß auch beiKurzzeitmessern anderer Bauart, insbesondere auch bei Kurzzeitmessern mit anderen Zeitgebereinrichtungen, durchführen. Fig.5 ziegt z.B. die Anwendung für Kurzzeitmesser mit Zeitkreis als Zeitgeber. hierbei wird der Labewiderstand 15 durch die Temperatur so beeinflußt, daß der Ladewiderstand mit zunehmender Tmeperatur kleiner wird, so daß das Anzeigegerät I für gleiche Schallaufzeit bei höhe rer Temperatur eine größere Entfernung anzeigt als bei niedrigerer Temperatur, und zwar eine in dem Maße größere Entfeenung, als es der Zunahme der Schallgeschwindigkeit gegenüber der kleineren Temperatur entspricht. Die Temperaturbeeinflussung kann wieder mittelbar durch einen Bimetallstreifen 12 oder ummittelber, durch Verwendung temperaturabhängiger Widerstandsmaterialien erfolgen. The required temperature dependency can also be analogous in the case of short-term measuring devices of other types, especially also in the case of short-time measuring devices with other types Timer facilities. Fig. 5 shows e.g. the application for timer with Zeitkreis as a timer. in this case, the letting resistor 15 is caused by the temperature influenced in such a way that the charging resistance becomes smaller with increasing temperature, see above that the display device I for the same sound propagation time at Höhe rer temperature a larger Distance than at a lower temperature, and a greater one to that extent Distance than it is the increase in the speed of sound compared to the smaller Temperature corresponds. The temperature influence can again indirectly through a Bimetal strip 12 or around, by using temperature-dependent resistance materials take place.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich. Insbesondere ließe sich auch bei dem Zeitkre.is die Temperaturabhängigkeit durch Regelung der gesamten Ladespannung ähnlich wie in Fig. 2 und 3 erzielen. Bei der Instrumentenregelung könnten gegebenenfalls auch die Elemente des Anzeigegerätes selbst in dem für den Ausgleich der Schallgeschwindigkeitsschwankungen erforderlichen Maße temperaturabhängig ausgebildet sein. Bei Flugzeugecholoten ist die unmittelbare Instrumentenregelung besonders zweckmäßig, weil an der Einbaustelle des Anzeigegerätes praktisch Außentemperatur herrscht, insbesondere bie Kriegsflugzeugen. Bei Kurzzeitmessern, bei denen als Zeitgeber ein' Motor benutzt wird, kann die Motorgeschwindigkeit durch ei neu temperaturbeeinflußten Widerstand in entsprechender Weise geregelt werden. Statt des temperaturabhängigen Widerstands' materials oder Bimetallstreifens können auch noch andere temperaturabhängige Einrichtungen verwendet werden. Schließlich ist die, Erfindung auch sinngemäß bei der Schallübertragung zur Entfernungsmessung in anderen Schallmitteln, z. B. auch im Wasser, anzuwenden. Bei der Schallübertragung im Wasser kann ferner eine entsprechende Beeinflussung des Zeitmessers in Abhängigkeit von dem Salzgehalt bzw. der Dichte des Wassers erfolgen, indem z. B. ein den Zeitgeber beeinflussender elektrischer Widerstand durch einen Salzgehalbmesser gesteuert wird Auch kann das Anzeigegerät beliebig anders als in den dargestellten Beispielen ausgeführt sein. Of course, the invention is not limited to the examples shown limited, but there are still many changes and other designs possible. In particular, the temperature dependency could also be determined in the case of the time circuit by regulating the total charging voltage similar to that in FIGS. 2 and 3. at the instrument control could possibly also include the elements of the display device even as necessary to compensate for the fluctuations in the speed of sound Dimensions to be designed depending on the temperature. In the case of aircraft echo sounders, this is immediate Instrument control is particularly useful because it is at the installation point of the display device there is practically outside temperature, especially with warplanes. In the case of timers, where a motor is used as a timer, the motor speed can be increased ei newly temperature-influenced resistor can be regulated in a corresponding manner. Instead of the temperature-dependent resistance 'material or bimetal strip can other temperature-dependent devices can also be used. In the end is the, invention also analogously in the sound transmission for distance measurement in other sound means, e.g. B. also in water. When transmitting sound In the water, the timer can also be influenced accordingly of the salinity or the density of the water take place by z. B. a the timer influencing electrical resistance is controlled by a salt content The display device can also be designed in any other way than in the examples shown be.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring distance by means of sound waves, especially for altitude measurement on aircraft using the echo method, with a revolving, motor-driven timer and one of the Temperature or the other the speed of sound. determining state variables the sound means influenced device for automatic correction of the distance scale, characterized by a rotary potentiometer (4, 5), whose tap voltage is applied to a voltmeter (i) when the echo arrives is, and an electrical resistance, the size of which depends on the temperature or the other determining the speed of sound State variables of the sound means is dependent or is controlled by it and which in turn contributes unchanged speed of the motor and rotary potentiometer the size of the Echo from the rotary potentiometer to the voltmeter given current or voltage value regulates.

2. Modification of the device according to claim I, in which as a display device an ammeter or voltmeter is used, characterized in that the sensitivity the ammeter or voltmeter by a temperature-dependent element. z. B. temperature-dependent or temperature-controlled series or N shunt resistor.

3. Modification of the device according to claim 1, characterized in that that the total traversed potentiometer voltage by a temperature-dependent Limb is regulated.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the on the rotary potentiometer coming voltage through a temperature controlled potentiometer is regulated.

To distinguish the subject of the report from the state of the art The following publication was considered in the granting procedure: German Patent specification ....... No. 607 589.