DE767948C - Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrueckstrahlprinzip - Google Patents

Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrueckstrahlprinzip

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DE767948C
DE767948C DES144695D DES0144695D DE767948C DE 767948 C DE767948 C DE 767948C DE S144695 D DES144695 D DE S144695D DE S0144695 D DES0144695 D DE S0144695D DE 767948 C DE767948 C DE 767948C
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DE
Germany
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pulse
pulses
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fine
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Application number
DES144695D
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Rudolf Dr-Ing Oetker
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Siemens APP und Maschinen GmbH
Original Assignee
Siemens APP und Maschinen GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28Details of pulse systems
    • G01S7/282Transmitters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Iinpulsrückstrahlprinzip Es sind Einrichtungen zur Entfernungsmessung bekannt, bei denen Meß impulse gegen das Meßobjekt abgestrahlt, hier reflektiert und nach ihrer Rückkehr von einem am Orte des Senders befindlichen Empfänger aufgenommen werden. Die Laufzeit des Echoimpulses bzw. die Phasenverschiebung zwischen direktem und reflektiertem Meßimpuls, bezogen auf die Impulsfolgefrequenz, dient als Maß für die gesuchte Entfernung. Für die Anzeige und Auswertung der Meßimpulse kann man z. B. eine Braunsche Röhre benutzen, deren Elektronenstrahl mit einer zur Impulsfolgefrequenz synchronen Zeitablenkfrequenz periodisch bewegt wird, z. B. eine Kreisbahn beschreibt. Auf der so erhaltenen Leuchtbahn rufen die Meßimpulse Markierungen, z. B. zackenförmfige Auslenkungen, hervor, deren Phasenlage die Laufzeit bestimmt.
  • Beträgt die der Zeitablenkungsfrequenz f entsprechende Wellenlänge (Impulsabstand Ä A = f; ; c = Lichtgeschwindigkeit) das Doppelte der zu messenden Entfernung, dann ergibt sich eine P4asenverschiebung von 3600; kleinere Meßentfernungen rufen entsprechend geringere Phasenverschiebungen hervor. Um mit der beschriebenen Anordnung eine eindeutige Anzeige zu erhalten, muß daher die die Zeitablenkfrequenz bestimmende Wellenlänge mindestens das Doppelte der maximalen Meßentfernung betragen. Ist, wie es bei manchen Phasenmeßgeräten der Fall ist, eine eindeutige Phasenmessung nur bis zu ISos möglich, dann ist eine Wellenlänge vom vierfachen Betrage der NIeßentfernung erforderlich.
  • Andererseits ist die Genauigkeit der Entfernungsmessung um so größer, je höher die Zeitablenkfrequenz, je kleiner also dieNVellenlänge R ist, da diese ja den Zeitmaßstab der Kurzzeitmessung bzw. Phasenmessung darstellt. Es ist daher erwünscht, eine möglichst hohe Zeitablenkfrequenz benutzen zu können.
  • Um hierbei auch bei größeren Entfernungen eine eindeutige Anzeige zu erhalten, ist bereits die Verwendung von Oszillographen nach dem Mehrzeigerprinzip vorgeschlagen worden.
  • Hierbei wird z. B. von zwei Braunschen Röhren die eine mit einer Zeitahlenkfrequenz betrieben, deren zugehörige Wellenlänge das Zlvei- bzw. Vierfache der maximalen Nkßentfernung ist, so daß eine stets eindeutige Anzeige vorliegt (Grobmessung); die zweite Braunsche Röhre wird mit einer höheren Frequenz betrieben. wie sie der verlangten Genauigkeit entspricht (Feinmessung). Vorzugsweise sind die beiden Zeitablenkfrequenzen nach dem Dezimalsystem unterteilt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß Grob- und Feinmessung getrennt voneinander erfolgen und zu diesem Zlvecke Sende- und Empfangsapparatur auf die verschiedenen Impulsfolge-bzw. Zeitablenkfrequenzen umzuschalten sind.
  • Dadurch wird der SIeßvorgang schwerfällig und oft in untragbarer Weise verzögert. fan kann zwar diesen Übelstand beseitigen, indem jeder Braunschen Röhre eine vollständige Sende- und Emp fangs apparatur zugeordnet ist. Doch erfordert dieser Ausweg einen großen Aufwand an Geräten.
  • Aufgabe der Erfindung ist die gleichzeitige Grob- und Feinanzeige mit einer gemeinsamen Sende- und Empfangsapparatur. Ausgangspunkt ist eine Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrückstrahlprinzip mit oszillographischer Grob-Fein-Anzeige unter Benutzung mehrerer in ganzzahligem Verhältnis zueinander stehender Zeitablenkfrequenzen, deren niedrigste der Impulsfolgefrequenz entspricht; das wesentliche erfinderische Kennzeichen besteht darin, daß die Sendeimpulse aus der höchsten Zeitablenkfrequenz abgeleitet und im Takte der niedrigsten Zeitablenkfrequenz abgeblendet sind.
  • Es ist zwar eine Einrichtung bekannt, bei der die Sendeimpulse unmittelbar mit der niedrigeren Frequenz (Grobfrequenz) erzeugt und auf dem Leuchtschirm einer Braunschen Röhre zur Anzeige gebracht werden, deren Zeitablenkfrequenz mit der Impulsfolgefrequenz übereinstimmt. Für die Durchführung der Feinanzeige ist ein Frequenzvervielfacher vorgesehen, der die Zeitahlenkfrequenz der Feinmessung (Feinfrequenz erzeugt und bei der Feinablesung auf die Braunsche Röhre geschaltet wird. während die Sendeimpulse nach wie vor mit der Grobfrequenz ausgesandt werden. Die Sendeimpulse sind hierbei also phasenstarr gegen die Grobfrequenz. Die Meßgenauigkeit ist dagegen in erster Linie abhängig von der Feinfrequenz und hat eine phasenstarre Beziehung zwischen der Frequenz der Sendeimpulse und der Feinfrequenz zur Voraussetzung. Diese Voraussetzung ist aber nur unvollkommen erfüllt, da l'ngenauigkeiten in der Arbeitsweise des Frequenzvervielfachers in die Feinanzeige eingehen Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dagegen die gewünschte phasenstarre Beziehung zwischen der Frequenz der Sendeimpulse und der Zeitablenkfrequenz der Feinmessung direkt gegeben und nicht von einer Frequenzteilerschaltung oder anderen Zwischengliedern abhängig. Somit ist höchste Genauigkeit der Feinanzeige gewährleistet.
  • Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die elektrische Entfernungsmessung nach der Echomethode, bei der die von einem Hochfrequenzsender periodisch ausgesandten Meßimpulse Alarkierungen der synchron mit der Impulsfolgefrequenz nach einer Zeitfunktion erzeugten Leuchtbahn einer Braunschen Röhre hervorrufen und der Phasenunterschied zwischen direktem und Echoimpuls das Anlaß für die gesuchte Entfernung bildet. Die Grob- und Feinmessung kann hierbei, wie bekannt, mit einer einzigen Braunschen Röhre durchgeführt werden. die jeweils auf die einzelnen Nießbereiche umschaltbar ist. Äjauchmal ist es jedoch zweckmäßiger, jedem Aleßbereich eine besondere Braunsche Röhre zuzuordnen. um das L'mschalten zu ersparen und gleichzeitige Grob-und Feinmessung zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Ausbildung einer derartigen Einrichtung ist als Ausführungsbeispiel in den Figuren der Zeichnung dargestellt und soll nachfolgend in Bauart und Wirkungsweise beschrieben werden. Es zeigt Fig. I das Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 2 und 3 stellen Anzeigeskalen der Braunschen Röhren dar; Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der RVirkungsweise.
  • Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden in einem Hochfrequenzgenerator I elektrische Schwingungen von z. B. I50 kHz erzeugt, die durch einen Piezokristall genau stabilisiert sind. Diese Schwingungen werden einem Impulsgeber 2 zugeführt, der z. B. aus jedem Wellenzug eine schmale Impulsspitze bildet, deren Zeitdauer von der Größenordnung io-7 Sekunden sein kann. Die so erhaltenen Impulse dienen zur Modulation eines-Senders von wesentlich höherer Frequenz, so daß auf eine Impulsspitze eine Vielzahl von Schwingungen entfällt. Zunächst sei das mit 3 bezeichnete Ausblendegerät als nicht vorhanden angenommen. Dann werden die im Impulsgeber 2 erzeugten Impulse über ein Modulationsgerät4 einem Kurzwellen- oder Ultrakurzwellensender 5 zugeführt, der im Takte der Generatorfrequenz I50 kHz (Impulsfolgefrequenz) Meßimpulse in Form kurzwelliger Wellenzüge mittels einer Antenne 6 abstrahlt.
  • Die Vom Meßobjekt reflektierten und zurückkommenden Meßimpulse werden von einer Empfangsantenne 7 aufgenommen und einem Empfangsgerät 8 zugeleitet. Nach Demodulation werden die zurückgewonnenen Meßimpulse auf eine Braunsche Röhre 10 gegeben. Zweckmäßig durchlaufen sie dabei einen Verzerrer 9, damit die beim Sende- und Empfangsvorgang verwaschenen Impulse in markante¢ und scharfer Form für die eigentlicheAnzeige zur Verfügung stelhen. Gegen die von der Antenne 6 direkt abgesfrahlten Wellen ist die Empfangsleinrichtung zweckmäßig abgeschirmt bzw. blockiert, so daß nur die Echoimpulse von der Empfangsantenne 7 aufgefangen werden.
  • In der Braunschen Röhre ist in bekannter Weise ein Drehfeld erzeugt, z. B. durch gekreuzte Plattenpaare ii und 12, an denen um 90° gegeneinander phasenverschoben die vom Generator 1 erzeugte Spannung liegt.
  • Auf diese Weise entsteht auf dem Leuchtschirm 14 eine Kreisbahn, die mit der Frequenz 150 kHz vom Elektronenstrahl durchlaufen wird. Die empfangenen Impulse werden auf den kegelförmigen Ablenkkondensator I3 gegeben und rufen kurzzeitige zackenförmige Auslenkungen des Elektronenstrahls von seiner Bahn hervor. Da die Impulsgabe und die Umläufe des Elektronenstrahls mit der gleichen Frequenz und synchron erfolgen, bewirken die Echoimpulse bei jedem Umlauf die Auslenkung an der gleichen Stelle der Leuchtbahn, so daß ein stehendes Bild erhalten wird.
  • Der Abstand der Zacke von der Nullmarke ist bei richtiger Justierung der Laufzeit der Echoimpulse verhältnisgleich, so daß eine die Leuchtbahn umgebende Skala direkt in Entfernung geeicht werden kann. Fig. 2 zeigt die Leuchtbahn mit der Skala, auf der die von den Echoimpulsen herrührende Zacke 22 markiert ist, die eine Entfernung von 640 m anzeigt.
  • Der mit der soweit beschriebenen Anordnung eindeutig zu erfassende Meßbereich beträgt Iooom entsprechend 2000mLaufstrecke der Meßimpulse Bei der Meßentfernung I000 m fällt die Anzeigezacke mit dem Nullpunkt der Skala zusammen, die Phasenverschiebung beträgt alsdann 3600 Mit der angenommenen Frequenz von 150 kHz ist bei genügend scharfen Anzeigezacken die Ablesung auf etwa 10 m genau möglich. Um auch größere Entfernungen messen zu können, ist in der Anordnung ein weiterer Hochfrequenzgenerator 15 mit einer Frequenz von I5 kHz vorgesehen. Die beiden Generatoren I und I5 stehen in einem starren Frequenzverhältni,s; vorteilh,aft wird die niedrigere Frequenz mittels eines Frequenzuntersetzers 16 aus der höheren Frequenz abgeleitet. Dem Hochfrequenzgenerator I5 ist eine Braunsche Röhre 17 zugeordnet, die ebenfalls zwei gekreuztePlattenpaare I8 und 19 zur Erzeugung eines Drehfeldes und einen Ablenkkondensator 20 enthält. Mit der Frequenz 15 kHz lassen sich Entfernungen bis I0000 m eindeutig messen Würden die mit der Feinfrequenz 150 kHz erzeugten Impulse direkt auf den Ablenkkondensator 20 gegeben, so entstünden auf der kreisförmigen Elektronenbahn des Leuchtschirms 21 zehn Meßzacken gleichzeitig, so daß eine solche Betriebsweise unbrauchbar wäre. Um trotzdem die gleiche Sende- und Empfangsapparatur für beide Braunschen Röhren gleichzeitig benutzen zu können, ist erflndungsgemäß - das Ausblendegerät 3 vorgesehen. Durch die Grobfrequenz I5 kHz erfolgt damit eineAusblendung der Meßimpulse, so daß nur jeder zehnte Impuls zum Sonder gelangt. Im Ausblendegerät wird z. B. die I5-kHz-Spannung auf das Gitter von Röhren in einer derartigen Schaltung gegeben, daß nur beim Nulldurchgang von negativen zu positiven Werten die Freigabe für die mit I50 kHz erzeugten Impulse erfolgt. Von zehn Impulsen werden also immer neun unterdrückt. Diese Wirkungsweise ist durch Fig. 4 veranschaulicht. Die unterdrückten Meßimpulse sind gestrichelt angedeutet.
  • Es erscheint jetzt auf dem Leuchtschirm 2I der Grobanzeigeeinrichtung nur eine einzige Zacke 23 (s. Fig. 3). Bei richtiger Justierung ist damit eine eindeutige Ablesung bei Entfernungsmessungen bis zu 10000 m gewährleistet. Durch die gleichzeitige Feinanzeige mittels der Braunschen Röhre 10 wird aber ferner eine Genauigkeit der Ablesung bis auf 10 m erhalten. Die Ablesung der Anzeigen in F;ig. 2 und 3 gibt eine Entfernung von 5640 m.
  • Zwar wird durch die Ausblendung der Meßimpulse mittels des Gerätes 3 bewirkt, daß auf der Leuchtbahn 14 der Braunschen Röhre 10 für die Feinmessung jeweils nur ein Meßimpuls auf zehn Umläufe des Elektronenstrahls entfällt, das sind bei der Feinfrequenz von 150 kHz aber immer noch I5000 synchrone Auslenkzacken je Sekunde, so daß die Ablesung in keinerlei Weise beeinträchtigt wird. Die bei der beschriebenen Schaltung vorgesehene Blockierung des Empfängers gegen die direkten Impulse sichert eine vollkommene Entkopplung. Der Empfänger ist dann während je einer ganzen I5-kHz-Periode auf voller Empfangsempfindlichkeit. Natürlich kann das Meßverfahren auch so abgeändert werden, daß keine Abschirmung vorgesehen ist und damit der direkte Impuls gleichzeitig mit dem Echoimpuls auf den Leuchtschirmen der Braunschen Röhre entsteht.
  • Die starre Frequenzbeziehung zwischen den beiden Hochfrequenzgeneratoren I und 15 kann auch durch Frequenzvervielfachung erhalten werden. Hierbei wird der Generator 15 durch einen Piezokristall stabilisiert und aus ihm die höhere Frequenz abgeleitet. Da alsdann aber die bei der Frequenzübersetzung auftretenden Fehler in die Feinanzeige eingehen würden, ist die eingangs. beschriebene Methode der Frequenzuntersetzung vorzuziehen. Die Kreisbahn des Elektronenstrahls ist nur beispielsweise angegeben worden. An sich kann der Elektronenstrahl nach einer beliebigen Zeitfunktion abgelenkt werden, z. B. eine Gerade, eine Ellipse oder eine andere Figur beschreiben.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrückstrahlprinzip mit oszillographischer Grob-Fein-Anzeige unter Benutzung mehrerer in ganzzahligem Verhältnis zueinander stehender Zeitablenkfrequenzen, deren niedrigste der Impulsfolgefrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeimpulse aus der höchsten Zeitablenkfrequenz abgeleitet und im Takte der niedrigsten Zeitablenkfrequenz ausgeblendet sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das ganzzahlige Verhältnis derZeitablenkfrequenzen durch gegenseitige Frequenzuntersetzung bzw.
    Frequenzvervielfachung erzeugt ist.
    Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: USA.-Patentschrift Nr. 2227598; The Proceedings of the Physical Society, Bd. 48, I936, S. 42I bis 432.
DES144695D 1941-04-02 1941-04-02 Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrueckstrahlprinzip Expired DE767948C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE971998C (de) * 1941-10-16 1959-05-06 Raytheon Mfg Co Anordnung zur Entfernungsmessung mittels rueckgestrahlter hochfrequenter Impulse

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2227598A (en) * 1937-07-03 1941-01-07 Sperry Gyroscope Co Inc Radio absolute altimeter

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