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Anordnung zur Kurzzeitmessung Bei Einrichtungen zur Impulsecholotung
ist es bekannt, den einen Kreis .ale Zeitlinie auf .dem Leuchtschirm einer Br.aunschen
Röhre beschreibenden Elektronenstrahl durch einen Impuls bei Beendigung der zu:
messenden Zeitspanne radial abzulenken. Die Lage der auf dem Leuchtschirm geschriebenen
Zacke (Meßzacke) in bezug auf eine Nulilm@arke, die gegebenenfalls durch eine weitere,
zu Beginn der Zeitspanne geschriebene Zacke (Nullzacke) kenntlich gemachtisein kann:,
gibt unter Berücksichtigung der Umlauffrequenz des Elektronenstrahles ein Ma-ß für
die zu messende Zeitspanne.
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Zum gleichen Zweck ist auch bekannt, statt einer Polankoomdinatenröhre
eine Elektronenstrahlröhre zu verwenden, .deren s ,trichförmige Elektronenleuchtspur
auf dem Schirm durch die säggez.ahnartig verlaufende Klemmenspannung eines im Takte
der Lotungs.irnpulse periodisch aufgeladenen und sich über einen Widerstand entladenden
Kondensators in gerader Richtung verschoben: werden kann. Normalerweise ist hierbei
der Elektronenstrahl durch ,geeignete Vorspannung eines Steuergitters unterdrückt,
und er wird erst durch den Echaimpul:s@ für kurze Zeit freigegeben, so daB an einer
tiergesuchten Impu.lislaufzei.t entsprechenden Stelle der Zeitlinie ein dazu senkrecht
@stehender, strichförmiger Leuchtfleck entsteht. Folgen die Lo-tungs@impulse nicht
periodisch in so kurzen
Zwischenräumen aufeinander, daß der Eindruck
eines stehenden Bildes erweckt wird, sondern einzeln in größeren Zeitabständen,
so bereitet die Ablesung der Meßmarken wegen ihrer Kürze und geringen Helligkeit
Schwierigkeiten. Man ist dann gezwungen, entweder das Bild der @Ießmarlzen photographisch
festzuhalten oder in anderweitig vorgeschlagener '\?Greise den Leuchtschirm mit
Nachleuchtwirkung auszustatten.
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Es ist weiterhin eine Meßanordnung zur unmittelbaren sichtbaren Darstellung
des Zeitabstandes zweier sehr kurz aufeinanderfolgender Impulse durch die Lage einer
von dem Elektronenstrahl einer Braunschen Röhre auf der Zeitlinie beschriebenen
Zacke gegenüber einer hTullmarke vorgeschlagen worden. Hierbei findet ein Kondensator
Verwendung, der in Abhängigkeit von dem zu messenden Zeitabstand eine Ladungsänderung
erfährt. Dies-. Ladungsänderung bewirkt leistungslos über eine Röhre eine bleibende
Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung eines ZVechselstromkreises, dessen
Frequenz mit der die Zeitlinie der Röhre bestimmenden Frequenz. in einem festen,
ganzzahligen Verhältnis steht und eine periodische zackenförmige Auslenkung des
Elektronenstrahles aus der Zeitlinie bewirkt, so daß der Eindruck eines stehenden
Zackenbildes entsteht, das vor der Messung die Nullage einnimmt. Eine Ladungsänderung
des Kondensators verursacht dadurch eine Verschiebung der Meßzacke um einen bleibenden
Betrag. In der Braunschen Röhre ist dabei eine Strahlsperrvorrichtung angeordnet,
die nach Auffangen des durch den ersten Meßimpuls ausgelenkten Elektronenstrahles
diesen über einen Widerstand am Steuergitter einer normalerweise gesperrten Elektronenröhre
ableitet, deren Anodenspannungsabfall die Strahlauslenkung bis zum Eintreffen des
zweiten, der Sperrspannung entgegengerichteten -#%Ießimpulses aufrechterhält und
gleichzeitig den Durchlaß einer Röhre öffnet, die die Ladungsänderung des die Phasenverschiebung
bewirkenden Kondensators verursacht.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Meßanordnung zur beliebig langen
Anzeige der Zeitdauer einmaliger, durch zwei kurz aufeinanderfolgende Impulse begrenzter
Vorgänge mittels einer Braunschen Röhre, deren Elektronenleuchtspur die Form einer
scharfen schmalen Linie aufweist und durch elektrische oder magnetische Felder um
einen der gesuchten Zeitdauer entsprechenden Betrag in gerader Richtung verschoben
wird. Die Erfindung besteht darin, daß auf den Elektronenstrahl zwei entgegengesetzt
gerichtete Ablenkfelder zur Einwirkung gebracht werden, deren eines einen festen
Wert aufweist und deren zweites von dein sich während der zu messenden Zeitspanne
ändernden Ladungszustand eines Kondensators abhängig ist. dessen Spannung den Durchlaß
einer das zweite Feld beeinflussenden Röhre bestimmt, so daß die durch das resultierende
Ablenkteld bewirkte Verschiebung des Strahlauftreffpunktes auf dem Leuchtschirm
bestehenbleibt.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Messung sehr kurzer Zeitabstände.
etwa 1%100o Sekunde mit einer Genauigkeit von 10/00. und dient z. B. der Messung
von Geschoßgeschwindi;gkeiten.Besonders vorteilhaft macht sich hierbei bemerkbar.
daß die zu messende Kurzzeit für längere Zeit sichtbar gemacht wird und so eine
unmittelbare Ablesung des 'Meßergebnisses möglich ist. Der Aufbau der hier verwendeten
Braunschen Röhre ist einfach, und die Zahl der benutzten Schaltelemente hält sich
in bescheidenen Grenzen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
dargestellt. Es zeigt Fig. i den schaltungsmäßigen Aufbau einer Kurzzeitmeßanordnung
und Fig. 2 eine Einzelheit hiervon.
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In eine Braunsche Röhre i sind eine Kathode 2, eine geerdete Anode
3, ein Plattenpaar 4. und die Auffangkäfige 5 und 6 für die Elektronen eingebaut.
Die Anordnung von Auffangkäfigen ist an sich unter dem -Namen Strahlsperrv orrichtung
bereits bekannt. Wenn die Braunsche Röhre i an Spannung gelegt ist. die Einrichtung
sich aber sonst noch im Ruhezustand befindet, nimmt der von der Kathode 2 ausgehende
Elektronenstrahl die voll eingezeichnete Lage 7 ein.
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Mit Hilfe des Plattenpaares .I kann der Elektronenstrahl aus der Lage
7 in die gestrichelt eingezeichnete Lage 8 abgelenkt werden und fällt dann in den
Käfig 5. Ferner sind zur weiteren Beeinflussung des Elektronenstrahles 7 zwei gleichachsige
Spulenpaare 9 und 17 vorgesehen, deren räumliche Anordnung aus der Fig. 2 ersichtlich
ist. Das Spulenpaar 9 wird dabei aus einer Batterie io über einen Spannungsteiler
i i und die LeitUngen 12 von einem konstanten Strom durchflossen. Das von ihm erzeugte
--%lagnetfeld ist bestrebt, den Elektronenstrahl aus seiner mittleren Lage 7 nach
rechts abzulenken.
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Im Anodenkreis einer Röhre 13 fließt durch einen Widerstand 14 ein
schwacher Strom, der in einem Verstärker 15 hoch verstärkt wird. Dieser verstärkte
Strom wird über Leitungen 16 dem zweiten Spulenpaar 17 zugeführt. Dieses
erzeugt ein Magnetfeld, welches dem vom Spulenpaar 9 erzeugten :Magnetfeld entgegengerichtet
ist und Letzteres so sehr
überwiegt, :daß der Elektronenstrahl aus
der Lage 7 in :die :gestrichelt eingezeiohnete Lage 18 abgelenkt wird. Er fällt
:dabei in Aden Käfig 6 und fließt von dort zur Erde ab.
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Gelangt aus der Richtung A über Leitungen ig, die z. B. von einem
Geschütz herkommen, der erste der heiden, den zu messenden Zeitabstand einschl.ießen@den
und hinreichend großen Gleichspannungestöße an einen. Widerstand 2o und damit :auch
.an das Plattenpaar 4, so wird der Elektronenstrahl aus seiner normalen Lage 7 in:
die Lage 8 abgelenkt und fällt in denn Käfig 5. Besteht der Käfig 5 aus leitendem
Material, so können die Elektronen über :eine Leitung 2,1 und einen Widerstand 22
nach Erde abfließen.
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An :dem Widerstand 22 tritt demzufolge :eine Spannung auf, die die
an der Röhre 23 liegende negative Gittervorspannung bedeutend herabsetzt. Diese
Gittervorspannung ist so stark negativgewesen, -daß in der Röhre 23 kein Anodenstrom
geflossen isst. Infolge der Herabsetzung der Gittervorspannu,ng fließt nunmehr von
der Röhre 23 her durch. den Widerstand 2o ein Anodenstrom, der an dem Widerstand
2o und an dem 4 eine Gleichspannung erzeugt, die den Elektronenstrahl lin seiner
abgelenkten Lage 8 erhält. Dies :geschieht so lange, bis. über die Leitungen ig
der zweite, hinsichtlich seiner Intensität gleich große Spannungs,sitoß umgekehrten
Vorzeichens, der den zu messenden Zeitabstand abschließt, an den Widerstand :2o
und an das Plattenpaar 4 gelangt. Die an dem Widerstand. 2o liegende, von der Röhre
23 herrührende Gleichspannung wird demzufolge aufgehoben, und der Elektronenstrahl-
springt aus dem Käfig 5 wieder in seine normale Lage 7 zurück. Hierdurch wird das
Gittex der Röhre 23 wieder so stark negativ vorgespannt, @daß von dort her keine
Spannung mehr an dein Widerstand. 2o liegt.
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Während des zu messenden Zeitabstandes liegt also ,an dem Widerstand.
2o eine Gleichspannung, die über die Leitungen 24 auf das Gitter einer Röhre a5
@gegeben wird und dadurch die an ihr liegende negative Gittervorspannung bedeutend
herabsetzt. Diese Gittervorspannung ist so,stark negativ gewesen, d.aß kein Anodenstrom
geflossen ist. Infolge der Herabsetzung der Gittervorspannung fließt nunmehr ein
Anodensitrom, der einen Kondensator 26. auf eine von der Dauerdes zu messenden Zeitabstandes
abhängige Spannung auflädt. Die negativ geladene Seite des: Kondensators 26 l.iegt
am Gitter der Röhre 13 und gibt diesem ein der Auf ladung entsprechendes Potential.
Die Folge davon ist"daß der in :dem Widerstand 14 fließende Anodenstrom abnimmt
und demzufolge auch das Magnetfeld des Spulenpaares 17 nach Maßgabe der zu mesisenden
Zeitspanne zurückgeht. Der Elektronenstrahl, wird daher auch nwcht mehr bis in die
Lage 18 .abgelenkt.
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Die Anordnung kann nun so getroffen werden, :daß z. B. ein zu messender
Zeitabstand von 1/90o Sekunde ein bestimmtes Magnetfeld in dem Spulenpaar
17 erzeugt, das sich mit dem von dem Spulenpaar 9 erzeugten Magnetfeld so
zusammensetzt, daß der Elektronenstrahl eine Lage 27 einnimmt. Sein Auftreffpwnkt
auf dem I-eu,chtsch:irm 28 der Braunschen Röhre i ist dabei mit goo bezeichnet.
Der Wert goo gibt z. B. die Geschwindigkeit eines Geschosses in Meter je Sekunde
an, wenn das Geschoß im Geschützrohr ,die Entfernung von i m innerhalb einer Zeit
von 1/90o Sekunde zurückgelegt hat.
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Gelangt nun bei einem .anderen Schuß ein etwas kleinerer Zeitabstand
entsprechend einer größeren Geschoßgeschwindigkeit zur Messung, ,s:o nimmt auch
das Feld des, Spulenpaares 17 einen anderen, und zwar einen größeren Wert ,an, was
zur Folge hat, d.aß sich der Auftreffpunkt des, Elektronenstrahles aus der Lage
27 in Richtung der Lage 18 verschiebt. Wird .auf dem Leuchtschirm; 28 eine Skala
29 aufgebracht und wird der Elektronenstrahl :auf dem Leuchtschirm 28 in Gestalt
einer sicharfen schmalen Linie abgelbildet, so .ist :damit eine bequeme und genaue
Messung gewährleistet. Durch :die teilweise Kompensation der beiden Magnetfelder
wird eine große Empfindlichkeit der Meßanordnung erreicht. Unter der Annahme, daß
ein Geschütz unbrauchbar wird, wenn sich die Geschoßgeschw:in:digkeit um io% vermindert
hat, d. h. daß sie z. B. von iooo m/Sek. auf goo m/Sek. gesunken ist, wird auf :dem
Leuchtschirm 28 eine von iooo bis goo reichende Skala 29 angebracht. Hat die Skala
29 z. B. eine Länge von 30 cm, so entspricht eine Änderung der Geschoß:geschwindigkeit
von i m/Sek. also 10/00 des Anfangswertes, einer Verschiebung von 3 mm auf der Skala
29. Die Ablesung :des: jeweiligen Wertes, der Geschoßgeschwirndigkeit kann ohne
weiteres unmittelbar erfolgen.
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Beider erfindungsgemäßen, Einrichtung ,ist es nichtganz zu vermeiden"daß
sich: der Konden,s,ator 26 infolge mangelhafter Isolation in seinen Zuleitungen
entlädt, wodurch sich der Elektronenstrahl auf der Skala 29 zu verschieben beginnt.
Je größer nun die Kapazität des Kondensatoris:26 ist, um so weniger wird sich diese
Erscheinung- in der Zeit bemerkbar machen, die zur Ablesung und Auswertung der Messung
erforderlich ist. Eine große Kapazitä#t bedingt aber :auch einen großen Ladestrom
und :dieser wiederum einen Mehraufwand an Röhren und sonstigen Schaltelementen.
Wird die Kapazität des
Kondensators 26 dagegen kleiner gemacht,
so wird der zu messende Zeitabstand in eine höhere Gleichspannung am Kondensator
26 umgesetzt. Hierbei ist zwar die Empfindlichkeit größer, es machen sich aber auch
die aufgezeigten Fehler bei der Ablesung sclinell°r bemerkbar.
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Am geeignetsten ist hierzu ein Kondeirsator mit einer mittleren Kapazität.
Kurz nachdem der Kondensator a6 durch den zu messenden Zeitabstand aufgeladen ist,
nimmt der Nuftreffpunkt des Elektronenstrahles seine zugehörige Stellung auf der
Skala 29 ein. Die Kapazität des Kondensators 26 möge dabei so bemessen sein. daß
nach etwa 5 Sekunden der Ablesefehler den Wert von 10/0o des zu messenden Wertes
noch nicht erreicht hat. Nach dieser Zeit kann ein Schalter 30 geschlossen
werden, über den sich der Kondensator 26 entlädt, ohne weiteren Einfluß auf das
Gitter der Röhre 13 auszuüben. Der Anodenstrom der Röhre 13 nimmt dann wieder
seinen ursprünglichen Wert an und bewirkt, daß auch der Elektronenstrom wieder in
die Lage 18 abgelenkt wird und in den Käfig 6 fällt. Der Leuchtschirm 28 kann noch
ein intensives Nachleuchten während einer Zeit von weiteren io Sekunden zeigen und
dann sehr schnell an Intensität verlieren. Dieses Nachleuchten findet natürlich
an dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahles auf dem Leuchtschirm 28 statt. Die infolge
der Entladung des Kondensators 26 wegen schlechter Isolation sonst auftretenden
Fehler werden bei der Verwendung von nachleuchtenden Leuchtschirmen vermieden. Es
stehen also dann 15 Sekunden zur Durchführung einer Messung zur -Verfügung,
in welcher Zeit die Ermittlung der Geschoßgeschwindigkeit sicher vorgenommen sein
wird.
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Dem Kondensator, den Magnetfeldern und der Nachleuchtzeit können auch
andere Daten und Eigenschaften gegeben werden, ohne daß sichdieWirl-zungs"veisedererfindungsg.-mäßen
Anordnung grundsätzlich ändert. Die Emission der Kathode wird zweckmäßig groß und
die Geschwindigkeit der El¢ktronen durch entspr eckende Bemessung der Anodenspannung
der Braunscli@en Röhre nicht zu hoch gemaclit. Te g:ringer nämlich die Geschwindigkeit
der Elektronen ist. um so b.,-sser las.s.en sie sich ablenken und um so mehr steigt
die Empfindlichkeit der Einrichtung, allerdings auch ihre Störanfälligkeit durch
äußere Ei nflüs se.
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An die Stelle der beiden einander ent-cgCngerichteten Magnetfelder
können auch zwei elektrische Felder treten. die durch zwei räumlich hintereinandergeschalte
t,e Plattenkondensatoren erzeugt werden. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung
ist auch nicht auf die 3llessung von Geschoßgesch«-indigkeiten beschränkt, sie kann
vielmehr auch für laufende -Messungen zur Entfernungsh.estiminung nach dem Impulseclioverfaliren
verwendet «-erden.
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Das Schließen des Schalters 30, das der Entladung des ILondensators
26 dient. sowie das nachfolgende Wiederöffnen dieses Schalters kann entweder durch
äußere Eingriffe vorgenommen oder aber von der Einrichtung6 ausgeführt werden. Zu
letzterem Zwecke wird beispiels«-e-ise die am Widerstand 2o liegende Spannung noch
an eine Kippvorrichtung gelegt, durch die ein Kondensator langsam aufgeladen wird.
Dieser Kondensator liegt im Gitterkreis einer Z'erstärkerröhre. Hat der Kondensator
eine bestimmte Ladung und damit Spannung erhalten, was entsprechend dem obigen Beispiel
nach 5 Sekunden der Fall sein möge, so liefert die Verstärkerröhre einen Anodenstrom,
durch den zunächst der Schalter 30 geschlossen, dann geöffnet und die Kippvorrichtung
wieder gebrauchsfertig gemacht wird.