DE768010C - Vorrichtung zum Auswerten von Schallmessergebnissen bei der akustischen Ortung - Google Patents

Description

Das Haup'tpatenit 'bezieht sich auf ein, Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung von Schallmeßergebnissen bei der akustischen Ortung, wobei der Ort der Schallquelle, ζ. B. eines Geschützes, auf Grund der geographischen Lage der Schallmeßstellen und der von ihnen gemessenen Schall-Laufzeitdifferenzen zu ermitteln ist, um die der Schall bei der einen Meß stelle früher oder später

eintrifft als bei der anderen. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß der geometrische Ort aller Punkte, deren Entfernungen von zwei festen, bekannten Punkten eine konstante Differenz ergeben, eine Hyperbel ist und daß sich durch Ermittlung des Schnittpunktes zweier auf diese Weise gefundener Hyperbeln der Ort der Schallquelle finden läßt. Die Brennpunkte der Hyperbeln sind dabei die

Schallmeßstellen, und die durch sie ermittelten Schall-Laufzeitdifferenzen entsprechen den Lei'tstrahldifferenzen.

Das Hauptpatent schützt, daß die Entfernungen der einzelnen Meßstellen von der gesuchten Schallquelle durch elektrische Widerstände mit ihrem Widerstands wert proportionaler Länge und die gemessenen Zeitdifferenzen durch Spannungsabfälle an diesen ίο Widerständen nachgebildet werden. Die Einstellung dieser Spannungsabfälle erfolgt dabei entweder mittels eines zwischen je zwei Meßstellen liegenden Spannungsmessers oder mittels eines Nullinstrumentes unter Addition oder Subtraktion einer der gemessenen Schall-Laufzeitdifferenz entsprechenden Spannung durch entsprechende Einstellung der Abgriffe für das Instrument auf den genannten Widerständen.

Die vorliegende Erfindung bringt eine weitere Ausbildung der im Hauptpatent geschützten Erfindung und ermöglicht, durch unmittelbares Einsetzen von Einstellgliedern auf die Aufrisse des Schallmeßoszillogramms, deren Abstände den gemessenen Schall-Laufzeitdifferenzen entsprechen, die Spannungsabfälle so nachzubilden, daß sie den gemessenen Zeitdifferenzen entsprechen. Dabei ist nur Voraussetzung, daß die Papiergeschwindigkeit des Oszillographen genügend konstant ist, so daß an Stelle der Zeitdifferenzen die diesen proportionalen Längen- j differenzen bzw. Längenabstände des Oszillogrammaufris.se gesetzt werden können. Gemäß der Erfindung werden zu diesem Zweck unter Beibehaltung des grundsätzlichen Aufbaus der Anordnung nach dem Hauptpatent die zwischen je zwei einander zugeordneten Meßstellen des Meßplans an den die Entfernung derselben von der Schallquelle nachbildenden Widerständen auftretenden Potentialdifferenzen durch den gemessenen Schall - Laufzeitdifferenzen proportionale Gegenspannungen kompensierbar gemacht. Es ist somit nur noch erforderlich, diese Gegenspannungen einer Spannungsquelle mit kontinuierlich veränderbarem Abgriff zu entnehmen und dafür Sorge zu tragen, daß die Abgriitslängen den Schall-Laufzeitdifferenzen proportional sind. Durch ein eingeschaltetes Meßgerät, z. B. ein Xullinstrument, läßt sich dann der Kompensationszustand leicht ermitteln. Zweckmäßig werden als Spannungsquelle Spannungsteiler, z. B. in Form von ausgespannten Schleifdrähten, benutzt und deren Widerstand oder die an sie gelegte Spannung derart bemessen, daß die Abgriffslängen dem Zeitmäßstabe des Oszillogramms entsprechen und den Abständen einander zugeordneter Oszillogrammaufrisse gleichgesetzt werden können. Die auf den Schleifdrähten verschiebj baren Stromabnehmer oder an ihnen angebrachte Zeigerglieder lassen sich dann unmittelbar auf die Oszillogrammaufrisse einstellen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsj beispiel dargestellt, und zwar zeigt in schematischer Darstellung

Fig. ι den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zum Zeichnen j einer Hyperbel auf Grund der von zwei Meßstellen gefundenen Schall-Laufzeitdifferenz und

Fig. 2 eine Vorrichtung zum unmittelbaren Auffinden der gesuchten Schallquelle durch Einsetzen von Einstellgliedern auf die Aufrisse eines Schallmeßoszillogramms, aus dem drei durch vier Meßstellen ermittelte Schall-Laufzeitdifferenzen zu entnehmen sind.

In Fig. ι ist 1 ein auf eine Unterlage aufgespannter Auswerteplan, d. h. eine in geeignetem Maßstab gehaltene Karte des für die akustische Ortung in Betracht kommenden Geländes. Von einem Markierungsstift Z od. dgl. aus laufen zwei gleich lange Wider-Standsdrähte L₁, L₂ mit ihrem Widerstandswert proportionaler Länge durch ösen- oder U-förmige, an den Orten der Meßstellen JZ₁, M₂ auf dem Auswerteplan befestigte Führungskontakte. Durch Gewichte 3, 3' werden diese beiden Drähte gestreckt gehalten. Der Auswerteplan 1 kann statt senkrecht auch waagerecht oder schräg angeordnet sein. In den beiden letzteren Fällen werden die Meßdrähte L₁, L₂ entweder über Rollen an der Tischkante geführt oder auf sonstige geeignete Weise unter Spannung gehalten. Hierfür können beispielsweise die im Hauptpatent angegebenen Mittel benutzt werden.

Die beiden unteren Enden der Drähte L₁, ioo L₂ einerseits und ihr gemeinsamer \^Terbindungspunkt Z andererseits sind durch flexible Leitungen über einen zweckmäßig regelbaren Widerstand R an eine Spannungsquelle E angeschlossen.

Es fließen also in den beiden Drähten L₁, L₂ Ströme gleicher Stärke, und die Potentialdifferenz der beiden Punkte M₁, M_a ist der Längendifferenz ZMi — ZMz proportional. Diese Erscheinung wird bei der Anordnung nach dem Hauptpatent dazu ausgenutzt, durch Verschieben des Stiftes Z diejenige Stellung zu finden, bei der die an einer Meßanordnung ablesbare Potentialdifferenz der an den Meßstellen M₁ und M₂ gemessenen Schall-Laufzeitdifferenz entspricht.

Gemäß der Erfindung wird nun eine zweite Stromquelle E' vorgesehen, die über einen zweckmäßig regelbaren Widerstand W an einem zwischen den Punkten 4, 5 ausgespannten Schleifdraht S mit seinem Widerstandswert proportionaler Länge liegt. Auf

diesem Schleifdraht lassen sich zwei Punkte ₂ so finden, daß sie die gleiche

W₁ und

Potentialdifferenz haben wie die beiden Punkte M₁ und M₂. Verbindet man also W₁ mit Μ_Λ

und W₂ mit M₂ unter Zwischenschaltung eines Strommessers /, so darf unter der gemachten Voraussetzung in diesem Kreis kein Strom fließen. Der Spannungsunterschied zwischen M₁ und M₂ ist proportional der

ίο Streckendifferenz ZMi—Z~M~l und somit auch der gemessenen Schall-Laufzeitdifferenz. Die Strecke W₁, m₂ kann ebenfalls leicht proportional der Streckendifferenz ZMx — ZMi, und somit der gemessenen Schall-Laufzeitdifferenz gemacht werden. Durch geeignete Wahl der Spannungen B bzw. E' der Widerstände W bzw. R und des Leitwertes der Schleifdrähte L₁, L₂ und 6" läßt sich auf einfache Weise erreichen, daß die Strecke W₁, W₂

ao genau gleich der Strecke auf dem Oszillographenstreifen ist, die als Endpunkte die Einsatzpunkte der Schallwelle, d. h. die Oszillogrammaufrisse hat.

Mit diesem Gerät läßt sich eine Hyperbel zeichnen, wenn man den Stift Z in einer solchen Richtung bewegt, daß bei einer eingestellten Entfernung der Punkte W₁ und W₂ das Meßgerät / dauernd den Strom Null anzeigt. Zweckmäßig wird dieses Meßgerät / als Nullinstrument ausgeführt, bei dem der Nullpunkt in der Skalenmitte liegt. Es läßt sich dann an dem Zeigerausschlag in positiver oder negativer Richtung leichter die Richtung finden, in der der Stift Z zu bewegen ist. Entspricht die eingestellte Entfernung zwischen W₁ und W₂ der von den Geländeimjeß'Sitellen (M₁ und M₂) ermittelten SchaU-Laufzeitdiffereniz, so wird die gesuchte Schallquelle von der gezeichneten Hyperbel getroffen. Es ist somit nur erforderlich, auf die gleiche Weise eine zweite Hyperbel zu zeichnen, der ein Abstand der beiden Potentionmeterabgriffe W₁, W₂ zugrunde liegt, der 'der vom Oszillographen aufigenoimmeniön zweiten Zeitdifferenz, z. B.

zwischen der Meßstelle M₂ und einer dritten Meßstelle M₃, gleich ist. Die Führungen bei M₁ und M₂ der Fig. 1 müssen dabei natürlich auf 'die neue Lage dieser Meßstellen umgesteckt werden. Der Schnittpunkt dieser zweiten Hyperbel mit der ersten liefert dann den Ort der gesuchten Schallquelle.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, die ein getrenntes Zeichnen der Hyperbeln überflüssig macht und den Ort der gesuchten Schallquelle unmittelbar lief ert. Sie stellt in gewisser Hinsicht lediglich eine Wiederholung der in Fig. 1 dargestellem Ausführungsfürm dar. Gleiche Bezugszeieihen verweisen auf gleiche in Fig. 1 verwendete Teile. Die Anordnung nach Fig. 2 ist zur Auswertung von drei Schall-Laufzedtdifferenzen eingerichtet, die durch vier im Gelände ausgelegte Mikrophone ermittelt und auf einem Film- od. dgl. Oszillographenstreifen O festgehalten sind. Dieser zeigt die vier Mikrophonströme in vier parallelen Oszillogrammen. An sich ist der Ort der Schallquelle bereits durch zwei Zeitdifferenzen beistimmt. Die dritte kann daher zur Kontrolle oder als Ersatz beim Ausfall eines Meßwertes benutzt werden.

Zur Auswertung dieser drei Zeitdifferenzen sind vier Schleifdrähte L₁ bis L₄ vorhanden, die über vier an den Punkten M₁ bis M₄ des Auswerteplans befestigte Führungen laufen und durch die Gewichte 3 bis 3"' gestreckt gehalten werden. Zum Abgriff der Kompensationsspannungen dienen vier an die gleiche ■ Stromquelle E' über die Widerstände W und R angeschlossene, parallel ausgespannte und gleich lange Schleifdrähte ^₁ bis ^₄, auf denen je ain Stromabnehmer verschiebbar ist. Vorteilhaft werden diese als Spannungsteiler dienenden Drähte ^₁ bis 5₄ so angeordnet, daß sich der Oszillographenstreifen O darunterschieben läßt und die Stromabnehmer unmittelbar auf die Einsatzpunkte W₁ bis W₄ des Schalles an den vier Geländemeßstellen (M₁ bis M₄) eingestellt werden können. Da eine konstante Laufgeschwindigkeit des Oszillographen vorausgesetzt ist, entsprechen die Längenabstände der Stromabnehmer bzw. die bei ihrer Einstellung auf die Schalleinsatzpunkte W₁ bis -W₄ abgegriffenen Spannungen den Schall-Laufzeitdifferenzen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Markierungsstift Z auf den Ort der gesuchten Schallquelle zeigt, sobald die Instrumente J₁, I₂, J₃ den Wert Null anzeigen, vorausgesetzt, daß die Spannungen U und U' an den Schleifdrähten L₁ bis L₄ und S₁ bis S₁, die durch Spannungsmesser nachprüfbar gemacht sein können, richtig eingestellt sind.

Das Aufsuchen des Schallortes geschieht zweckmäßig in der Waise, daß der Stift Z zunächst in eine solche Lage gebracht wird, daß das Instrument Z₁ auf Null zeigt. Durch Probieren läßt sich dann leicht die Richtung finden, in der er bewegt werden kann, ohne daß sich ein Zeigerausschlag an diesem Instrument nach der einen oder der anderen Seite ergibt. In dieser Richtung verschiebt man darauf den Stift Z, bis auch das zweite Instrument /₂ auf Null zeigt. Der Stift Z weist dann auf den Ort der gesuchten Schallquelle. Bei fehlerfreier Messung muß das zur Kontrolle vorhandene oder beim Ausfall eines Meßwertes als Ersatz benutzbare Meßgerät /₄ ebenfalls den Kompensationszustand anzeigen, lao

Die einmalige Einstellung der Spannungen U und U' mit Hilfe der Widerstände R

und R! geschieht am einfachsten auf Grund einer beliebig angenommenen Lage des Schallortes Z und der hieraus berechneten Schall-Laufzeitdifferenzen. Kennt man jedoch eine Schallquelle der Lage nach und die Laufzeitdifferenzen des von ihr ausgehenden Schalles an den Geländemeßstellen, so kann auch hiermit die Einstellung des Auswertegerätes vorgenommen werden. ίο Die Anordnung läßt sich auch so treffen, daß die Spannungsquellen E und E' zusammenfallen. Hierdurch wird die Fehlerquelle ausgeschaltet, die durch Absinken einer 'der beiden Spannungen auftreten könnte.

Den Schleifdrähten S₁ bis S_i kann noch ein weiterer variabler Widerstand W vorgeschaltet werden, der dazu dient, ohne jede Umrechnung die Temperaturkorrektur der zo Schall-Laufzeitdifferenzen direkt einstellbar vorzunehmen, sofern er entsprechend geeicht ist.

In gleicher Weise kann der Widerstand R' geeicht werden auf den anzuwendenden Maßstab des Auswerteplans unter der Voraussetzung, daß die Spannungen U und V durch besondere einfache Mittel auf einen vorgeschriebenen Sollwert gebracht werden.

Da die Verbindungsleitungen zwischen den Stromabnehmern der Schleifdrähte S₁ bis S₄ und den Führungskontakten für die Schleifdrähte L₁ bis L₄ an den Meßpunkten M₁ bis M₄ im abgeglichenen Zustand der Meßanordnung stromlos sind, so können sie beliebig lang sein. Dies ist insofern von praktischer Bedeutung, als es hierdurch möglich ist, die Einstellung auf dem Filmstreifen O örtlich getrennt von der eigentlichen Auswertungsstelle vorzunehmen.

Damit die Stromabnehmer auf den Schleifdrähten S₁ bis ^₄ leichter auf den Zeilenabstand der von den Mikrophonströmen aufgezeichneten Oszillogramme des darunter-. befindlichen Films eingestellt werden können, kann es vorteilhaft sein, die Schleifdrähte parallel verschiebbar anzuordnen. Es ist auch möglich, an den Stromabnehmern Zeigerglieder anzubringen, die auf den Zeilenabstand der Oszillogramme einstellbar sind. Gegebenenfalls kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß der Film zum Glätten unter eine durchsichtige Glas- od. dgl. Platte gelegt wird, die über den einzelnen Oszillogrammen schlitzförmige Ausnehmungen für die Zeigerglieder hat. Die mit den Stromabnehmern verbundenen Zeigerglieder können ferner als Leisten aus durchsichtigem Werkstoff ausgeführt sein, die in einer geeigneten Führung unmittelbar über dem Filmstreifen längs verschiebbar sind und zur Vermeidung von Parallaxfehlern ähnlich wie beim Schieberfenster eines Rechenschiebers die Zeigermarke auf der L'nterseite in Form eines Fadenstriches tragen. Die Spannungsteiler S₁ bis S_i können dann auch seitlich über oder unter der Ebene des Oszillogrammträgers angeordnet werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zum Auswerten von Schallmeßergebnissen bei der akustischen Ortung, bei der die Entfernungen der einzelnen Meßstellen von der Schallquelle durch elektrische Widerstände mit ihrem Widerstandwert proportionaler Länge und die gemessenen Schall-Laufzeitdifferenzen durch Spannungsabfälle an diesen Widerständen nachgebildet werden, nach Patent 704701, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen je zwei einander zugeordneten Meßstellen des Auswerteplans an den Widerständen auftretenden Potentialdifferenzen durch den gemessenen Schall-Laufzeitdifferenzen proportionale Gegenspannungen kompensierbar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenspannungen Spannungsteilern (Jv₁ bis 5"₄) mit den gemessenen Schall-Laufzeitdifferenzen proportionalen Abgriffslängen über vorzugsweise als Xullinstrumente ausgebildete Meßgeräte (J₁, J₂, J₃) entnommen werden.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an den Spannungsteilern (S₁ bis S₄) oder deren Widerstand derart bemessen ist, daß die Abgriffslängen dem Zeitmaßstab der Oszillogramme entsprechen und den Abständen zugehöriger Oszillogrammaufrisse (Hi₁ bis m₄) gleichgesetzt werden können.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei an gleicher Spannung liegende Spannungsteiler in Form von parallelen, gleich langen Drähten (S₁ bis S₄) gleichen Widerstandes mit je einem verstellbaren Abgriff (7W₁ bis JH₄) vorhanden sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den auf den Spannungsteilern verschiebbaren Stromabnehmern Zeigerglieder verbunden sind, die auf die Oszillogrammaufrisse einstellbar sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler (^T₁ bis S₄) parallel verschiebbar sind.
7. γ. Vorrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß den Spannungsteilern (S₁ bis S₄) ein auf die Kartenmaßstäbe der anzuwendenden Auewertepläne geeichter Widerstand (R') vorgeschaltet ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß- den Spannungsteilern (S₁ bis S₄) ein in seiner Einstellteilung die in Betracht kommenden Korrekturfaktoren berücksichtigender Widerstand (W) vorgeschaltet ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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