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Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige des Größenverhältnisses zweier
Meßwerte, insbesondere zur Anzeige der Phasendifferenz zweier Spannungen Bei der
Anzeige des Größenverhältnisses zweier 31Meßwerte durch einen Quotientenmesser oder
durch Strichabbildung an einem Braunschen Rohr ergibt sich vielfach der Nachteil,
daß eine brauchbare Anzeige nur bis zu bestimmten Verhältniswerten nach oben und
unten hin möglich ist. So können beispielsweise bei der Messung der Phasendifferenz
zweier Ursprungsspannungen durch Ableitung zweier gleichphasiger, aber verschieden
großer Meßspannungen mittels Summen- und Differenzbildung Phasendifferenzen auftreten,
die größer sind als E 1800 und dadurch abgeleitete Spannungen ergeben, deren Amplitudenverhältnis
bereits oberhalb derjenigen Grenze liegt, die für die Brauchbarkeit der Quotientenmesser
gegeben ist oder die bei der Anzeige am Braunschen Rohr zu Mehrdeutigkeiten der
Anzeige führt.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß der Quotient zweier
Absolutwerte näher an den Wert I rückt, wenn man die beiden Absolutwerte um den
gleichen Absolutbetrag vermehrt, und weiter von I sich entfernt, wenn man die beiden
Absolutwerte um den gleichen Absolutbetrag vermindert. In Ausnutzung dieser Tatsache
kann man die Empfindlichkeit des Quotientenmessers beliebig verändern und
dadurch
den jeweilig auftretenden Quotientenwerten anpassen.
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Besondere Bedeutung hat die Erfindung für die Anzeige der Einfallsrichtung
von Wellen mittels Messung der Phasendifferenz der Spannungen von zwei in Abstand
voneinander angeordneten Empfängern.
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Wenn dabei der Empfängerabstand zwecks Erlangung großer Richtschärfe
verhältnismäßig groß gewählt isf, ist durch Anwendung des angegebenen Verfahrens
eine Erweiterung des Bereiches, in dem eine eindeutige Peilung erhalten wird, möglich.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. I eine Einrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung von Schallwellen,
Abb. 2, 3 und 4 Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung
nach Abb. 1.
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Im dargestellten Beispiel sind l, 2 und 3 drei Empfänger für Unterwasserschallwellen.
Die beiden Empfänger I und 2 sind zusammengefaßt, ebenso die Empfänger 3 und 2.
Die so erhaltenen beiden Empfangsspannungen haben die gleiche Phasenlage wie zwei
in den Schwerpunkten der beiden Empfangsgebilde 1, 2 und 3, 2 liegende Empfänger.
Für die Phasendifferenz der beiden Empfangsspannungen ist somit der Schwerpunkt
der beiden a-Empfangsanordnungen maßgebend. Für die Vorausrichtung (a = o) ist die
Phasendifferenz zwischen den beiden Empfangsspannungen Null. Bei Abweichung von
der Vorausrichtung ergeben sich Phasendifferenzen ç im einen oder anderen Sinne,
welche dem Wegunterschied d S und der Wellenlänge A entsprechen, und zwar ist die
Phasendifferenz bei einem Einfallswinkel a der Schallwellen bestimmt durch die Beziehung
Ist beispielsweise d = o,6A so ergibt sich für a = i I8° eine Phasendifferenz ç
= i 65" .
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Die beiden Empfangsspannungen oder Ursprungsspannungen a und b werden
in bekannter Weise in zwei Spannnungen gleicher Phase umgewandelt. Die Amplituden
dieser Spannungen sind:
Die Phase dieser beiden Spannungen ist gleich und liegt auf der Winkelhalbierenden
zwischen den Spannungen a und b (Abb. 2).
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Gibt man D und S auf die Plattenpaare eines Braunschen Rohres 5,
so entsteht wegen der Gleichphasigkeit dieser beiden Wechselspannungen eine Strichablenkung
des Kathodenstrahifleckes. Bei ç = 0 ist D = S, und der Strich fällt in die Winkelhalbierende
der Plattenachsen. Mit zunehmenden ç dreht sich der Strich von der Winkelhalbierenden
weg um den Winkel6, so daß
Es ist also
Wenn <p > I80" wird, so ist die Anzeige nicht mehr eindeutig, da z. B. f =
200° zu demselben Strich führt wie g, = - I60".
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-Um diese Mehrdeutigkeit bei Anwachsen des WinkelsSp über I80" hinaus
zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung den beiden Spannungen D und S, bevor sie
auf das Braunsche Rohr gegeben werden, eine Spannung derselben Phase wie D und S
zugefügt.
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Die Phase der Spannungen D und S ist aber, wie bereits oben nachgewiesen,
gleich der Mittelphase zwischen den beiden Ursprungsspannungen a, b. Eine solche
Spannung kann dem in der Mitte der beiden Empfangsanordnungen I, 2 und 3, 2 liegenden
Empfänger 2 entnommen werden, da dieser Empfänger stets ohne weiteres die Mittelphase
hat.
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Die Amplitude der Zusatzspannung könnte willkürlich gewählt werden,
wenn man auf eine einfache Beziehung zwischen der Drehung des Strichs und der Phasendifferenz
ç verzichtet. Eine solche einfache Beziehung ergibt sich aber, wenn man die Zusatzspannung
gleich
wählt. Dann ist nämlich
Gibt man jetzt D' und S' auf die Plattenpaare des Braunschen Rohres, so wird
(vgl. Bild 3).
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Man sieht, der Strich auf dem Braunschen Rohr dreht sich durch Anwendung
der Zusatzspannung gerade halb soviel wie ohne sie. Die Folge davon ist, daß die
Phasendifferenz qg von Null bis 360" in der einen Richtung und auch bis 360" in
der anderen Richtung wachsen darf, ohne daß die Eindeutigkeit der Anzeige aufhört.
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Will man bei der Richtungsbestimmung von Schallwellen den vollen
möglichen Bereich des Einfallwinkels a erfassen, so ist die Eindeutigkeit gewahrt,
wenn nut d < A, 1, bisher hierzu d < A2 sem mußte.
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Benutzt man statt des Braunschen Rohres einen Quotientenmesser, so
steht wegen der Gleichrichtung von D' und S dem Zeiger nur ein Quadrant zur Verfügung.
6 kann also nur bis 45" und f nur bis I80° nach jeder Seite ansteigen. Auch hier
hat man also mit den Zusatzspannungen den doppelten a-Bereich als als ohne sie,
wenn man für den Quotienten s die erfahrungsgemäßen Grenzwerte 116 und 5 einsetzt.
Es ergibt sich ohne Zusatzspannungen bei einem Empfängerabstand d =- o,6 A ein Peilbereich
von a = i I8". Durch Verwendung der Zusatzspannung unter sonst unveränderten Bedingungen
erweitert sich der Peilbereich auf a = =t 38". Will man diesen Bereich nicht voll
ausnutzen, so hat man dafür freie d Hand, T entsprechend größer zu wählen.
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Zu bemerken ist noch, daß bei Anwendung der Zusatzspannungen die
Länge des Striches bei wachsendem ç abnimmt (Abb. 4), während sie sonst gleich bleibt.
Denn es ist die Strichlänge in einem Fall
im anderen
Bei fip = 360" wird 6 = go" und die Strichlänge gleich Null (Bild 4). Diese Eigentümlichkeit
in der Anzeige wirkt wie die Richtcharakteristik einer Zweiergruppe vom Mittenabstand
A/z. Diese Wirkung überlagert sich noch der Richtwirkung der Schwinger und beeinflußt
den Störpegel im allgemeinen in günstigem Sinne.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.
Insbesondere kann die Zusatzspannung auch z. B. kleiner als im Beispiel gewählt
werden. Neben geringerer Abschwächung der Empfindlichkeit hätte das die zuweiIen
erwünschte Folge, daß die Strichlänge nicht bis auf Null herabsinkt.
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Ferner läßt sich, wie schon eingangs erwähnt, durch Subtraktion von
Zusatzspannungen ein stärkeres Drehen bei derselben Phasenänderung erzielen. Eine
Abnahme der Strichlänge bis auf Null läßt sich vermeiden, wenn man für die Zusatzspannung
einen kleineren Betrag wählt, als im Beispiel angegeben.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige des Größenverhältnisses
zweier Meßwerte, insbesondere zur Anzeige der Phasendifferenz zweier Ursprungswechselspannungen
durch Ableitung zweier gleichphasiger, aber verschieden großer Meßspannungen mittels
Summen- und Differenzbildung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßwerte vor
der Quotientenbildung durch eine Zusatzgröße vergrößert oder verkleinert werden.