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Anordnung zur zeitlichen Verzögerung von sehr kurzen elektrischen
Impulsen
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, sehr kurze elektrische Impulse
zeitlich zu verzögern, tritt bei verschiedenen hochfrequenten Sende- und Empfangsanlagen
auf. Eine solche Verzögerung von Schwingungen ist dann beispielsweise erforderlich,
wenn hochfrequente Signale zwei getrennte Kanäle zu durchlaufen halen, an deren
aus gängen sie wieder koml>iniert werden. Um in diesem Fall die unter Umständen
verschiedene Laufzeit wieder gleich zu machen, wird in den einen Kanal, der die
kürzere Laufzeit besitzt, ein Ze i tverzögerungsglied eingeschaltet.
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Auch bei den bekannten drahtlosen Abstandsmeßverfahren, z. B. dem
Verfahren. wie es in der Patentanschrift 623 005 beschrieben ist, werden Verzögerungsketten
gebraucht die in diesem Fal.l zur Verzögerung von hochfrequenten Impulsen erforderlich
sind. Bei, dem aus der Patentschrift Nr. 623 005 bekannten Abstandsmeßverfahren,
das nach der Impulsrückstrahlmethode arbeitet, werden dem Empfänger sowohl die von
einem reflektierenden Gegenstand zurückkommenden als auch die zeitverzögerten Impulse,
die direkt vom Sender zum Empfänger gelangen, zugeführt. Die auf direktem Weg einer
Empfangsstufe zugeführten Impulse werden zeitlich derart verzögert, daß sie gleichzeitig
mit den reflektierten Impulsen einfallen und damit die negative Vorspannung eines
Empfangsrohres kompensieren. Die Einstellung der zur Verzögerung der Impulse vorgesehenen
Verzögerungs-
kette ist bei maximaler Empfäng*rausfgangsspannung
ein Maß für die gesuchte Entfernung.
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Es ist auch bereits eine Kontrolleinrichtung für ein die Laufzeit
elektrischer Schwingungen zur Entfernungsmessung nach dem Rückstrahlprinzip ausnutzendes
Sende-Empfangs-Gerät vorgeschlagen worden. Diese Kontrolleinrichtung ist gekennzeichnet
durch ein an die Stelle des drahtlosen Strahlungsweges tretendes Hochfrequenzkabel
oder eine diesem äquivalente Kabelnachbildung, das als Glied bekannter Laufzeit
direkt oder über eine Strahlungskopplung an das Rückstrahlgerät anschaltbar ist.
Auch für den letztgenannten Zweck benötigt man also eine Verzögerungseinrichung,
die nach Möglichkeit nur einen geringen Ilaumbedarf besitzt.
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Die Erfindung macht von einem bereits bekannten Vorschlag Gebrauch,
der darin besteht, daß die zu verzögernden elektromagnetischen Schwingungen zunächst
in mechanische, insbesondere Ultraschall schwingungen, umgeformt werden, daß dann
diese mechanischen Schwingungen - iei,tlich verzögert werden und daß anschließend
die mechanischen Schwingungen in elektromagnetische Schwingungen zurückverwandelt
werden. Die Anordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein stabförmiger Verzögerungskörper
aus Glas, insbesondere Kronglas, vorgesehen ist, auf den die Impulse als ultrahochfrequente
mechanische Schwingungsstöße (io' bis 30 MHz) einwirken.
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Bisher wurde zur 5 chwingungsverzögerung auf mechanischem Weg ein
gasförmiges oder flüssiges Medium benutzt. Wegen der vergleichsweise sehr großen
Schallhärte des die elektrischen Schwingungen in mechanische umsetzenden bzw. umgekehrt
die mechanischen Schwingungen in elektische rückwandelnden Quarzes gegenüber der
Schallhärte des gasförmigen oder flüssigen Mediums ergibt sich hierbei eine starke
Unteranpassung des Quarzes, die eine frequenzabhängige Dämpfung der übertragenen
Schwingungen und damit eine Impulsverzerrung zur Folge hat. Diese linearen Verzerrungen
sind um so kritischer, je breiter das Spektrum der zu verzögernden Impulse ist,
d. h. je kürzer die Impulse sind.
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Diese der Verzögerung sehr kurzer Impulse entgegenstehenden Schwierigkeiten
werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch behoben, daß erstens das erforderliche
Frequenzband durch Anwendung einer Trägermodulation in an slich bekannter Weise
stark eingeengt wird und daß zweitens durch Anwendung eines Verzögerungsstabes aus
festem Werkstoff die Anpassung derart verbessert wird, daß sich eine breitere Frequenzcharakteristik
ergibt. Dariiber hinaus wird von denfesten Werkstoffen, die wegen der mit dem Schwingquarz
vergleichbaren Sch,allhärte eine Stoß dämpfungen vermeidende Anpassung ergeben,
speziell Glas als verzögerungskörper ausgewählt, weil Glas außerdem noch eine sehr
geringe Streckendämpfung aufweist. Andere, z. B. aus Metall hergestellte Körper
hahen wegen nicht birir reichender Homogenität im Aufbau verglichen mit -der sehr
kurzen Wellenlänge, die im Verzögerungsstab wirksam ist, zu große Streckdendämpfung,
d. h. die Impulse würden sich im Verzögerunggstab totlaufen. Die Glasstäbe haben
sich hingegen als sehr geeignet für die Verzögerung von Impulsen erwi,esen.
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Es ist bekannt, d,en die Ultraschallschwingungen erzeugenden Quarz
durch Kittung mit einem Schallmedium zu verbinden. Zur Gewährleistung eines guten
akustischen Kontakts zwischen Idem Schwingquarz und dem Glasstab ist jedoch eine
Auflötung d.iesles Quarzes auf den Stab zweckmäßig. Man wird zur Durchführung einer
solchen Lötung sowohl das Ende des Glasstabes als auch die an diesem Gl'asstab anliegende
Seite des Quarzes vorerst metallisieren und dann nach an sich bekannten Lötverfahren
befestigen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt.
In Abb. I ist ein solcher Stab gezeichnet, der ein kreisförmiges oder ein vieleckförmiges
Profil besitzen mag. Wesentlich ist, daß die Gesamtlänge L dieses Stabes b sehr
groß ist im Vergleich zur Querausdehnung D. Dadurch wird niämlich erzielt, daß die
Wegdifferenzen der von den verschiedenen Punkten der Oberfläche des Ultraschallgebers
a ausgehenden Ultraschallschwingungen zur Vermeidun'g von gegenphasigen Interferenzen
kleiner sind als die Hälfte der Wellenlänge der verwendeten Ultraschallschwingungen.
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Bei so geringen Wegdifferenzen tritt auch noch keine merkliche Verlängerung
der einzelnen verzögerten Impulse auf.
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Durch die stabförmige Ausbildung des Verzögerungskörpers, bei dem
die Querausldehnung klein ist im Verhältnis zur Längenausdehnung, wird außerdem
erreicht, daß die Wegdifferenzen, die durch Reflexion der von dem Ultraschallgeber
a erzeugten Impulse an den Seitenwänden des Stabes b entstehen, ebenfalls klein
gehalten werden.
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In Abb 2 ist der Weg dargestellt, den eine nicht in Längsrichtung
des Stabes ausgestrahlte Ultraschalischwingung durch die verschiedenen Reflexionen
an den Seitenwänden des V,erzögerungsstabes nimmt. Um auch diese störenden Reflexionen
noch herabzusetzen, wird gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen,
den stabförmigen Körper an der Oberfläche seiner Längs ausdehnung aufzurauhen, um
damit eine diffuse Schallverteilung zu erzielen. Eine solche Aufrauhung kann entsprechend
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 dadurch erfolgen, daß in den Körper nebeneinanderliegende,
vorzugsweise spiralförmige Rillen eingearbeitet werden, deren Tiefe kleiner ist
als etwa die Hälfte der Wellenlänge der den Körper durchlaufenden Ultraschallschwingungen.
Da der stabförmige Körper in Abb. 3 im Schnitt dargestellt ist, sind nur die durch
die Rillen hervorgerufenen Vertiefungen zu sehen.
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Selbstverständlich ist es nicht nötig, die ganze Verzögerungseinrichtung
derart aufzubauen, daß die von dem Ultraschalllgeber a erzeugten Ultraschallschwingungen
bis an das Ende des stabförmigen Verzögerungskörpers laufen und an
diesem
En;de wieder reflektiert werden, um nach a zurückzugelangen. In Abb. 4 ist der Fall
dargestellt, daß der stabförmige Körper von Ultraschallschwingungen nur einmal durchlaufen
wird, indem am Ende dieses Körpers ein Ultraschallempfänger c angeordnet ist.
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Um vom Ende des stábförmigen Körpers tatsächlich nur eine Welle reflektiert
zu bekommen, ist es zweckmäßig, das oder die Enden dieses stabförmigen Körpers entsprechend
den Au&führungsbeispielen nach Abb. 5 und 6 in Kegelspitzen aus laufen zu lassen.
Diese Kegelspitzen sind in den Ausführungsbeispielen nach Abb. 5 und 6 mit d und
e bezeichnet. Die Schwingungen, die in diese Kegelspitzen eintreten, werden von
jedem Punkt des Kegelmantels reflektiert, so daß man einen sehr langen Impuls erhält.
Dieser Impuls läßt sich dann von dem verzögerten Impuls, der diseV,erzögerungseinrichtung
auf kürzestem Weg durchlaufen hat, einwandfrei trennen. An Stelle der in Abb. 5
und 6 dargestellten Abschlußkegel wäre es auch möglich, ein kugelförmiges Schallmedium
gleichen Materials anzubringen, wodurch ein akustisch schwarzer Körper erzeugt wird,
analog dem optischen schwarzen Körper.