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Echolotvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf Echolotvorrichtungen,
insbesondere für Landehöhenmesser auf Luftfahrzeugen. Bei derartigen, Vorrichtungen
besteht die Gefahr, daß Echos, die außerhalb des gewählten Meßbereiches liegen,
empfangen werden und Fehlanzeigen hervorrufen, da diese Echos erst nach dem folgenden
Lotimpuis anlçommen und infolgedessen Schallaufzeiten vortäuschen, die um etwa einen
ganzen Meßlbereich kleiner sind als die tatsächlich vorhandene Laufzeit. Um ein
solches Sichüberschneiden der einzelnen aufeinanderfolgerr den Messungen zu vermeiden,
hat man schon vorgeschlagen, zwischen die einzelnen Messungen Pausen einzuschalten,
in die dann die etwaigen. nach Ablauf des Meßbereiches zurückkehrenden Echos hineinfallen.
Die hiermit verbundene Verlag samung der Lotfolge ist je doch vielfach unerwünscht,
insbesondere dann, wenn die Messungswerte, wie z. B. bei der Höhenmessung auf Flugzeugen,
schnelle Änderungen erfahren.
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Erfindungsgemäß ist dieser Mangel dadurch vermieden, daß eine von
dem Zeitgeber- bzw. dem Sendestromkreis und von den Echos gesteuerte Vorrichtung
vorgesehen ist, durch die sowohl der Sende- als auch der Empfangsstromkreis für
eine begrenzte Zeitdauer unterbrochen bzw. wirkungslos gemacht wird, wenn bis zu
einem bestimmten, z. B. einem Schallaufweg von 240 m bzw. einer Flughöhe von I20
m entsprechenden Zeitpunkt (0,8 sec) nach erfolgter Schallaussendung kein Echo angeloonunen
ist. Hiermit wird erreicht, daß nur im Bedarfsfall, d. h. wenn die Gefahr eines
über
schneidens besteht, selbsttätig Pausen in die Lot-und Meßfjolge
eingeschaltet werden, so daß insbesondere auch bei kleinen Schallaufzeiten eine
Verlangsamung der Lotfolge vermieden ist. Dabei zeichnet sich die Schaltung durch
große Einfachheit aus, Die Zeitmeßvorrichtung kann von der Umschaltung ganz unberührt
bleiben; Ferner wird durch die Erfindung ermöglicht, mit großer Energie zu senden
und trotzdem das überschneiden mit Sicherheit zu vermeiden.. Auch sehr plötzliche
und starke Änderungen der Meßwerte, wie z. B. beim überfflegen eines Steilhanges,
vermögen keine Fehlanzeigen, 4. h. kein überschneiden mehr hervorzurufen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt.
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Die beispielsweise dargestellte Vorrichtung dient zur Bestimmung
der Flughöhe von Luftfahrzeugen, insbesondere beim Landen. Sie arbeitet nach der
bekannten Echomethode. Hierbei wird die Zeit zwischen dem Aussenden eines Schallimpulses
und der Rückkehr des Echos von der Erdoberfläche als Maß für die zu ermittelnde
Flughöhe benutzt.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Schallsender, einer
Empfangs- und Anzeigevorrichtung für die Echos und einem Zeitmesser zur Bestimmung
der Schallaufzeit.
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Der Sender besteht im dargestellten Beispiel aus einer druckluftbetriebenen
Pfeife I, die durch in regelmäßigen Zeitzwischenräumen vermittels einer umlaufenden,
durch einen nicht mit dargestellten Motor angetriebenen Nockenscheibe 2 einzuschaltende
Kontakte 3 kurzzeitig mit einer Spannung quelle verbunden und dadurch zum Aussenden
eines kurzen, scharf begrenzten Schallimpulses erregt wird.
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Läuft die Nockenscheibe 2 z. B. mit 6o Umdr./ min, so werden die
Sendekontakte 3 in jeder Sekunde einmal geschlossen. Ferner weist der Sendestrorakreis
noch ein zweites Kontaktpaar 4 auf, das mit den Kontakten, 3 in Reihe liegt und
einem Relais 5 angehört, -das vom Sendestromkreis und vom Empfangsstromkreis in
einer weiter unten noch näher zu beschreibenden Weise derart beeinflußt wird, daß
der Sendestromikreis im Augenblick der Sendekontaktbetätigung unterbrochen ist,
falls bis zum Ablauf von o,& sec nach dem unmittelbar voraufgehenden Sendeimpuls
kein Echo angekommen ist. Auf diese Weise wird jedesmal ein Sendeimpuls unterdrückt,
wenn das Echo bis o,8 sec nach erfolgter Schallaussendung nicht zurückgekehrt ist.
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Durch das ankommende Echo wird mittels eines Relais 6 ein im Augenblick
der Schallaussendung durch Null gehendes Drehpotentiometer 7 an einen in Meter Flughöhe
geeichten Spannungsmesser 8 gelegt, wobei die Potenti,ometerspannung ,im Augen blick
der Echoankunft als Maß für die seit der Schallaussendung verflossene Zeit bzw.
die vom Schall zurückgelegte Wegstrecke benutzt wird. Das Echorelais wird vom Empfänger
g aus über einen Verstärker 10 betätigt.
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Das Drehpotentiometer 7 läuft ebenso wie der Sendeimpulsgeber 2 mit
6o Umdr./min. Ein Umlauf des Drehpotentiometers bzw. die vom Potentiometer durchlaufene
Gesamtspannung entspricht also einer Schallaufzeit von I sec oder einem Meßbereich
von o bis 150 m Flughöhe. Der Spannungsmesser 8 ist entsprechend mit einer Skala
o bis 150' m Flughöhe versehen. Parallel zum Spannungsmesser liegt ein Kondensator
I I, durch den die vom Echokontakt 6 an den Spannungsmesser gegebene Potentiometerspannung
festgehalten, wird. Damit diese Spannung nicht über eine beliebig lange Zeit am
Spannungsmesser erhalten bleibt, auch wenn in der Folge kein Echo mehr ankommt,
z. B. durch überschreiten der Reichweite des Echolotgerätes, ist ein besonderer
Zeitkreis I2, I3, 14 mit zum Zeitkreiskondensator 12 parallel geschaltetem Kipprohr
15 vorgesehen.
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Der Kondensator 12 wird bei jedem ankommenden Echo durch ein am Verstärkerausgang
vorgesehenes polarisiertes Relais i6 über den Empfänger mit Erde verbunden und dadurch
entladen. Bei Ausfall mehrerer Echos lädt sich der Kondensator 12 so weit auf, daß
die Zündspannung des Entladungsrohres 15 erreicht wird. Der beim Kippen über das
Enfladungsrohr I5- fließende Stromstoß betätigt ein Relais I7, durch das dem Spannungsmesser
8 eine oberhalb des Meßspannungsbereiches liegende Spannung zugeschaltet wird. Der
Meßzeiger des Spannungsgerätes 8 springt dadurch auf einen besonders gekennzeichneten
Skalentereich, wodurch der Beobachter von dem vviederholten, Echoausfall in Kenntnis
gesetzt wird.
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Durch das polarisierte Relais 16 wird gleichzeitig erreicht, daß
nur jeweils das erste Echo zur Anzeige gelangt, während die insbesondere beim Tuiefflug
vielfach auftretenden Mehrfachecho s unterdrückt werden. Erst bei der nächsten Schallaussendung
wird das polarisierte Relais wieder in seineEinschaltstellung zurückgebracht und
dadurch der Verstärker wieder eingeschaltet.
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Im Eingang des Verstärkers liegt ein weiterer, dem Relaiskontakt
4 des Sendestromkreises entsprechender Relaiskontakt I8, der den Empfangskreis abschaltet,
wenn das Echo bis o,8 sec nach erfolgter Schallaussendung nicht angekommen ist.
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Diese Abschaltung erfolgt jedoch macht unmittelbar nach Ablauf der
o,8 sec, sondern wird bei Ablauf der o,8 sec nur vorbereitet und erst unmittelbar
vor der nächsten Betätigung der Sendekontakte 3 durchgeführt, Dies geschieht mit
Hilfe folgender Schaltanordnung.
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Das Relais 5 mit den Relaiskontakten 4 und 18 ist mit einer Haltespule
I9 und mit einer Schaltspule 20 versehen. Im Stromkreis der Haltespule liegt eine
Gleichstromquelle 2I, ein Vorwiderstand 22 und der Schaltkontakt 23 eines polarisierten
Relais. Dieses Relais ist mit zwei Relaisspulen 24 und 2 verstehen, deren eine zum
Öffnen und deren andere zum Schließen des Haltestromkreises dient.
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Geöffnet wird der Haltestromkreis durch das ankommende Echo; aber
nicht !durch jedes Echo, sondern nur durch Echos, die in der Zeit bis o,8 sec nach
erfolgter Schallaussendung eintreffen. Bei Ablauf dieser Zeitspanne wird der Stromkreis
der Spule 24 durch Kurzschließen über einen Wider-
stand mittels
einer Nockenscheibe 26 und Kontakten 27 bis zur nächsten Sendekontaktbetätigung
unwirksam gemacht, so daß in diesem Zeitbereich eintreffende Echos die Spule 24
nicht mehr erregen können.
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Geschlossen wird der Haltestromkreis mit Hilfe einer Nockenscheibe
28 und Kontakten 29, die im Gleichtakt mit der Nockenscheibe 2 und den Sendekontakten
3 arbeiten.
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Die Schaltspule 20 erhält regelmäßig kurz vor der nächsten Sendekontaktbetätigung,
z. B. mit 50 Voreilung vor dieser, durch eine Nockenscheibe 30 und Kontakte 3I von
einer Stromquelle 32 aus einen kurzen Schaltstromstoß. Dieser Stromstoß erfolgt
je nach der Stellung der Kelaiskontakte 4 und I8 im einen oder anderen Sinne, und
zwar wird diese Richtungsumkehr mit Hilfe zweier weiterer vom Relais 5 betätigter
Kontakte 33 und 34 erzielt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Es sei angenommen,
daß bei der letzten Betätigung der Sendekontaktle 3 durch die Nockenscheibe 2 ein
Schallimpuls ausgesandt worden ist, daß aber z. B. infolge einer Flughöhe von über
120 m das Echo erst nach Ablauf von o,8 sec seit der Schallaussendung angekommen
oder überhaupt ausgefallen sei. Dann befinden sich kurz vor der nächsten Schallaussendung
die Kontakte in der in der Zeichnung dargestellten Lage. Der Anker des Relais 5
mit den Kontakten 4, I8, 33 und 34 sei abgefallen. Der Stromkreis der Schaltspule
20 ist dann durch die Retaiskontahte 33, 34 so vorbereitet, daß beim Schließen der
Kontakte 3I ein Stromstoß in dem durch die Pfeile angegebenen Sinne die Schaltspule
20 durchfließt, so daß der Anker angezogen wird. Das dem voraufgegangenen Schallimpuls
zugehörige Echo sei z. B. durch Fliegen in einer Höhe von mehr als I20 m erst nach
Ablauf von o,8 sec oder überhaupt noch nicht angekommen.
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Der Haltestromkreis ist geschlossen, da das Echo in dem vorgegebenen
Zeitbereich nicht angekommen war. Der durch die Schaltspule 20 angezogene Anker
wird also in der angezogenen Stellung festgelialten. Bei der sodann erfolgenden
Sendekontaktbetätigung ist der Sendestromkreis also unterbrochen, und der nächste
Schallimpuls fällt aus.
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Ebenso ist auch die Empfangsanlage durch Öffnen des Kontaktes 18 wirkungslos
gemacht, und der Stromkreis der Schaltspule 20 ist umgepolt. Nach Ablauf einer weiteren
Umdrehung erhält infolgedessen die Schaltspule einen Stromstoß in entgegenbesetzter
Richtung, der den Anker wieder zum Abfallen bringt und damit den Sender und die
Empfangsanlage wieder einschaltet. Der nächste Impuls wird ausgesandt, und die Empfangsanlage
ist wieder empfangsbereit. Kach einem unterdrückten Impuls wird also die Sende-
und Empfangsanlage regelmäßig bei der nächsten Arbeitsperiode wieder eingeschaltet.
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Beträgt die Flughöhe bei der nächsten Impulsaussendung 120 m, so
kommt das Echo vor Ablauf von o>8 sec an und schaltet die Haltespule 19 ab.
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Das hat zur Folge, daß der nächste Stromstoß durch die Schaltspule
20 die Relaiskontakte anzieht. Diese fallen jedoch gleich nach Verschwinden des
Stromstoßes wieder ab, da die Haltespule 19 stromlos ist, und es tritt keine Unterdrückung
des nächsten Sendeimpulses und keine Abschaltung der Empfangseinrichtung ein. Die
Unterdrückung des Sendeimpulses findet also immer nur dann statt, wenn das Echo
des vorangegangenen Schallimpulses bis zu einem gewissen Zeitpunkt, im Beispiel
o,8 sec nach Schallaussendung, nicht angekommen ist, also nur dann, wenn die Gefahr
besteht, daß das Echo erst nach der nächsten Sendekontaktbetätigung aus einer Flughöhe
von über I20 m ankommt und in die nächste Messung hineinfällt. Die Anzeige selbst
bleibt von diesen Vorgängen vollständig unbeeinflußt, d. h. sie wird nur vermittels
des Zeitkreises 12 geändert, wenn über mehrere Sekunden keine Echos ankommen.
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D.ie Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.
So könnte die Einschaltung von Lotpausen bei Ausbleiben der Echos in einem vorgegebenen
Zeitintervall auch kombiniert werden mit einer Einrichtung zum Steigern der Lotfolge
bei Eintreffen der Echos aus geringen Höhen. Es ist z. B. möglich, eine Vorrichtung
mit zwei Lotfolgen vorzusehen, die sich je nach der Flughöhe selbsttätig einschalten
und bei denen bei jeder eine Lotpauseneinschaltung, wie beschrieben, vorgesehen
ist, z. B. eine Vorrichtung mit Lotfolgen I/sec und 4/sec. Diese Lotfolgen würden
bei Lotpauseneinschaltung z. B. auf o,5/sec und ;7/sec herabgesetzt. Der Bereich,
innerhalb dessen das Echo angekommen sein muß, wenn das Einschalten von Lotp au
sen unterbleiben soll, kann verschieden gewählt werden; z. B kann er bis dicht vor
die nächste Sendel:ontaktbetätigung reichen.
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Das Wiedereinschalten des Senders und der Empfangsanlage kann statt
durch Umpolen der Schaltspule auch auf andere Weise, z. B. durch einen Zeitkreis,
bewirkt werden, zumal wenn kein mechanischer Zeitgeber, sondern ein elektrischer
Zeitkreis zum Starten des Impulses und zur Zeitmessung benutzt wird. Es ist dann
möglich, mehrere aufeinan derfolgende Impulse zu unterdrücken. Dabei könnte der
Empfänger ebenfalls auf eine längere Zeitdauer, die nicht gleich mit der Impulsausfallzeit
zu sein braucht, abgeschaltet werden. Die Abschaltung des Empfängers in den Lotpausen
kann auch an einer anderen Stelle der Empfangseinrichtung erfolgen. Schließlich
läßt sich die Erfindung auch siinngemäß auf solche Echoloteinrichtungen anwenden,
bei denen als Zeitgeber kein Motor oder Drehpotentiometer, sondern ein sich aufladender
oder entladender Kondensator benutzt wird. Es kann auch an der reflektierenden Stelle
ein Sender vorgesehen sein; der durch den ausgesandten Impuls erregt und dessen
Signal statt des Echos empfangen und zur Messung benutzt wird.