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Vorrichtung zur Anzeige von Richtungen, Entfernungen, Drehwinkeln
oder sonstigen Meßgrößen Es ist bekannt, Meßgrößen an einem Braunschen Rohr durch
Ablenkung des Leuchtfleckes auf einem Strich, dessen Richtung als Maß für die Meßgröße
dient, anzuzeigen und hierzu gleichphasige, in ihrer Amplitude durch die Meßgröße
gesteuerte elektrische Spannungen bzw. magnetische Felder zu benutzen. Um Mehrdeutigkeit
der Anzeige beim Drehen des Striches um mehr als iSo0 zu vermeiden, kann man eine
unsymmetrische Helligkeitssteuerung durch eine zu den Ablenkwechselspannungen synchrone
Hellsteuerspannung vornehmen. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art, die zur
Richtungsbestimmung von elektromagnetischen Wellen dienen, werden sowohl die Ablenkwechselspannungen
als auch die Hellsteuerspannungen aus den Empfangsspannungen dreier verschiedener
Antennen mit Hilfe einer verwickelten Gleichrichter- und Phasendrehschaltung erzeugt.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß von der Empfangsspannung
unabhängige Ablenkspannungen und eine dazu synchrone Helligkeitssteuerspannung vorgesehen
sind, die gemeinsam mit Ider nur bei bestimmten veränderlichen Werten der Meßgröße
auftretenden Empfangsspannung so auf die Hellsteuerung des Braunschen Rohres einwirken,
daß nur bei gleichzeitigem Vorhandensein dieser Spannungen eine unsymmetrische Aufhellung
des symmetrischen Ablenkstriches am Braunschen
Rohr auftritt. Dabei
ist die Hellsteuerspannung so bemessen, daß sie allein noch keine Aufhellung zustande
bringt, sondern lediglich dazu dient, sdie unsymmetrische Aufhellung des Ablenkstriches
vorzubereiten, die dann erst beim gleichzeitigen Vorhandensein einer ausreichenden
Empfangsspannung wirksam wird. Es läßt sich so mit einfachsten Mitteln eine unsymmetrische
Aufhellung des Ablenkstriches erzielen.
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Zur Anzeige der Richtung von Schallwellen mit gerichteter, durch
ein Drehwerk (Kompensator oder Drehbasis) einstellbarer Sende- bzw. Empfangseinrichtung
oder zur Anzeige der Entfernung bei Echolotgeräten mit umlaufendem Zeitgeber können
die Ablenkspannungen durch eine mit dem Drehwerk oder dem Zeitgeber der Schallanlage
verbundene elektrische Einrichtung erzeugt werden, die in an sich bekannter Weise
auf induktivem, kapazitivem oder Ohmschen Wege von einer Hilfsspannung zwei Ablenkspannungen
ableitet, deren eine in ihrer Amplitude dem Sinus und deren andere dem Kosinus des
Drehwinkels proportional ist, wobei die Hilfsspannung oder eine zu ihr synchrone
Spannung zusammen mit der Empfangsspannung die Hell steuerung bewirkt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Es zeigt Fig. I die Vorrichtung nach ,der Erfindung an einer Echolotvorrichtung
zur Messung von Entfernungen mittels Schallwellen mit Fernanzeige durch ein Braunsches
Rohr veranschaulicht, Fig. 2 und 3 einen Teil der Anordnung gemäß Fig. I in zwei
abgeänderten Ausführungsformen, Fig. 4 eine andere Form der Abbildung.
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Die beispielsweise dargestellte Echolotvorrichtung (Fig. I) besteht
im wesentlichen aus einem Schallsender I, einem Empfänger 2 mit Verstärker 3, einer
Vorrichtung zum Messen der Schallaufzeit und einer Anzeigevorrichtung zum Ablesen
der Schallaufzeit bzw. Entfernung.
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Der Sender I wird durch eine von einem Motor angetriebene Nockenscheibe
4 in regelmäßigen Zeitabständen kurzzeitig an eine Wechsel stromquelle 5 gelegt
und dadurch zum Aussenden eines Schallimpulses erregt. Der Motorantrieb der Nockenscheibe
4 dient gleichzeitig zur Zeitmessung. Hierzu ist mit der -Noclçenwelle 6 eine Anzeigevorrichtung,
beispielsweise ein Neonrohr 7, verbunden.
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Bei Echolotvorrichtungen auf Schiffen läuft dasselbe an einer Skala
um, die z. B. in Meter Wassertiefe geeicht ist. Das Neonrohr 7 ist an den Ausgang
des Verstärkers 3 angeschlossen, so daß es jeweils im Augenblick,der Ankunft eines
Echos kurzzeifig aufleuchtet und dadurch die Meerestiefe an der Skala abzulesen
gestattet.
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Zusätzlich zu der Anzeigevorrichtung 7, die unmittelbar mit dem Antrieb
des Echolots verhunden ist, ist noch eine zweite Anzeigevorrichtung zur Fernanzeige,
z. B. auf der Kommandobrücke des Schiffes, vorgesehen. Diese besteht aus einem Braunschen
Rohr 8. Das Braunsche Rohr 8 ist mit Plattenpaareng, iound II, 12 versehen, denen
Ablenkspannungen von Ider Echolotvorrichtung zugeführt werden. Diese Ablenkspannungen
werden durch eine Drehspulanordnung erzeugt, bestehend aus einer durch die Nockenwelle
6 angetriebenen, ständig an der Wechselstromquelle 5 liegenden Drehspule 15 und
zwei kreuzweise dazu angeordneten ruhenden Spulen I3 und I4, die je mit einem der
beiden Plattenpaare des Braunschen Rohres verbunden sind. In den Kreuzspulen I3,
14 werden phasengleiche Spannungen induziert, deren Amplitude dem Sinus bzw. Kosinus
des jeweiligen Drehwinkels a der Drehspule 15 proportional ist.
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Derartige Ablenkspannungen erzeugen eine strichförmige Ablenkung des
Elektronenstrahles am Schirm I7 des Braunschen Rohres, wobei die Richtung des Striches
16 dem Drehwinkel a der Drehspule 15 entspricht. Normalerweise bewegt sich der Endpunkt
des Striches auf einer Ellipse, deren Hauptachsen ihrer Länge nach durch die Proportionalitätsfaktoren
A, B der beiden Amplituden A sinus a und B cosinus a bestimmt sind.
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In der Nähe wider kleinen Hauptachse ist die Drehung des Striches
bei gleicher Änderung größer als in der Nähe der großen Hauptachse, was unter Umständen
zur Erhöhung der Meßgenauigkeit erwünscht ist. Ist A gleich B, so bewegt sich der
Endpunkt des Striches auf einem Kreis, und man erhält eine über den ganzen Bereich
gleichmäßige Meßgenauigkeit. Der Ablenkstrich I6 ist normalerweise dunkel und wird
erst bei Ankunft eines Echos durch Helligkeitssteuerung zum Aufleuchten gebracht.
Hierzu ist der Wehneltzylinder I8 des Braunschen Rohres an den Ausgang ,des Verstärkers
3 angeschlossen. An einer entsprechenden Kreisskala des Braunschen Rohres kann die
zu messende Entfernung abgelesen werden.
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Der Ablenkstrich i6 ist symmetrisch zu seiner Drehachse bzw. zur
Mitte des Schirmes I7. Dadurch besteht die Gefahr ender Mehrdeutigkeit der Anzeige.
Um zu erreichen, daß der Drehwinkel der Drehspule I5 über volle 3600 am Braunschen
Rohr eindeutig angezeigt wird, ist eine Helligkeitssteuerung vorgesehen, derart,
daß jeweils nur die eine Hälfte des Ablenkstriches zum Aufleuchten gebracht wird.
Diese Helligkeitssteuerung ist folgendermaßen ausgebildet: Die an der Drehspule
15 liegende Wechselspannung, die im Beispiel durch die Sendestromquelle 5 geliefert
wird, ist als Steuerspannung über einen Transformator 19 und einen Kondensator 20
an den Wehneltzylinder I8 des Braunschen Rohres gelegt. Dabei ist die Größe der
zur Steuerung nutzbar gemachten Wechselspannung so gewählt, daß bei Ankunft eines
Echos nur jeweils bei der positiven Halbwelle der Wechselspannung ,die zum Aufleuchten
erforderliche Steuerspannung am Wehneltzylinder liegt.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß jeweils nur die eine Hälfte des
Ablenkstriches I6 bei Eintreffen eines Echos aufleuchtet.
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Die Vorrichtung zum Ableiten der Ablenkspannungen von der Spannung
der Sendestromquelle 5 kann auch anders als in Fig. I ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt
beispielsweise an Stelle einer
Kreuzspule zwei kreuzweise angeordnete
Kontaktpaare 2I, 22 und 23, 24, die auf einer Wilderstandsplatte 25 schleifen und
mit der Nockenwelle 6 starr verbunden sind. An der Widerstandsplatte 25 liegt die
Sendestromquelle 5 oder eine sonstige Wechselspannung. Die an den Kontaktpaaren
21, 22 bzw.
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23, 24 auftretenden Wechselspannungen sind hierbei in ihrer Amplitude
ebenfalls wieder proportional dem Sinus bzw. Kosinus des Drehwinkels und erzeugen
daher ebenso wie Idie Spulenanordnung der Fig. I einen Ablenkstrich am Braunschen
Rohr, dessen Richtung von der Drehstellung der Nockenwelle 6 abhängig ist und im
Augenblick der Echoankunft durch Aufleuchten die zu messende Entfernung kenntlich
macht.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltung zur Ableitung der Ablenkspannungen.
Hierbei sind an Stelle der beiden Kreuzspulen zwei kreuzweise angeordnete Kondensatoren
27, 28 und 29, 30 vorgesehen, deren innere Belegungen durch eine quadratische Widerstandsplatte
3I verbunden sind, auf der ein um die Nockenwelle 6 drehendes Kontaktpaar 32, 33
schleift. An ,diesem Kontaktpaar liegt Idie Sendestromquelle 5 oder eine sonstige
Wechselstromquelle. Die an den äußeren Belegungen der Kondensatoren auftretenden
Spannungen sind auch hierbei in ihrer Amplitude dem Sinus bzw. Kosinus des Drehwinkels
der Nockenwelle 6 proportional und können daher in gleicher Weise wie in Fig. I
und 2 zur Abbildung am Braunschen Rohr benutzt werden.
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Eine eindeutige Anzeige läßt sich auch dadurch erzielen, daß der
Ablenkstrich zwar über seine ganze oder annähernd ganze Länge zum Aufleuchten gebracht
wird, jedoch mit einer von einem Ende zum anderen Ende abnehmenden Helligkeit. Auf
diese Weise erhält man einen keil- oder zeigerförmigen Strich, wie ihn Fig. 4 veranschaulicht.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.
Insbesondere können auch mehrere Braunsche Rohre als Tochtergeräte zur Anzeige an
verschiedenen Beobachtungsstellen des Schiffes vorgesehen sein. Ferner kann das
Echo statt auf die Helligkeitssteuerung des Braunschen Rohres auch an anderer Stelle
auf die Anzeige einwirken, z. B. auf die Vorrichtung zur ErzeugungRder Ablenkspannungen,
indem ein Echorelais in die Verbindungsleitung zwischen der Spannungsquelle 5 und
der Drehspule 15 eingeschaltet ist.
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Die Erfindung ist nicht nur zur Fernanzeige für die Echolotgeräte
zu verwenden, sondern läßt sich sinngemäß überall da anwenden, wo Meßgrößen, z.
B. Richtungen, Drehwinkel u.*dgl., abgebildet werden sollen.
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Vielfach kann es auch zweckmäßig sein, den durch Idie Helligkeitssteuerung
zum Aufleuchten gebrachten Teil des Ablenkstriches zu verlegen, beispielsweise um
bei Echolotvorrichtungen verschiedene Meßbereiche einzuschalten. Eine derartige
Verlegung des aufleuchtenden Strichteiles kann durch Phasenverschiebung der Lichtsteuerspannung
erzielt werden. Auch können durch die Helligkeitssteuerung gleichzeitig oder nacheinander
mehrere getrennte Teile des Ablenkstriches zum Aufleuchten gebracht werden, etwa
zu dem Zweck, verschiedene Meßgrößen an verschiedenen Stellen bzw. verschiedenen
Skalen, die am Braunschen Rohr angebracht sind, abzubilden. Insbesondere hierzu
kann es zweckmäßig sein, an Stelle einer sinusförmigen Wechselspannung ein-oder
mehrfache Rechtecksimpulse zur Helligkeitssteuerung zu verwenden. Auch die Ablenkspannungen
können einem anderen als dem Sinusgesetz folgen. Bedingung ist nur, daß sie gleiche
Phase haben oder um I800 gegeneinander phasenverschoben sind.
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Die neue Vorrichtung zur Abbildung von Meßgrößen hat insbesondere
den Vorteil, daß der Abhildungswinkel am Braunschen Rohr von der Frequenz und Größe
der Hilfsspannung, die zur Erzeugung der Ablenkspannungen benutzt wird, unabhängig
ist. Die Erfindung läßt sich deshalb auch vorteilhaft zur Anzeige von Richtungen
bei dem gerichteten Senden und Empfangen insbesondere bei Unterwasserschallanlagen
anwenden.
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Dabei wird ,die Drehanordnung zur Ableitung der Ablenkspannung mit
dem Drehwerk (Kompensator oder Drehbasis) verbunden.
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Die inder Zeichnung dargestellten Schaltungen zur Ableitung der Ablenkspannungen
können auch unabhängig von der zur Erlangung einer einseitigen Abbildung vorgesehenen
Helligkeitssteuerung zur Strich- oder unter Verwendung von ZGleichspannungen als
Hilfsspannung zur Punktabbildung von Meßgrößen an einem Braunschen Rohr Verwendung
finden, obwohl sich diese Schaltungen gerade für den Zweck der einseitigen Strichabbildung
besonders eignen. Zur Verbesserung der Beobachtung kann es auch zweckmäßig sein,
Idie Mittelzone oder gewisse für die Abbildung nicht benutzte Ringzonen des Schirmes
durch Blenden, die auch zur Aufnahme der Skalen nutzbar zu machen sind, abzudecken.
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Die Einseitigkeit der Strichabbildung kann statt durch Helligkeitssteuerung
auch dadurch erzielt werden, daß die Ablenkung selbst einseitig zum Mittelpunkt
des Braunschen Rohres erfolgt. Man kann dies erreichen durch Verwendung von zwei
um go0 gegeneinander phasenverschobenen Ablenkspannungen, denen eine Hochfrequenzspannung
überlagert ist. Je nach der Amplitude der überlagerten Hochfrequenzspannung erhält
man einen mehr oder weniger langen, einseitig zum Mittelpunkt des Leuchtschirmes
liegenden Strich.