DE907269C

DE907269C - Verfahren zur Fernmessung

Info

Publication number: DE907269C
Application number: DEF4313A
Authority: DE
Inventors: Louis Anthony De Rosa
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1944-06-12
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1954-03-22

Description

Verfahren zur Fernmessung Die Erfindung betrifft eine Fernme ßan:lage, bei der eine Übertragung der Meßwerte insbesondere durch Hochfrequenz erfolgt.
Besondere Schwierigkeiten bei der Fernmessung treten dann auf, wenn die abzulesenden oder zu betätigenden Meßinstrumente in einer größeren Entfernung beispielsweise auf einem Fahrzeug oder Flugzeug angeordnet sind. Es kann beispielsweise gewünscht werden, von :dem Fahrzeug nach einem entfernten, relativ festen Punkt Anzeigen über die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, den Zustand der Antriebsmittel, die Höhe oder andere meßb are Eigenschaften auszusenden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Hochfrequenzfernmeßanlage zu schaffen, die mit Hochfrequenzimpulsen arbeitet. Es ist ein weiteres Ziel, sowohl eineAnzeigederEntfernunigeinesObjektesvone dnem entfernten Punkt wie auch Meß-instrum.entablesungen von auf dem :beweglichen Objekt befindlichen Instrum@enrten an dem entfernten Punkt zu erhalten.
Gemäß einem Merkmal besteht die erfindungsgemäße Anlage aus Mitteln für die Aussendung einer Serie von Impulsen gegebener Wiederholungsfrequenz von einem ersten Punkt nach einem zweiten Punkt. An dem zweiten Punkt werden: die Impulse für die Zurücksendung nach dem ersten Punkt verstärkt. Im Verstärker ist eine variable Verzögerungsvorrichtung vorgesehen, welche in Übereinstimmung mit der Zeigerstellung einiger Meßinstrumente gesteuert wird. Die zurückgesandten Impulse werden dann am ersten Punkt empfangen, und :durch diese empfangenen zurückgesandten Impulse wird eine Anzeige der Meßinstrurnentablesungen oder Messungen erhalten. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert.
Fig. i zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage; Fig.2 ist eine graphische Darstellung, die zur Erläuterung der Wirkungsweise verschiedener Elemente der Anlage dient; Fig. 3 ist eine vereinfachte Schaltung einer weiteren Anlage; Fig. q. und 5 sind alternative Meßanordnungen, die bei der erfindungsgemäßen Anlage verwendet werden können; Fig. 6 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung mnit variabler Verzögerung.
In Fig. i ist die am ersten Punkt befindliche Fernmeßsen:de- und -empfangsausrüstung durch das Bezugszeichen i bezeichnet, und die am zweiten, reflektierenden Punkt befindliche Ausrüstung ist durch das Bezugszeichen 2 bezeichnet. An der Fernmeßstation i ist ein Impulsgenerator 3 vorgesehen, der Impulse einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz erzeugt. Diese Impulse werden einem Sender 4 zugeführt, in welchem sie einen Hochfrequenzträger modulieren, der von der Antenne 5 ausgestrahlt wird. Gleichzeitig werden die Impulse vom Impulsgenerator 3 über die Leitung 6 an einen Empfängerblockierungskreis 7 angelegt, der den mit der Antenne g gekoppelten Empfänger 8 während der Perioden sperrt, während deren Impulse von der Antenne 5 ausgestrahlt werden. Die von der Antenne 5 ausgesandten Impulse werden durch die Empfangsantenne io an der Station 2 aufgenommen, wo die Messungen stattfinden, und die Impulse treffen gleichzeitig auf den reflektierenden Körper auf, von dem sie reflektiert werden und von der Antenne g empfangen werden. Die von der Antenne io empfangene Energie wird an einen Empfänger 12 angelegt, welcher die empfangene Energie gleichrichtet und die gleichgerichteten Impulse an eine einstellbare Verzögerungsvorrichtung 13 anlegt, von wo die Impulse zum Sender 14 ,gelangen und, über die Antenne 15 ausgestrahlt werden. Der Sender il, kann auf der gleichen Hochfrequenzwelle arbeiten wie der Sender 4, oder er kann auf einer unterschiedlichen Frequenz arbeiten. Im letzteren Falle sollte der Empfänger 8 auf .die gleiche Frequenz wie der Sender 14 abgestimmt sein, und der Empfänger spricht dann nicht auf die vom Körper reflektierten Impulse an. Gleichfalls könnte in einem solchen. Fäll der Empfängerblockierungskreis 7 weggelassen werden. Wenn jedoch Entfernungsanzeigen gewünscht werden, wird dann ,ein zweiter Empfänger für die reflektierten Impulse benötigt.
Die Einstellung der Verzögerungsvorrichtung 13 wird durch das Meßinstrument 16 z. B. durch Betätigung eines mechanischen Gliedes 17 gesteuert. Auf diese Weise werden die von der Antenne 15 ausgestrahlten Impulse um einen Betrag verzögert, der proportional den von r6 erhaltenen Messungen ist.
Die von der Station 2 reflektierte und zurückgesandte Energie, die im Empfänger 8 empfangen wird, und die Impulse vom Impulsgenerator 3 werden über die entsprechenden Leitungen 18, 6 und ig an einen Anzeigestromkreis 2o angelegt. Wie in Fig. i gezeigt ist, besteht der Anzeigestromkreis 2o- aus einer Kathodenstrahlröhre 21. Die Impulse vom Generator 3 betätigen einen Ablenkgenerator 22, von welchem ein Ablenkpotential an die Ablenkelektroden23 angelegt wird. Die vom Empfänger 8 empfangenen Impulse werden an die vertikalen Ablenkplatten 24 angelegt und erzeugen dadurch eine Ablenkung der Linie 25. Auf diese Weise entstehen eine Impulsanzeige 26 bei einem vom reflektierenden Körper reflektierten Impuls und ein Impuls unterschiedlicher Charakteristik 27 von vorzugsweise vergrößerter Amplitude infolge des erneut ausgesandten verstärkten Impulses. Der Abstand zwischen :den Impulsen 26 und 27 auf dem Oszillographenschirm ergibt eine Anzeige .der Einstellung des Meßinstrumentes 16. Der Abstand. des Impulses 26 vom Ursprung,der Ablenklinie 25 kann als eine Entfernungsanzeige der Station 2 dienen.
In Kurve a (Fig. 2) ist eine Serie von Impulsen 26a gezeigt, die einen vorbestimmten nAbstand haben. Diese Impulse: entsprechen den vom Sender 4 ausgesandten Impulsen. Die empfangenen reflektierten Impulse sind in Kurve b mit 26b bezeichnet und ,haben einen vorbestimmten Zeitabstand zu den Impulsen 2611. Die verzögerten verstärkten Impulse sind in Kurve c mit 27c bezeichnet und sind zeitlich stärker verzögert als die Impulse 26b. In Kurve d ist die Ablenkspannung 25d gezeigt, auf -der die Impulse 26b und 27c überlagert sind, um ihre relative Zeitverschiebung zu zeigen. Der Abstand zwischen den. Impulsen 26b und 27a dient als eine Anzeige der Messungen.
Wenn der Abstand zwischen den ausgesandten Impulsen genügend groß gemacht wird, bezüglich der Hin- und Rücklaufzeit der Impulse von der Fernmeßstation i nach dem Meßpunkt 2, wird: der Zeitabstand zwischen dem ausgesandten Impuls und dem reflektierten Impuls genügend klein sein, so daß er ignoriert werden kann. In diesem Fall ist die einzige bedeutsame Messung die Entfernung längs der Ablenklinie 25 von ihrem Ursprungspunkt nach der Impulsanzeige 27e, da die ImpüIsanzeige 26b sehr dicht am Ursprungspunkt dieser Ablenklinie liegt. Wenn z. B. die Impulse mit einem Zeitabstand von ,iooops ausgesandt werden und die maximale Entfernung, in welcher Messungen durchgeführt werden sollen, 25 km beträgt, ist ersichtlich, daß die Zeitverzögerung für einen Impuls für den Hin- und, Rückweg zwischen den Stationen i und 2 nur 15 ps beträgt. Wenn die Verzögerung der Verzögerungsvorrichtung auf eine Verzögerung von 5oo bis goo.,ccs eingestellt wird, beträgt der Fehler bei 25 km Entfernung zwischen 1,7 und 3 °/o, was von der Größe der gemessenen Anzeige und der entsprechenden Einstellung abhängt. Bei der halben Entfernung und beim selben Verzögerungsbereich ist der Fehler nur halb so groß. Weiterhin ist es klar, daß, wenn der Abstand zwischen.den Impulsen über ioooys hinaus vergrößert wird und dadurch die erlaubbare Verzögerungsperiode verlängert wird,@eine weitere Verringerung des möglichen Fehlers erreicht werden kann. In Fig. 3 ist eine einfache Schaltung dargestellt, die in jeder Hinsicht ähnlich der Fig. i ist, ausgenommen, daß kein reflektierender Körper an der Station :2 dargestellt ist und daß ein direkt ablesbares Meßins.trument 2o an Stelle des Kathodenstrahloszillbgraphen in Fig. i vorgesehen ist. Das direkt ablesbare Meßinstrument kann dann verwendet werden, wenn der Abstand der für die Fernmessung ausgesandten Impulse genügend groß ist, so daß die Laufzeit zwischen den Stationen i und 2 vernachlässigt werden kann. Dieselbe Art Meßins:trument kann auch verwendet werden, wenn reflektierte Impulse zur Anzeige benutzt werden; im allgemeinen ist dies jedoch nicht zweckmäßig.
In Fig. q. ist ein Kreuzspulenphasenmesser gezeigt, der als Meßinstrument 2o in Fig. 3 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung werden Eingangsimpulse über die Leitung 6 an einen ersten Generator 28 angelegt, der eine Welle erzeugt, wie sie Mit 28e in Kurve e von Fig. 2 dargestellt ist. Diese Welle wird an eine erste Spule 29 angelegt. Die empfangenen verstärkten Impulse werden; über die Leitung 18 an einen zweiten Generator 3o angelegt und von dort an eine zweite Spule 31. Die vom Generator 3o erzeugte Welle kann z. B. der Welle 30e in Kurve e von Fig. 2 entsprechen, und diese Welle hat eine Phasenverschiebungrelativ zur Welle 28e, welche von dem Zeitabstand zwischen den direkt erzeugten Impulsen und von den empfangenen verstärkten Impulsen abhängt. Sollte sich der Abstand zwischen diesen Impulsen verändern, so wird, beispielsweise die Ausgangswelle vom Generator 3o die mit 3o1 gezeigte Phasenlage einnehmen. Demgemäß wird der Zeiger 32 des Meßinstrumentes eine resultierende Lage einnehmen, die von der Phasenbeziehung der angelegten. Wellen abhängt, und eine Meßanzeige an der Station i liefern, die der Messung des .an der Station 2 angeordneten Meßinstrumentes 16 entspricht.
In Fig.5 ist eine alternative Anordnung des Meßin.strum-entes 20 gezeigt. Gemäß dieser Anordnung werden Ausgangsimpulse vom Generator 3 und, vom Empfänger 8 über getrennte Leitungen 6 und 18 an einen Auslösekreis 33 angelegt. Dieser Auslösekreis erzeugt Wellen gemäß der Kurve f von Fig. 2 in der Form von rechteckigen Impulsen 33f. Nehmen wir an, daß der Auslösekreis 33 so eingestellt ist, daß er durch den ausgesandten Impuls ausgelöst wird und dann durch den empfangenen verstärkten Impuls in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht wird, dann werden die vorderen und hinteren Kanten 26f, 271 des Impulses 33f einen Abstand haben, .der dem Abstand der Impulse 26b und 27e entspricht. Die Breite des Impulses 33f wird entsprechend der Verzögerung des Impulses 27 variieren, so .daß die ganze Ausgangsenergie sich entsprechend verändert. Das Meßinstrument 34 mißt die Gesamtausgangsenerge und kann so geeicht werden, daß es die Maßeinheiten des Meßinstrumentes 16 anzeigt.
Betrachten wir jetzt die Kurven g, lt und i von Fig. 2, die die Arbeitsweise .der Schaltung in Fig. 5 zeigen. In Kurve g sind eine Anzahl Impulse 269 mit einem vorbestimmten Zeitabstand dargestellt. In Kurve h sind. die reflektierten Impulse 26h und die verstärkten Impulse 27h geze,i.gt. Es ist ersichtlich, daß 26h eine so kleine Entfernung von 269 hat, daßdieser Abstand praktisch vernachlässigt werden kann. Wenn dann die Impulse 26g und 271' an den Auslösekreis 33 angelegt werden, wird eine resultierende rechteckige Welle 331 erzeugt, wie in Kurve i in Fig. 2 gezeigt ist. Diese rechteckigen Impulse 331 haben vordere und hintere Kanten 261 und 271, entsprechend dem Abstand der Impulse 269 und 27g. Es wird klar sein, .daß auch andere Meßanordnungen als die gezeigten verwendet werden können.
In den in Fig. i und 3 gezeigten Schaltiungsanordn,ungen ist die Vorrichtung einstellbarer Verzögerung nur als Kästchen .dargestellt worden. Es ist klar, daß irgendeine Form einer Verzögerungseinrichtung, die für die besondere Art Messung ge- eignet ist, verwendet wenden kann. Wenn z. B. nur sehr kurze Verzögerungen erforderlich sind, kann die Verzögerungsvorrichtung aus einem einfachen passiven, einstellbaren Netzwerk bestehen. Wenn größere Verzögerungen benötigt werden, können einstellbare Aus@lösekreise verwendet werden. Wenn die Verzögerung sehr lang sein muß, kann es wünschenswert sein, irgendeine Form einer akustischen Verzögerung an Stelle der oben besprochenen elektrischen: Verzögerung zu verwenden. Eine Ausbildung eines akustischen Verzögerungsmittels, welches in Fig. i und 3 verwendet werden kann., ist in Fig.6 gezeigt. Gemäß dieser Anordnung wird die Ausgangsspannung vom Empfänger 12 an ein Tonwie dergabeelement 35 angelegt, welches mit einem gespannten Draht 36 gekoppelt ist. Der Draht 36 ist an einem Ende 37 starr befestigt und am anderen Ende 38 an einer Trommel 39 befestigt. Das Meß.instrument 16 dreht die Trommel 39 und, verändert so die Spannung des Drahtes 36 und damit seine Übertragun.gscharakteris,tik für die Tonwellen von T'onwiedergabeelement 35. Wenn der Draht durch Bewegung des Meßdnstrumentes, gespannt wird, wird die Tonwelle längs des Drahtes 36 mit einer höheren Geschwindigkeit fortgepflanzt, als wenn der Draht schlaff ist. In einer vorbestimmten Entfernung längs des Drahtes 36 ,ist eine Tonaufnahmevorrichtung 40 vorgesehen. Diese Tonaufnahmevorrichtung 40 ist mit einem Sender 14 gekoppelt, welcher Impulse für die Zurücksendung erzeugt. Die durch die Leitung 36 erzeugte Verz5gerung kann mittels der variablen Spannungsanordnung über einen relativ großen Bereich variiert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Fernmessung, dadurch gekennzeichnet, daß Hoclifrequenz-impu`l.se von einem Punkt ausgesandt werden, an einem zweiten Punkt empfangen werden und von dort zurückgesandt werden, daß die an dem zweiten Punkt empfangenen Impulse entsprechend der Stellung eines Meßgerätes verzögert werden, bevor sie zurückgesandt werden, und daß die Meßanzeige des Meßgerätes an dem ersten Punkt durch die Verzögerung der zurückgesandten Impulse angezeigt wird. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige durch Vergleich der Auftrittszeit der zurückgesandten Impulse mit der Auftrittszeit der ausgesandten Impulse wiedergegeben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d'aß der Empfänger für die ausgesandten Impulse am zweiten Punkt von einem reflektierenden Objekt getragen wird und daß zusätzlich am ersten Ort ein Vergleich der Auftrittszeit der ausgesandten Impulse und der empfangenen reflektierten Impulse vorgenommen wird, um die Entfernung des zweiten Ortes vom ersten Ort zu bestimmen. 4. Fernmeßanlage zur Durchführung des Z'erfährens nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch Mittel für die Aussendung einer Serie von Impulsen von :dem ersten Punkt nach dem zweiten Punkt, Mittel für,die Verzögerung der empfangenen Impulse am zweiten Punkt in Übereinstimmung mit der genannten Messung am zweiten Punkt, Mittel für die Zurücksendung von Impulsen vom zweiten Punkt nach dem ersten Punkt gemäß der genannten verzögerten Impulse und Mittel für die Wiedergabe einer Anzeige der genannten Messung am ersten Punkt in Übereinstimmung mit der Verzögerung zwischen den ausgesandten Impulsen und den zurückgesandten Impulsen. 5. Anlage mach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabemittel eine Vergleichsvorrichtung für den Vergleich der zurückgesandten Impulse mit den ausgesandten Impulsen aufweisen, um die Verzögerungszeit zu bestimmen. 6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabemittel einen Generator für die Erzeugung einer ersten Spannungswelle .durch die ausgesandten Impulse und einen Generator für die Erzeugung einer zweiten Spannungswelle durch die empfangenen zurückgesandten Impulse aufweisen und daß Mittel für den Vergleich der ersten und zweiten Wellen vorgesehen sind. 7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeiehnet, daß die Wiedergabemittel einen Kathodenstrahloszillograph einschließen, ferner Mittel aufweisen, um eine Ablenkspan:nung für den Oszillographen durch die vom ersten Punkt ausgesandten Impulse zu' erzeugen; und Mittel aufweisen, um eine Anzeige längs der Ablenklinie gemäß den empfangenen zurückgesandten und/oder reflektierten Impulsen zu erzeugen. B. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d!aß ,das Mittel für die Wiedergabe einen Generator für die Erzeugung einer Eirergiewelle aufweist, die durch Zusammenwirkung der ausgesandten und zurückgesandten Impulse entsteht, und daß die Energie der genannten Energiewelle in einem direkt anzeigenden Meßinstrument gemessen wird. g. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .das Wiedergabemittel aus einem Meßkreis besteht und Mittel aufweist, die auf die ausgesandte Impulsserie und die zurückgesandten Impulse ansprechen und den Meßkreis betätigen. 1o. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesandten Impulse eine Tonfrequenzkomponente haben und daß die Verzögerungsvorrichtung Mittel für die Gleichrichtung der ausgesandten Impulse und Tonfrequenzverzögerungsmittel aufweist, die mit den Gleichrichtern gekoppelt sind, daß Mittel für -die Steuerung .der Verzögerungsvorrichtung gemäß der gemachten Messung vorgesehen sind und -daß die verzögerte Tonfrequenz an den Sender für .die Zurücksendung der Impulse angelegt ist. i i. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender am ersten Punkt Impulse mit einem relativ großen Zeitabstand bezüglich der Laufzeit der Impulse zwischen dem ersten und zweiten Punkt aussendet und daß die Verzögerungsvorrichtung so aufgebaut ist, daß sie einen Verzögerungsbereich hat, der der Wiederholungsperiode der ausgesandten Impulse entspricht, wodurch die- durch die Laufzeit der Impulse verursachte Verzögerung zwischen den benannten Punkten eine zu vernachlässigende Wirkung auf die durch die Verzögerung der Verzögerungsvorrichtung erzeugten Anzeigen hat.