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Kurzzeitmesser für nach der Echomethode arbeitende Entfernungsmesser
Die
Erfindung bezieht sich auf Kurzzeitmesser für nach der Echomethode arbeitende Entfernungsmesser
mit einem sychron zum Meßvorgang betätigten Zeitgeber, der am Ende der zu messenden
Zeitspanne durch das Echo den Zeitwert an einer Zeit- bzw. Entfernungsskala mit
einer ungleichmäßigen Teilung zur Anzeige bringt.
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Bei Verwendung einer den ganzen Meßbereich des Gerätes umfassenden
Skala mit gleichmäßiger Teilung ergibt sich der Mangel, daß die kleineren Meßwerte
nicht mit der erforderlichen Genauigkeit abgelesen werden können, wenngleich die
Meßgenauigkeit des Gerätes die Verwendung einer entsprechend genauen Skala zuläßt.
Für die Entfernungsmessung nach der Echomethode im Wasser, bei der die Zeit- bzw.
Entfernungsmessung mit Hilfe eines gleichförmig umlaufenden Zeitgebers erfolgt,
der bei Schallaussendung durch die Nullstelle der Skala geht und dessen Verschiel)ung
im Augenblick der Echoankunft als Maß für die Entfernung durch Aufleuchten einer
Lampe oder sonstwie zur Anzeige gebracht wird, ist zur Vermeidung des erwähnten
Mangels auch schon vorgeschlagen worden, den Zeitgeber je nach dem gewünschten Meßbereich
mit einer anderen Geschwindigkeit umlaufen zu lassen und ihm dementsprechend mehrere
Skalen mit verschiedenem Meßbereich zuzuordnen.
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Diese Lösung ist jedoch umständlich und hat unter anderem den Nachteil,
daß man, um Fehlmessungen zu vermeiden, sich durch probeweises Umschalten auf den
großen Meßbereich jeweils vergewissern muß, ob der Meßwert auch tatsächlich in dem
benutzten kleineren Anzeigebereich liegt. Ein solches Meßverfahren ist dann besonders
unvorteilhaft, wenn die Anzeige in kurzen Zeitabständen von einem zum anderen Meßbereich
überwechselt wie
z. B. bei den nach der Echomethode arbeitenden
LandehöErenmessern für Flugzeuge. Das erforderliche Umschalten des Höhenmessers
beim Landen wird hierbei naturgemäß als sehr lästig empfunden. da die Aufmerksamkeit
des Flugzeugführers beim Landen und insbesondere beim Blindlanden im Nebel schon
ohnehin stark in Anspruch genommen ist. Andererseits ist gerade bei Landehöhenmessern
für Flugzeuge die Schaffung eines größeren Maßstabes für die kleinen Höhen besonders
dringend, zumal die gesamte Skala auf einem sehr gedrungenen Raum untergebracht
werden muß und dadurch schon ohnehin ein kleiner Maßshtab bedingt ist.
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:E5 sind zwar auch schon Zeitmeßvorrichtungen mit ungleichmäßiger
Skalenteilung vorgeschlagen worden. Bei diesen Vorrichtungen ändert sich die Skaleneinteilung
jedoch nach einem stetigen Gesetz, das außerdem zumeist durch die besondere Art
des Zeitgebermechanismus vorgegeben ist. Zwar ist hierbei eine gewisse Änderung
der Skalenverteilung auch möglich. Es kann jedoch nicht jede beliebige Verteilung
der ÄI'eßgenauigkeit erreicht werden. Ein wesentlicher Nachteil besteht ferner darin,
daß stets nur ein allmählicher Übergang von einem größeren zu einem kleineren Maßstab
möglich ist, so daß in dem besonders interessierenden Teil des Meßbereiches eine
den jeweiligen Verhältnissen angepaßte Gesetzmäßigkeit nicht erzielt werden kann.
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Auch bei Verwendung einer Kurvenscheibe zur Bewegung des Zeitgebers,
wie sie bereits vorgeschlagen wurde, ist es praktisch nacht möglich, jede beliebige
Verteilung des Entfernungtsmaßstabes über die Skala zu erzielen. Bei sprunghafter
Änderung des Maßstabes werden hierbei starke Stoßbewegungen in dem Mechanismus auftreten,
die sowohl zu lästigen Geräuschen als auch zu starken Abnutzungen und unliebsamen
SchwingerscheinuIogen Anlaß geben. Diese Nachteile sind besonders bei Kurzzeitmessern
schwerwiegend, da hierbei eine außerordentlich schnelle Bewegung der mechanischen
Teile erfolgen muß und die durch Trägheitskräfte verursachten Verzögerungen zu unerwünschten
Meßungenauigkeiten und Versagern Anlaß geben.
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Alle diese Mängel sind erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß bei
Verwendung einer vom Zeitgeber nach Art einer elektrischen Fernübertragung elektrisch
gesteuerten Anzeigevorrichtung die elektrische Steuerung so ausgebildet ist, daß
die Abbildung der Zeit bzw. Entfernung an der Skala nach verschiedenen, abschnittsweise
getrennten, d. h. von Skalenbereich zu Skalenbereich sprunghaft wechselnden Gesetzmäßigkeiten
erfolgt.
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Das neue Gerät eignet sich besonders zur Verwendung als Landehöhenmesser,
wo ein schneller Übergang von größeren zu kleineren Meßwerten erfolgt, da sich hierbei
die Ablese- und Meßgenauigkeit völlig selbsttätig, d. h. ohne besondere Umschaltung
steigern läßt. Bei Landehöhenmessern insbesondere ist es vorteilhaft, die Skala
in mehrere Bereiche mit verschiedenem, innerhalb jeden Bereiches jedoch gleichbleibendem
Maßstab aufzuteilen, damit das Wandern der Anzeige über die Skala mit einer der
wirklichen Landegeschwindigkeit möglichst proportionalen Geschwindigkeit erfolgt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. I zeigt eine Schaltung mit Gasentladungsrohren als Anzeigeglieder,
Abb. 2 und 3 eine Anzeigevorrichtung mit in einem gemeinsamen Gefäß angeordneten
Anzeigeelementen in Querschnitt und Draufsicht, Abb. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel
in schematischer Darstellung, Abb. 5 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer
Darstellung.
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Die beispielsweise dargestellten Vorrichtungen dienen zur Bestimmung
der Flughöhe von Luftfahrzeugen, insbesondere beim Landen, und arbeiten nach der
bekannten Echomethode. Hierbei wird die Zeit zwischen dem Aussenden eines Schallimpulses
und der Rückkehr des Echos von der Erdoberfläche festgestellt. Das ankommende Echo
löst dann eine elektromagnetische Relaisanordnung aus, wodurch ein Schauzeichen
auf der Höhenskala erzeugt wird.
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Als Relaisanordnung dient bei dem in Abb. I dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel ein Kurzzeitrelais mit zwei Wechselkontakten. Die beiden bewegten
Kontaktarme I und 2 des Relais sind mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbunden.
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Bei der in der Abbildung dargestellten Ruhestellung der Kontaktarme
auf den Kontakten 3 und 4 liegt diese Spannung an Anode und Kathode einer Keihe
parallel geschalteter gasgefüllter Leuchtrohre 5, die über eine geradlinige oder
kreisförmige Entfernungsskala verteilt angeordnet sind. Bei Ankunft eines Echos
werden, wie ohne weiteres ersichtlich, gleichzeitig sämtliche Rohre 5 von der Spannungsquelle
abgeschaltet, und der mit dem positiven Pol verbundene Relaisarm I schlägt gegen
einen Kontakt 7, der über einen mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden,
als Zeitgeber dienenden Kontaktarm 8 ulnd einen Kolllektorg jeweils mit dem Gitter
Io eines der Rohre 5 verbunden ist.
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Der Kontaktarm 8 läuft im Rhythmus der Lotfolge um, und zwar wird
jeweils in seiner mit o gekennzeichneten Nullstellung ein Schallimpuls ausgesandt.
Beim Aussenden des Schalles stellt der Kontaktarm oder Zeitgeber 8 die Verbindung
mit demjenigen Rohr 5 her, das sich an der Nullstelle der Skala befindet. Die Gitter
lo der Rohre 5 sind außer mit dem Kollektor g noch über je einen Kondensator II
mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden. Bei Ankunft eines Echos wird
also jeweils der Kondensator II desjenigen Rohres. das in diesem Augenblick über
den Kollektor g mit dem umlaufenden Zeitgeber 8 verbunden ist, aufgeladen. Bei Rückkehr
der Kontakthebel I und 2 des Relais in die Ausgangsstellung (Kontakt mit Kontakten
3, 4) wird sodann wieder Spannung an Anode und Kathode der sämtlichen Rohre gelegt.
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Diese Spannung ist jedoch so gering, daß sie die Rohre normalerweise
nicht zum Zünden bringt;
lediglich dasjenige Rohr, dessen Gitterkondensator
11 über den Kollektor g und den umlaufenden Zeitgeber 8 Spannung erhalten hat, wird
nunmehr gezündet. Unmittelbar nach der Zündung bricht die Spannung an dem Gitterkondensator
II wieder zusammen, da sich diese Spannung beim Fließen des Ruhestromes nicht mehr
aufrechterhalten kann.
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Sobald daher ein neues Echo eintrifft und das Relais anspricht, erlischt
auch das jeweils vorher gezündete Rohr, und es kann bei Rückkehr des Relais in seine
Ruhestellung nur jeweils wieder dasjenige Rohr gezündet werden, dessen Kondensator
über den Kollektor g und den umlaufenden Zeitgeber 8 wieder auf die Zündspannung
gebracht ist. Statt einer großen Anzahl einzelner Leuchtrohre können, wie aus Abb.
2 und 3 ersichtlich, einzelne Leuchtrohrelemente 14 vorgesehen sein, die in einem
gemeinsamen Gefäß I3 angeordnet sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung sind die Kontakte
15 des Kollektors g und die Leuchtrohre 5 bzw. Leuchtrohrelemente 14 nicht in gleichmäßigen
Abständen über den Kollektor g bzw. die Länge der Skala 6 verteilt. Während die
Anzeigelämpchen in gleichen Abständen über die Kreisskala verteilt sind, sind bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel die zugehörigen Kontakte I5 des Kollektors in
dem ersten Drittel des Kollektors, das unmittelbar nach der Schallaussendung vom
Zeitgeber 8 durchlaufen wird, derart stark zusammengedrängt, daß zwei Drittel der
gesamten Kontakte 15 in dieses erste Drittel des Kollektors fallen. Entspricht die
für einen Umlauf des Zeitgebers 8 benötigte Zeit, wie im Ausführungsbeispiel angenommen,
einem Schallaufweg von 240 m und infolgedessen einer Flughöhe von 120 m, so würden
damit auf die ersten 40 m der zugehörigen Skala bei insgesamt sechzig Leuchtgliedern
vierzig Leuchtglieder 14 entfallen, während dem ganzen Relaisbereich von 40 bis
I20 m Höhe nur noch zwanzig Leuchtglieder zugeordnet sind. Es wird also der Höhenbereich
von o bis I20 m mit einer Genauigkeit von 4 m, der Bereich von o bis 40 m dagegen
mit einer gesteigerten Genauigkeit von I m angezeigt. Gleichzeitig nimmt aber auch
der Bereich bis 40 m auf der Höhenskala 6 einen relativ viermal so stark auseinandergezogenen
Raum ein als der Bereich von 40 bis 120 m, so daß zwei Drittel der Skala auf die
ersten 40 m und das letzte Drittel auf den Bereich von 40 bis 120 m entfällt.
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Infolgedessen wird gleichzeitig mit der höheren Meßgenauigkeit auch
eine gesteigerte Ablesegenauigkeit erzielt.
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Es ist auf diese Weise eine Skala geschaffen, die bei guter Ablesegenauigkeit
durch die Zusammendrängung und die Beschränkung auf eine geringe Meßgenauigkeit
im oberen Meßbereich auf einem verhältnismäßig kleinen Raum untergebracht werden
kann und trotzdem den gesamten Meßbereich der Loteinrichtung umfaßt, so daß ein
Umschalten von einem größeren auf einen kleineren Meßbereich nicht mehr erforderlich
ist.
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Die ersten vierzig und die restlichen zwanzig Kontakte des Kollektors
sind unter sich in gleichen Abständen angeordnet. Da auch die sechzig Leuchtglieder
14 in gleichen Abständen über die Skala verteilt sind und der Zeitgeber 8 mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit umläuft, so liegen auch die Anzeigewerte der Leuchtglieder im 40-m-Bereich
alle um genau I m und im 40- bis I20-m-Bereich alle um 4 m auseinander. Innerhalb
der beiden Bereiche gibt daher das Wandern der Anzeige über die Skala ein wirklichkeitsgetreues
Bild von der tatsächlichen Landegeschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeit, mit der
sich das Flugzeug dem Boden nähert.
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Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Spannungsmesser I6
als Anzeigegerät benutzt wird, der bei Echoankunft durch ein Wechselrelais I7 kurzzeitig
über den umlaufenden Zeitgeber 8 und Kollektor g an eine je nach der Zeitgeberstellung
mehr oder weniger große Spannung gelegt wird.
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Hierbei sind die Kollektorkontakte 15 mit einem Potentiometer 18 verbunden,
und zwar ist jedem Kontakt I5, von der Nullstelle des Kollektors beginnend, eine
um jeweils ein bestimmtes Maß höhere Spannung zugeordnet.
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Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die sechzig Kontakte 15
über den ganzen Kollektor g in gleichbleibendem Abstand verteilt sind. Die Potentiometerabgriffe
dagegen sind ungleichmäßig verteilt, derart, daß bei einem gesamten Spannungsbereich
von I20 Volt auf die ersten vierzig Kontakte des Kollektors je I Volt und auf die
restlichen zwanzig Kontakte je 4 Volt Spannung entfallen. Die ersten vierzig Kontakte
umfassen also den Spannungsbereich von o bis 40 Volt und die zwanzig restlichen
Kontakte den Spannungsbereich von 40 bis 120 Volt. Dadurch wird der Höhenbereich
von 80 bis 120 m am Spannungsmesser I6 entsprechend weit auseinandergezogen und
der Höhenbereich von o bis 8o m auf das erste Drittel dler Spannungsmesserskala
6 zusammengedrängt. Eine derartige Verteilung kann z. B. für Sturzbomber erwünscht
sein.
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Durch die ungleiche Verteilung der Potentiometerabgriffe läßt sich,
wie ersichtlich, nur die Ablesungsgenauigkeit, nicht aber die Meßgenauigkeit erhöhen,
da durch die Wahl größerer Spannungsabgriffe die einzelnen Anzeigewerte nur auseinandergezogen,
nicht aber gleichzeitig vermehrt werden.
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Hierzu wäre eine entsprechende Vermehrung der Kollektorkontakte in
ähnlicher Weise wie beim Ausführulngsbeispilel nach Abb. I bis 3 erforderlich.
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Um auch bei Verwendung eines Spannungsmessers Daueranzeige zu erzielen,
kann dem Spannungsmesser ein Kondensator 19 parallel geschaltet sein, der sich während
der kurzen Einschaltdauer und Kontaktgabe durch den Zeitgeber 8 auflädt und damit
den jeweiligen Spannungswert bis zur nächsten Schallaussendung oder bis zu einer
selbsttätigen, dem Zeitgeber 8 um weniger als 3600 nacheilenden mechanischenWiederabschaltung
bzw.
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Löschung oder bis zum nächsten anzuzeigenden Echo festhält.
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Falls erwünscht, kann auch eine Einrichtung zur Verschiebung der
ungleichmäßigen Verteilung des
Maßstabes über die Skala vorgesehen
sein. Eine derartige Verschiebung kann beispielsweise so erfolgen, daß der Kollektor
mit der ungleichmäßigen Kontaktbesetzung und die die Schallaussendung steuernde
Nullstelle relativ zueinander verdreht und die Verbindung der Kollektorkontakte
mit den Anzeigegliedern bzw. dem Potentiometer z. B. über einen zweiten. gleichmäßig
mit Kontakten besetzten Schaltkol'lektor so verschoben bzw. umgeschaltet werden.
daß die Nullstelle der Skala mit der Nullstelle des Kollektors bzw. dem Augenblick
der Schallaussendung zusammenfällt. Dabei kann gleichzeitig auf eine andere Skaleneinteilung
umgeschaltet werden. Außerdem wäre es natürlich möglich, durch verschieden schnellen
Umlauf des Zeitgebers den Meßbereich zu ändern oder die Schallaussendung erst bei
jedem zweiten, dritten usw. Zeitgeberumlauf vorzunehmen bzw. den Pol lektor nur
abschnittweise in der angegebenen ungleichmäßigen Verteilung zu besetzen. Ferner
könnte auch eine Vorrichtung zur Änderung der Verteilung selbst z.iB. durch Übergang
auf einen Kollektor mit anderer Besetzung vorgesehen sein.
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Abb. 5 zeigt z. B. eine Ausführungsform, bei der auf zwei verschiedene
Skalen umgeschaltet werden kann. Dabei sind zwei starr miteinander verbundene, entsprechend
verschieden besetzte KolleV-toren 19 und 20 vorgesehen, mit denen ein Zeitgeber
21 mit zwei voneinander isoliert angebrachten Bürsten zusammenarbeitet, die mittels
eines Umschalters 26. wahlweise Kontaktringen 22,23 und Bürsten 24, 25 mit dem vom
Echoimpuls gesteuerten Stromkreis verbunden werden können. Beide Kollektoren 19
und 20 weisen eine gleiche Zahl, z. B. sechzig Kontakte auf, jedoch in verschieden
ungleichmäßiger Verteilung, z. B. derart, daß für den~Kollektor 19 vierzig der Kontakte
auf die erste Hälfte und die restlichen zwanzig Kontakte auf die zweite Hälfte,
für den Kollektor 20 dagegen vierzig Kontakte auf die zweite Hälfte zusammengedrängt
sind, während sich in der ersten Hälfte die restlichen zwanzig Kontakte in entsprechend
großem Abstand voneinander befinden. Gleichzeitig mit dem Umlegen des Umschalters
26 wird eine entsprechend andere Skala am .Anzeigegerät z. B. durch Beleuchtung
oder Auswechslung (Drehen einer Slialentrommel) eingeschaltet. Sinngemäß läßt sich
diese Anordnung auch auf die Potentiometermethode übertragen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt;
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.
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Insbesondere ist es möglich, an Stelle eines Wechselrelais eine der
Zahl der Anzeigeglieder bzw.
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.Anzeigewerte (Spannungsabgriff) entsprechende Anzahl Relais mit zwei
Ruhestellungen zu verwenden, die vom Zeitgeber entweder unmittelbar durch Beeinflussung
des magnetischen Kraftflusses (an den Relais vorbeilaufendes Weicheisenstück oder
umlaufender Magnet) oder mittelbar durch entsprechend vom Zeitgeber 8 iiber einen
Kollektor gesteuerte Erregung durch einen vom Echo ausgelösten Stromimpuls so gesteuert
werden daß jeweils das im Augenblick der Echoankunft der Zeitgeberstellung entsprechende
Relais in die Anzeigestellung, alle übrigen Relais dagegen in die Ausschaltung gebracht
oder darin festgehalten werden. Bei unmittelbarer Beeinflussung des magnetischen
Kraftflusses durch den Zeitgeber würden die Relais auf der Zeitgeberbahn im unteren
Bereich entsprechend zusammengedrängt und im oberen Bereich entsprechend weiter
auseinanderliegend anzuordnen sein. Bei elektrischer Beeinflussung der Relais über
einen Kollektor dagegen müßte eine entsprechende Verteilung der Kollektorkontakte
erfolgen.
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Bei Verwendung eines Vielfachrelais könnten die einzelnen Relais
natürlich auch benutzt werden, um einem Spannungsmesser verschieden hohe Spannung
gen zuzuschalten. wol)ei dann ebenso wie beim Ausfiihrungsbeispiel Abb. 4 die gewünschte
Verteilung der Bereiche auf der Skala entweder durch entsprechende Kontaktverteilung
auf dem Kollektor oder durch entsprechende Verteilung der Spannungsabgriffe am Potentiometer
erzielt werden könnte.
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Hierbei würde sich außerdem noch der Vorteil ergeben, daß die jeweilige
Potentiometerspannung unmittelbar so lange am Spannungsmesser liegenbleibt, bis
sie durch das nächste Echo oder eine dem Zeitgeber nacheilende Löschung wieder abgeschaltet
wird. Es besteht dann die Möglichkeit, ein einfaches Spannungsmeßgerät normalen
Stromverbrauches zu verwenden.
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Bei Verwendung einer Vielzahl von Anzeigegliedern lassen sich natürlich
an Stelle von Gasentladungsrohren auch einfache Glühlämpchen oder sonstige Anzeigeglieder
verwenden.
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Ferner ist es auch möglich, statt der Daueranzeige ein Gerät mit
Augenblicksanzeige zu verwenden, bei dem die Anzeige mit Aufhören des Echoimpulses
ebenfalls endet oder abklingt, wenngleich auch die Daueranzeige gerade bei Verwendung
einer einzigen, den gesamten Meßbereich des Gerätes umfassenden Skala besondere
Bedeutung hat.
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Ntit Vorteil läßt sich die neue Einrichtung auch für die Edholotung
im Wasser sinngemäß verwenden. Gegebenenfalls wird es von Vorteil sein, die Lotfolge
nach der jeweiligen Größe der Schalllaufzeit so weit wie möglich zu steigern, worauf
man bei Landehöhenmessern für Flugzeuge wegen des verhältnismäßig kleinen Gesamtmeßbereiches
meist verzichten kann, zumal dann, wenn eine Daueranzeige vorgesehen ist.
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Es könnte ferner auch eine Unterteilung der Skala in mehr als zwei
Bereiche erfolgen.
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Schließlich ist es auch möglich, den auf die angegebene Weise bezüglich
der Ablesegenauigkeit bzw. Meßgenauigkeit bevorzugten Teil der Skala an eine beliebige
andere Stelle, z. B. in die Mitte der Skala, zu legen oder verschiedene solcher
Bereiche vorzusehen.