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Vorrichtung zur Entfernungsmessung nach der Echomethode Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung nach der Echomethode.
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Bei derartigen Echoloten, die zum Messen von Meerestiefen oder zur
horizontalen Abstandsbestimmung im Wasser benutzt werden, arbeitet man bei Loten
über kleinere und mittlere Entfernungen vorzugsweise mit hochfrequenten Schallimpulsen,
die dann von einer geeigneten Anzeigevorrichtung, z. B. einem bei Echoankunft kurz
aufleuchtenden Neonrohr, an einer Tiefen- oder Entfernungsskala angezeigt werden.
Beim Messen größerer Entfernungen ist jedoch das Echo meist zu schwach, um auf diese
Weise optisch zur Anzeige gebracht werden zu können. Man benutzt deshalb für größere
Entfernungen keine hochfrequenten, sondern hörfrequente Schallimpulse, die dann
auch bis zu verhältnismäßig kleinen Amplituden durch ein Telefon abgehört werden
können.
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Die Echolaufzeit bzw. die Entfernung wird dabei durch Beobachtung
eines bei der Schallaussendung durch den Nullpunkt gehenden Zeigers festgestellt.
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Die gleichzeitige Verwendung eines hochfrequenten Schallimpulses
zum Messen kleinerer sowie mittlerer und eines hörfrequenten Schall impulses zum
Erfassen großer Entfernungen, wie sie für die Messung von Meerestiefen auf Schiffen
vielfach stattfindet, hat den Nachteil eines großen apparatemäßigen Aufwandes, da
zum Aussenden der beiden Impulsarten hesondere Sender und Empfänger sowie auch Verstärker
erforderLich sind, und nur die Anzeigevorrichtung beiden im übrigen vollkommen getrennten
Anlagen gemeinsam ist.
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Die für kleinere und mittlere Entfernung einerseits und für große
Entfernung andererseits benutzten Impulse unterscheiden sich aber nicht nur durch
ihre Frequenz, sondern auch durch ihre Länge voneinander. Um auch kleinste Entfernungen
genau messen zu können, benutzt man sehr kurze Schall impulse und erzeugt diese
durch Erregung des Ultraschallsenders mittels eines Stoßkreises. bei dem ein Kondensator
plötzlich über den Schallsender entladen wird. Ein derartig kurzzeitiger Schallimpuls
ist jedoch zum Abhören ungeeignet.
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Für das tonfrequente Lot werden deshalb längere Lotimpulse benutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Echolotgerät zu schaffen,
das sowohl kleine als auch große Entfernungen zu messen gestattet und dabei die
Messung im wesentlichen für den gesamten Meßbereich mit ein und denselben Apparaten
durchzuführen gestattet. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden,
daß zur Erregung des Lotsenders insbesondere für kleine und mittlere Entfernungen
ein über den Sender zu entladender Stoßkondensator und zusätzlich für den gleichen
Sender, insbesondere für große Entfernungen, ein vorzugsweise wahlweise einschaltbarer
Impulsgenerator mit mechanischer oder elektrischer Steuerung vorgesehen ist. Zur
Hörbarmachung der vom Impulsgenerator erzeugten überhörfrequenten Lotimpulse kann
in an sich bekannter Weise sende-oder empfangsseitig den Echoimpulsen eine Hilfsfrequenz
überlagert werden. Der apparatemäßige Aufwand für ein derartiges Gerät ist, da auch
der gleiche Empfänger für beide Impulsarten verwendbar zu machen ist, nur unwesentlich
größer als für ein normales Hochfrequenzlot zum Messen kleiner und mittlerer Entfernungen.
Es wird lediglich ein in seinen Abmessungen verhältnismäßig klein zu haltender Impulsgenerator
benötigt. Die für Hörempfang ferner noch erforderliche Überlagerersftife im Empfangsverstärker
tritt praktisch als Vergrößerung der Anlage nicht in Erscheinung. Die für den Impulsgenerator
erforderliche Hochspannung kann den Schaltelementen entnommen werden, die ohnehin
für die Erzeugung der Hochspannung für den Stoßkondensator schon vorhanden sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung aI1 einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Die dargestellte Echolotvorrichtung besteht im wesentlichen aus
einem Sender. beispielsweise Magnetostriktionssender S, der wahlweise von einem
Stoßkreis 2 oder einem Röhrengenerator 3 erregt werden kann, ferner einem Empfänger
E für die Echoimpulse, der über einen Verstärker 4 mit t'berlagerungsteil 5 zur
Hörbarmachung der Echoimpulse in einem Telefon T bei großen Entfernungen bzw. mit
einem Neonrohr 6 zur optischen Anzeige der Echoimpulse insbesondere bei kleinen
und mittleren Entfernungen verbunden ist. Vor dem Neonrohr 6 läuft eine SchlitzscheibeS
um. die von einem Motor 7 angetrieben wird. Nitrit dem Antrieb der optischen Anzeigevorrichtung
sind ferner noch Steuerkontakte für den Stoßkreis- und Impulsgenerator sowie Umschalter
für die verschiedenen NIeBbereiche vom optischen auf Hörempfang verbunden. Motor
7.
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Generator 2 bzw. 3 und Verstärker 4 sind angeschlossen an ein gemeinsames
Netz mit 220 Volt Wechselspannung über einen Hauptschalter 9.
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Der SIotor 7 läuft mit konstanter Drehzahl und dient als Zeitgebermotor
für die Anzeige der Echolaufzeit bzw. der zu messenden Entfernung. Es sind zwei
Meßbereiche, beispielsweise ein Meßbereich von I25 m und ein Meßbereich von I000
m, vorgesehen. Der Motor 7 steht über ein Wechselgetriebe 10 mit der Anzeigewelle
ii in Verbindung, die die vor dem kreisförmigen Neonrohr umlaufende Schlitzscheibe
8 trägt. Durch das Wechselgetriebe ist die Welle 1 1 auf verschieden schnelle Umdrehungszahl
bei kleinem und bei großem Meßbereich umschaltbar. Für die verschiedene Impulsfolge
bei kleinem und großem N1feßbereich sind zwei durch Nockenscheiben 13 und 14 der
Welle II betätigte Kontaktsätze I5, r6 vorgesehen, die als Steuerkontakte durch
einen Umschalter a mit Kontakt 17 wahlweise mit den Generatoren verhunden werden
können. Mit dem Schalter a ist gleichzeitig der Getriebeschalter I0 über eine HebelanordnunS
18 od. dgl. verbunden.
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Beim Messen kleiner und mittlerer Entfernungen wird der Stoßkreis
2 zur Erregung des SendersS benutzt. Der zum Umschalten auf Hörempfang vorgesehene
Schalter b nimmt dann die aus der Abbildung ersichtliche Stellung ein. Bei Betätigung
der Kontakte 15 bzw. I6 wird ein Relais 20 erregt, durch dessen Kontakt 21 der Stoßkondensator
22 kurzzeitig an den Sender S gelegt wird. In seiner Ruhelage ist der SenderS durch
den Relaiskontakt 21 mit dem Ausgang des Impulsgenerators 3 verbunden.
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Der Impulsgenerator gibt jedoch bei der dargestellten Stellung des
Schalters b keine Spannung an den Sender. sondern wird erst beim Umlegen des Schalters
h zum Schwingen gebracht. Durch einen Kontakt 23 des Schalters b wird beim Umschalten
auf Hörempfang das Relais 20 abgeschaltet. Gleichzeitig wird durch einen Kontakt
24 die Verbindung eines Steuerkontaktes 25 mit dem Impulsgenerator hergestellt,
jedoch nur dann, wenn gleichzeitig ein mit dem Kontakt 24 in Reihe liegender Ixontakt26
des Schalters 2 geschlossen ist, d. h. also, wenn der Schalter a auf den großen
ÄIeßbereich von I000 m eingeschaltet ist. Der Steuerkontakt 25 für den Impulsgenerator
3 wird durch einen mit der Welle II verbundenen Steuernocken 27 betätigt. Um einen
für das Gehör gut wahrnehmbaren Echoimpuls zu erzielen, ist der Steuerkontakt 25
mit seinem Nocken 27 so ausgebildet, daß der Sendeimpuls etwa 50 Millisekunden Dauer
hat; während dieser Einschaltzeit des Steuerkontaktes 25 schwingt der Oszillator
28 des Impulsgenerators, und der Schwingungszug von 50 Millisekunden gelangt über
die Endstufe 29 des Impulsgenerators und den Kontakt 2I des Relais 20 auf den SenderS.
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Der hochfrequente Echoimpuls wird durch Uberlagerung mit einer beispielsweise
um I000 Hz abreichenden Frequenz von dem Uberlagerer 5 in
einem
Telefon T hörbar gemacht. Damit hierbei der Schlitz der Schlitzscheibe 8 dauernd
leuchtet und als Stoppuhrzeiger zum Ablesen der Entfernung beim Wahrnehmen des Echos
im Telefon benutzt werden kann, wird das Neonrohr 6 durch einen mit dem Schalter
b verbundenen Kontakt 30 über einen Transformator 3I dauernd an eine Spannung, beispielsweise
eine vom Überlagerer 5 abgenommene Spannung, gelegt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.
Insbesondere ist es möglich, die Uberlagerung nicht im Verstärker, sondern sendeseitig
vorzunehmen. Ferner kann auch bei Verwendung des Impulsgenerators eine objektive
Anzeige vorgesehen sein. Hierfür ist eine Impulslänge von 50 Millisekunden nicht
erforderlich. Jedoch ist es vorteilhaft, die Impulslänge wesentlich größer zu wählen
als die des Stoßkreises, um für die objektive Anzeige Echoausfälle zu vermeiden,
die besonders im großen Meßbereich durch die stets auftretenden Amplitudenschwankungen
der Echos, hesonders bei kurzen Impulsen verursacht werden.
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Die durch die Amplitudenschwankungen hervorgerufene Aufspaltung des
Echoimpulses beträgt bei IO Millisekunden Impulslänge maximal 7 Millisekunden und
ist für Lotungen über größere Entfernungen durchaus tragbar.