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Verfahren zur drahtlosen Abstandsbestimmung
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur drahtlosen Abstandsbestimmung nach der Methode der Laufzeitmessung
hochfrequenter Impulse mit Hilfe eines aus Sender und Empfänger bestehenden Funkmeßgerätes,
bei dem der Empfänger im Betriebszustand verriegelt ist und periodisch von Impulsen
einstellbarer Phasenlage jeweils im Augenblick des Eintreffens reflektierter Impulse
entriegelt wird, so daß die Phasenlage der Entriegelungsimpulse ein Maß für den
gesuchten Abstand ist.
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Die Ausführung dieses bekannten Verfahrens erfolgt etwa derart, daß
von einem Kippgerät Gleichstromimpulse der gewünschten Impulsfrequenz erzeugt werden
und daß diese Impulse einerseits auf das Senderohr zur Erzeugung von Hochfrequenzimpulsen,
andererseits über einen einstellbaren Phasenschieber auf das oder die Gitter einer
oder mehrerer gesperrter Empfängerröhren gegeben werden. Der Phasenschieber ist
bei einer Messung nach diesem Verfahren derart einzustellen, daß der Empfänger jeweils
beim Eintreffen von reflektierten Impulsen geöffnet wird. Aus der Einstellung des
Phasenschiebers unter gleichzeitiger Beobachtung des Maximums des im Empfängerausgang
auftretenden, von reflektierten Impulsen hervorgerufenen Stromes ergibt sich dann
der gewünschte Abstand des reflektierenden Gegenstandes.
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Wird dieses bekannte Verfahren zur Abstandsbestimmung von Gegenständen
benutzt, die infolge
ihrer Bewegung sehr schnell ihren Abstand vom
Funkmeßgerät ändern, so ist es erforderlich, den Phasenschieber fortlaufend nachzuregeln
und jeweils in dem Augenblick die Einstellung des Phasenschiebers abzulesen, in
dem im Ausgangskreis des Empfängers das Maximum der Anzeige beobachtet wird. Eine
solche Messung bereitet einige Schwierigkeiten. Außerdem ist zu beachten, daß sich
der Abstand des reflektierenden Gegenstandes im Augenblick der Ablesung des Phasenschiebers
bereits wieder geändert haben wird. Eine genaue Abstandsbestimmung sich schnell
bewegender Fahrzeuge ist also mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens ohne weiteres
gar nicht möglich.
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Erwünscht wäre eine Verbesserung dieses bekannten Abstandsmeßverfahrens
in der Richtung, daß man aus der im Ausgang des Empfängers erscheinenden Anzeige
gleichzeitig die richtige oder falsche Einstellung des Phasenschiebers erkennen
kann. Eine daraus gewonnene Meßgröße könnte gegebenenfalls zur selbsttätigen Nachführung
des die Koinzidenz zwischen reflektierten Impulsen und Öffnungsimpulsen für den
Empfänger herstellenden Organs, im erfindungsgemäßen Fall also des Phasenschiebers,
ausgenutzt werden.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Feststellung von Größe und Vorzeichen
der gegenseitigen zeitlichen Abweichung der Impulsmitten einer periodischen Impulsreihe
gleichbleibenden Vorzeichens von den Nulldurchgängen einer Bezugskippspannung, die
in gleicher Periode auftreten und einen Vorzeichenwechsel bei gleichbleibender Kurvensteilheit
bewirken, bekannt, bei dem eine Produktbildung von Impulsreihe und Kippspannungskurve
vorgenommen wird und eine Auswertung des Gleichstrommittelwertes des Ausgangsstromes
erfolgt. Das Prinzip dieses Verfahrens geht aus der Darstellung gemäß Abb. I hervor.
In Abb. I a ist die periodische Impulsreihe gleichbleibenden Vorzeichens dargestellt,
während Abb. 1 c die Bezugskippspannung wiedergibt. Bildet man das Produkt aus den
Impulsen der Impulsreihen nach Abb. 1 a und 1 c und fällt der Nulldurchgang der
sinusförmigen Impulse nach Abb. 1 c mit der durch die Impulse nach Abb. 1 a hindurchgehenden
Symmetrielinie zusammen, so stellt das Produkt jeweils zweier ImpulseWerte von entgegengesetzt
gleicher Größe dar.
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Ein Anzeigeinstrument, das seinen Nullpunkt in Skalenmitte hat, wird
durch Einwirkung der beiden entgegengesetzt gleichen Spannungs- bzw. Stromstöße
keinen Ausschlag ergeben. Weicht jedoch der Nulldurchgang der in Abb. 1 c dargestellten
sinusförmigen Impulse von der durch die Impulse nach Abb. 1 a gelegten Symmetrielinie
nach der einen oder anderen Seite ab, so wird auch das Anzeigeinstrument, das das
Produkt der Impulsspannungen anzeigt, einen Zeigerausschlag nach der einen oder
anderen Seite ergeben.
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Die Erfindung besteht in der Anwendung dieses Auswertprinzips auf
das eingangs geschilderte Entfernungsmeßverfahren nach dem Impulsrückstrahlprinzip,
bei dem eine zeitliche Ubereinstimmung einer vom Sender unter einstellbarer Verzögerung
abgeleiteten, den Empfänger öffnenden Impulsreihe mit der nach Rückstrahlung empfangenen
Impulsreihe hergestellt wird, derart, daß die durch die Empfängeröffnung durchgelassene
Impulsreihe mit einer der Öffnungsimpulsreihe zeitlich gleichwertigen Kippspannungskurve
vorgegebener Gestalt multiplikativ verglichen wird.
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Bei diesem Abstandsmeßverfahren hat man zunächst nur zwei Impulsreihen,
wie sie beispielsweise in Abb. I a und I b dargestellt sind. Man wird daher die
eine, z. B. die in Abb. 1 a dargestellte Impulsreihe, zunächst derart umformen,
daß aus ihr eine Impulsreihe gemäß Abb. 1 c entsteht. Nunmehr kann der Vergleich
zwischen den Impulsreihen nach Abb. Ib und 1 c erfolgen. Ausführungsbeispiele für
das erfindungsgemäße Auswerteverfahren sind in den Abb. 2 bis 6 dargestellt, in
denen der Einfachheit halber Hexodenschaltungen wiedergegeben sind. Es soll jedoch
ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß auch andere, beispielsweise mit Trioden
arbeitende Schaltungen in gleicher Weise Verwendung finden können. Weiterhin soll
darauf hingewiesen werden, daß in der Zeichnung nur Prinzipschaltbilder der Ausführungsbeispiele
angegeben sind, bei denen u. a. die Anschlüsse nur für die zur Beschreibung der
Erfindung notwendigen Gitter der Hexoden dargestellt sind.
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Bei dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die von
dem reflektierenden Gegenstand zurückkommenden Impulse auf das erste Steuergitter
St1 einer Hexode e gegeben, deren zweites Steuergitter St2 von den Öffnungsimpulsen
beaufschlagt wird, die in Abb. 3 a dargestellt sind.
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Die Hexode e ist normalerweise durch eine negative Vorspannung gesperrt
und wird nur von den auf das Gitter St2 wirkenden Öffnungsimpulsen periodisch kurzzeitig
entriegelt, die in dem Impulsgerät f erzeugt werden. Das Kippgerät wird über einen
Phasenschieber g von einem eine sinusförmige Wechselspannung mit der Impulsfolgefrequenz
erzeugenden Generator h gesteuert. Von dem Impulsgerät f werden nun außer den Öffnungsimpulsen
noch Impulsspannungen erzeugt, die jeweils in der Symmetrielinie der in Abb. 3 a
dargestellten Öffnungsimpulse von einem positiven zu einem negativen Wert übergehen,
oder umgekehrt. Diese Impuls spannungen können verschiedenartig verlaufen; Beispiele
hierfür sind in den Abb. 3b bis 3 d dargestellt. Die zusätzlichen Impulsspannungen
wirken auf das Steuergitter St2 einer zweiten Hexode k, deren Steuergitter St, von
der im Anodenkreis der Röhre e auftretenden Impulsspannung beaufschlagt wird.
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Wenn bei der Schaltung nach Abb. 2 der Phasenschieber g gerade so
eingestellt ist, daß die von dem reflektierenden Gegenstand zurückkommenden Impulse
genau zu der Zeit einfallen, in der die von dem Impulsgerät f erzeugten Öffnungsimpluse
(Abb. 3 a) den Empfänger entriegeln, so hat die an der Anode der Hexode e auftretende
Impulsspannung im wesentlichen die gleiche Form und Phasenlage wie die Öffnungsimpulse
nach Abb. 3 a. In der Hexode k
wird nun diese Impulsspannung mit
einer der in den Abb. 3 b bis 3 d dargestellten Impulsspannungen multipliziert.
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Da die Spannungsimpulse am Steuergitter St2. der Hexode k in der
Mitte der Offnungsimpulse ihr Vorzeichen wechseln, erhält der Zeiger des anodenseitigen
Anzeigeinstrumentes m zuerst beispielsweise einen Bewegungsimpuls nach links und
hierauf nach rechts, von denen der stärkere bei hinreichender Trägheit des Instrumentes
den Ausschlag bestimmt. Bei richtiger Einstellung des Phasenschiebers g und damit
der Offnungsimpulse sind die entgegengesetzt gerichteten Bewegungsimpulse gleich
groß, und es ergibt sich ein Nullausschlag. Weicht die Einstellung des Phasenschiebers
g nach der einen oder anderen Seite von der richtigen Entfernung ab, so werden sich
die in beiden Richtungen auf das Anzeigeinstrument wirkenden Kräfte nicht mehr aufheben,
und es wird sich je nachdem, ob die Entfernung zu kurz oder zu lang eingestellt
ist. ein Ausschlag nach der einen oder anderen Seite im Anzeigeinstrument m ergeben.
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Abb. 4 stellt eine Weiterbildung der in Abb. 2 dargestellten Schaltung
dar, die infolge der Anwendung des Brückenprinzips eine größere Empfindlichkeit
besitzt. An Stelle der Hexode k werden nunmehr zwei Hexoden kl und k2 verwendet.
Auf das Steuergitter St2 der einen Hexode wird ein aus positivem und negativem Teil
bestehender Steuerimpuls nach Abb. 5 b, auf das Steuergitter St2 der anderen Hexode
ein reziproker Steuerimpuls nach Abb. 5 c gegeben. Die zwischen den Anoden der beiden
Röhren kt und k2 entstehenden Spannungen werden an ein Anzeigeinstrumentmr gelegt
und erzeugen damit einen Ausgleichstrom über dieses Instrument. Abb. 5 a stellt
die Öffnungsimpulse dar, die wieder der Röhre e zugeführt werden.
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Bei dem in Abb. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ebenfalls
von einer Brückenschaltung, nun jedoch mit einer einzigen Hexode, Gebrauch gemacht.
Das Anzeigeinstrument m2 liegt zwischen dem Schirmgitter Sch und der Anode des Rohres
n.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Spannungsänderungen der
an der Anode und an dem Schirmgitter liegenden Spannungen ausgewertet; durch deren
Potentialdifferenz wird ein Strom durch das Anzeigeinstrument m2 fließen. Der Nullausschlag
des Anzeigeinstrumentes ist durch entsprechende Bemessung der Widerstände R1 und
R2 einzustellen.
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Der Erfindungsgedanke soll nicht auf die in den Abbildungen dargestellten
Ausführungsbeispiele, bei denen eine Multiplikation zweier Spannungen bzw. zweier
Ströme mit Hilfe einer Hexode vorgenommen wurde, beschränkt sein. Zu einer solchen
Multiplikation kann jede andere bekannte Schaltung, z. B. ein Ringmodulator, ein
Rieggerkreis, ein Dynamometer usw., Anwendung finden.