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Verfahren und Vorrichtung zur Fernübertragung der Augenblicksstellung
beweglicher Teile mittels lagemodulierter Impulse Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fernübertragung der Stellung eines beweglichen
Gegenstandes mittels lagemodulierter elektrischer Impulse.
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Bei dem Verfahren der Erfindung erfolgt die Fernübertragung der Augenblicksstellung
beweglicher Teile in der Weise, daß in einem Verzögerungsglied, insbesondere einer
Leitungsnachbildung mit gleichmäßig verteilten Induktanzen und Kapazitäten, durch
einen periodisch dem Eingang zugeführten kurzen Impuls ein Wanderimpuls erzeugt
wird, der das Verzögerungsglied kontinuierlich durchläuft und infolge einer kontaktreibungslosen
Bewegung des zu ortenden Teiles an einer für den jeweiligen Ort des Teiles kennzeichnenden
- Stelle abgenommen wird, so daß der Zeitunterschied zwischen dem periodisch zugeführten
Impuls und denn Wanderimpuls ein Maß für die Stellung des beweglichen Teiles ist.
Hierbei kennzeichnet die Impulslage die Stellung eines beweglichen Teiles eines
Meßgeräts, die über eine bestimmte Entfernung übermittelt werden soll. Der bewegliche
Teil kann z. B. ein Meßgerätezeiger sein oder auch ein Flüssigkeitsspiegel oder
irgendwelche anderen Mittel, deren Stellungsänderung als Funktion einer Lageänderung
von Impulsen im Verhältnis zi.i einem festen Bezugsimpuls wiedergegeben werden 'kann.
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Das Verfahren der Erfindung, bei dem durch einen beweglichen Modulator
Impulse lagemoduliegt
werden, arbeitet reibungsfrei und- vermeidet
daher Reibungsverluste. Hierdurch wird ein genaues Arbeiten ermöglicht, auch wenn
der als Modulator wirkende Teil nur von schwachen Kräften angetrieben wird, wie
dies bei einem Meßgerät meist der Fall ist. Darüber hinaus kann mixt dem Verfahren
der Erfindung eine gleichbleibende oder sich steigernde Modulationswirkungerreicht
werden und dabei jeder Vorschrift Genüge getan werden. Hierdurch wird eine große
Genauigkeit erreicht, d. h. schon geringe Stellungsänderungen des Moduliergliedes
können in entsprechende Impulslageänderungen umgewandelt werden.
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Die Vorrichtungen zur Ausführung dieses Verfahrens, die weiter unten
beschrieben werden, sind leicht herzustellen, haben eine geringe Größe und arbeiten
mit einem verhältnismäßig ;großen Wirkungsgrad; so daß sie praktisch keine Energie
verbrauchen und deshalb eine in hohem Grad genaue f_Tbermittlung ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung werden das Verfahren und
die Vorrichtungen der Erfindung insbesondere zu Fernmeßzwecken ausgenutzt.
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Die entsprechend .der Zeigerstellung des- Meßgeräts lagemodulierten
Impulse können auf der Empfangsstelle fortlaufend zur genauen Anzeige des Meßgerätestandes
benutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung können auch die Angaben
mehrerer Meßgeräte oder Meßvorrichtungen unter Benutzung eines einzigen Trägers
und eines einzigen Senders übermittelt werden; die Einrichtung kann also auch in
diesem Fall sehr einfach, leicht und klein gestaltet werden. Das Verfahren der Erfindung
eignet--sich also auch besonders für die Fernsteuerung und -überwachung von Luftfahrzeugen
und ähnlichen Maschinen,. welche zahlreiche Meßgeräte an Bord haben. _ Gemäß einem
Merkmal der Erfindung wird die Stellung des beweglichen Gegenstandes unter Benutzung
eines Verzögerungsgliedes übertragen, insbesondere unter Benutzung einer Leitungsnachbildung
mit gleichmäßig verteilten Ind@uktanzen und Kapazitäten. Ein kurzer Impuls wird
dieser Leitungsnachbildung aufgegeben und erzeugt darin einen verzögerten Wanderimpuls.
Die Leitungsnachbildung wird fortlaufend durch .deni beweglichen Modulierer gespeist.
Diese von dem bewegten Gegenstand kommenden Signale werden unmittelbar ohne Zwischenschaltung
reibender Kontakte der Leitungsnachbildung aufgegeben., so daß die Zeitlage der
Übermittlungsimpulse eine Funktion der augenblicklichen Stellung des Modulierers
ist. Der der Leitungsnachbildung aufgegebene Impuls hat also gegenüber dem ursprünglichen
Impuls eine Zeitverzögerung, die sich mit der Stellung des Modulierers ändert.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird dieser Impuls
durch eine induktive oder insbesondere eine kapazitive Kopplung eingespeist. Die
letztgenannte kommt vorzugsweise bei flüssigen ' lLeßzeigern in Frage, an deren
Oberfläche der bewegliche Modulierer befestigt ist oder von deren Oberfläche er
bewegt wird. Er bildet darin mit -der Leitungsnachbildung eine Kapazität, durch
welche der Impuls einem Ausgangskreis aufgegeben wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Leitungsnachbildung
mit einer Sammelelektrode länglicher Form vereinigt; die der Leitungsnachbildung
gegenüberliegt und mit ihr eine kapazitive Kopplung bildet. Der der Flüssigkeit
aufsitzende Teil kann dann durch ein Metallstück dargestellt werden oder auch durch
einen Teil aus einer Substanz mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, der sich
zwischen der Leitung und dieser Elektrode be-,vegt und dadurch deren Kapazität steigert.
Im Fall der Fernübertragung eines Meß-,verts ist dieser Teil vorzugsweise an dem
beweglichen Zeiger befestigt und beeinflußt eine mit dem Meßgerät verbundene Leitungsnachbildung
geeigneter Größe. Der modulierte Impuls wird dann: von einer Sammelelektrode abgenommen.
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Die- Leitungsnachbildung hat vorzugsweise Spiralförm und besteht aus
aufgewickeltem isoliertem Draht, dessen einzelne Windungen einander gerade berühren.
Ein zweiter Leiter der Leitungsnachbildung in Gestalt eines leitfähigen Bleches,
das der Spirale eng anliegt, bildet .dann mit der Spirale die verteilte Kapazität
der Leitung.
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Falls der Modulierer durch eine Flüssigkeit gebildet wird, deren Spiegelhöhe
übermittelt werden -soll, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
die Leitungsnachbildung unmittelbar durch den Flüssigkeitsspiegel beeinflußt und
als lagemodulierter- Impuls ein von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierter Impuls
verwendet. Die Reflexion an der Flüssigkeitsoberfläche geschieht durch die plötzliche,
von der Flüssigkeit verursachte Änderung der Leitungsimpedanz, Die Flüssigkeitsoberfläche
kann dabei als eine bewegliche Kupplung zwischen der Leitungsnachbildung .dienen,
in der der Impuls geführt wird und die auch den reflektierten Impuls an den Ausgangskreis
abgibt. Die Leitungsnachbildung kann um die die Flüssigkeit enthaltende Röhre gewickelt
sein oder in die Flüssigkeit eintauchen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Flüssigkeit
eine höhere Dielektrizitätskonstante hat als Luft, kann der Impuls von der Leitungsnachbildung
mittels einer durch die Flüssigkeit selbst gebildeten kapazitiven Kopplung zwischen
der Leitungsnachbildung und einer Sammelelektrode abgeführt werden.
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Zur Fernmessung wird gemäß einer weiteren Ausführungsform,der Erfindung
der lagemodulierte Impuls von einem Pilotimpuls bestimmter Form begleitet., der
seine Auswahl ermöglicht- und ihn in eine bestimmte Zeitbeziehung zu dem rücklaufenden-
Ursprungsimpuls setzt, vorzugsweise wird dem Ursprungsimpuls mittels einer festen
Anlauffrequenz ein periodischer Charakter gegeben, um die Apparatur zu vereinfachen
und die Kontinuität und die Genauigkeit der Fernmessung zu steigern. Jeder einzelne
Pilotimpuls benutzt entweder unmittelbar diesen periodischen Impuls oder einen daraus
erzeugten Impuls von gleicher Zeitfolgefrequen
'z. Sein Entstehungszeitpunkt
ist im wesentlichen vom Anfangspunkt der Meßvorrichtung abhängig. Jedem Lageimpuls
geht also ein Pilotimpuls voraus und der Zeitraum zwischen ihnen gibt genau den
fernzumessenden Wert wieder. Dieser Zeitraum wird auf der Empfangsstelle in eine
entsprechende Anzeige umgewandelt, wobei das Pilotsignal zur Festlegung des Zeitausgangspunkts.
des Anzeigegl i ede s dient.
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Der Pilotimpuls kann in der Leitungsnachbildung selbst erzeugt werden,
z. B. mittels einer festen kapazitiven Kopplung mit ihrem aufgeteilten Eingangsglied.
Die lagemodulierten Impulse können in dem entfernten Empfänger durch eine Kathodenstrahlröhre
wiedergegeben und dort wie in einem Fernsehempfänger punktweise abgebildet werden,
wobei der Pilotimpuls die Ablenkbewegung synchronisiert.
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Falls die Angaben mehrerer Meßgeräte. übermittelt werden sollen, so
werden gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung die Leitungsnachbildungen mit
den Meßgeräten verbunden und in Serie geschaltet, so daß sie von. den :gleichen
Wanderimpulsen nacheinander durchlaufen werden. Die Sammelelektroden werden alle
parallel zu einem einzigen Ausgangskreis geschaltet und liefern an ihn nacheinander
die lagemodulierten Impulse aller Meßgeräte. Eine feste kapazitive Kopplung zwischen
jeder Leitungsnachbildung und ihrer Sammelelektrode führt auch in diesen Kreis die
Pilot- oder Bezugsimpulse ein. Die zu übermittelnden Meßwerte bilden dann einen
Zug von Pilotimpulsen. Diesen folgt jeweils der entsprechende lagemodulierte Impuls
nach. Um im Empfänger die den verschiedenen Meßgeräten zugeordneten lagemodulierten
Impulse zu trennen, wird jeder Zug von einem Verteilerimpuls begleitet. Dieser kann
durch den Ursprungsimpuls erzeugt werden, der durch eine Leitungsnachbildung mit
fester kapazitiver Kopplung wandert. Diese befindet sich im Systemkopf. Der letztere
besteht lediglich aus einem Hauptimpulsgenerator und einem Hochfrequenzsender mit
einem einzigen Kanal, wie z. B. einer Koaxialstrecke, bzw. einer einzigen Trägerwelle
für alle Impulse. In dem eine Kathodenstrahlröhre enthaltenden Empfänger werden
die Verteilerimpulse nach ihrer Aussonderung zur Synchronisierung der langsamen
vertikalen Strahlwanderung benutzt, während die Pilotimpulse die Horizontallinien
synchronisieren, von denen jede einem bestimmten Meßgerät zugeordnet ist.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch Ausführungsformen einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung, an Hand deren das Verfahren der Erfindung näher
erläutert werden soll. In der Zeichnung ist Fig. i ein Meßgerät mit beweglichem
Zeiger und einer Leitungsnachbildung, wobei die Verbindung zwischen dem Zeiger und
der Leitungsnachbildung durch eine bewegliche kapazitive Kopplung erreicht ist,
Fig. i a ein Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. i mit etwas geänderten Abmessungen
und Abständen, wodurch ein'-besseres Verständnis der Leitungskonstruktion und der
relativen Lage der verschiedenen Elemente der Kapazitätskopplung erreicht werden
kann, Fig. ib ein elektrisches Diagramm, Fig. ä ein Impulsdiagramm für die durch
die Vorrichtung erzeugten Impulse, Fig.3 die Ansicht eines einzelnen Senders für
verschiedene Meßgeräte, die jeweils mit verschiedenen lagemodulierten Generatoren
verbunden sind, Fg.4 ein Diagramm zeitlich versetzter Impulse, wie sie durch den
Sender erzeugt werden, Fig. 5 die Ansicht eines Empfängers zum Auswählen und Verteilen
dieser Impulse mit einer Kathodenstrahlröhre, auf der diese Verteilung abgelesen
werden kann, Fig. 5 a ein Verdrahtungsplan für den Pilotimpulswähler, wie er in
dem Empfänger nach Fig. 5 Verwendung findet, Fig. 6 ein vergrößerter Aufblick auf
.den Schirm der Kathodenstrahlröhre mit Zeitlinienleüchtpunkten, die den Anzeigewerten
und den lagemoduliertep Impulsen der einzelnen entfernten Meßgeräte entsprechen,
Fig.7 der Anblick eines abgeänderten Senders, der zur Fernablesung von Temperaturwerten
bestimmt ist und ein Thermometer mit einem Impulsgenerator enthält, Fig. 8 eine
abgeänderte Form eines Temperaturwertübermittlers unter Benutzung des Spiegeleffekts.;
Fig. g und io sind Ansichten zweier weiterer Vorrichtungen gemäß der Erfindung,
die zur Umwandlung der veränderlichen Flüssigkeitsspiegelhöhe eines Behälters in
verzögerte Impulse dienen Das normale elektrische Meßgerät nach Vig. i und z a hat
einen Zeiger i. Dieser sitzt auf einer Welle S und spielt über eine Skala D, die
an einer Grundplatte B sitzt. Das Meßgerät möge z. B. ein elektromagnetisches sein
und die Spannung oder den Strom zu messen gestatten. Das Triebwerk. ist nicht dargestellt.
An dem Zeiger i .sitzt-eine mit ihm zusammen bewegliche Platte 2. Sie kann aus Metall
öder aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante, wie z. B. Titan-diäxyd,
bestehen: In beiden Fällen hat sie eine beträchtliche Ausdehnung in radialer Richtung.
Wenn sowohl der Zeiger i als auch die Platte z aus Metall ist, so sollen sie möglichst
voneinander isoliert sein. Die Platte ist unterhalb des Zeigers -i zwischen einer
gleichmäßig gebogenen Elektrodenffläche 3 und einer Leitungsnachbildung q. angeordnet
und kapazitiv mit ihnen verbunden. Beide sind gleichachsig um die Achse S als Zentrum
gekrümmt. Wenn sich der Zeiger i bewegt, so bewegt sich die Platte 2 zwischen der
Leitungsnachbildung q. und der Elektrode 3 und wird, sei es als metallisches Zwischenglied,
sei es als Isolator, die Kapazität zwischen ihnen steigern. Der Punkt dieser Kapazitätsänderung
bewegt sich mit der Platte längs der Leitungsnachbildung.
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Um die Genauigkeit . zu steigern und auch die kleinste Änderung der
Meßgerätablesung zu übermitteln, ist die Leitungsnachbildung aus so vielen Elementarteilen
wie nur. möglich zusammengesetzt,
von denen jedes eine Serieninduktanz
und einen Parallelkondensator enthält.
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Die_ größtmögliche Präzision wird durch eine kontinuierliche Struktur
erreicht, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Sie wird durch einen isolierten
Draht 5 gebildet, der eine gleichmäßig verteilte Selbstinduktion besitzt und auf
eine g°-krümmte Isolierröhre bzw. Isolierkern 6 aufgewickelt ist, auf der bzw. dem
durch Spritzen oder Malen ein achsparalleles leitendes Band angebracht ist oder
die bzw. der einen breiten Schlitz mit einer metallischen Leiste enthält. Eine solche
Leitung bildet eine fortlaufende Folge miteinander verbundener Serieninduktanzen,
die durch die aufeinanderfolgenden Windungen der Spule 6 gebildet werden und mit
gleichfalls gleichmäßig verteilten Parallelkapazitäten verbunden sind, wie dies
in Fig. i b symbolisch dargestellt ist. Die Kapazitäten werden durch die Elementarkapazitäten
gebildet, die durch die entgegengesetzt und nahe dem Streifen befindlichen Teile
des Drahtes 5 einerseits und dem Streifen 7 andererseits dargestellt werden.
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Zur Erhöhung der Kapazitäten wird das Band 7 (Streifen 7) ziemlich
breit gemacht. Die Drähte und der Streifen bilden die beiden Leiter der Leitungsnachbildung.
Die Spule hat eine Eingangsklemme 8, der Streifen 7 eine andere geerdete Eingangsklemme
g. An ihren anderen Enden haben sie Klemmen i i und 12, zwischen denen ein Abschlußwiderstand
io liegt. Die Ganghöhe der Spulenwindungen ist überall die gleiche, damit überall
die gleiche Verzögerungswirkung eintritt; vorzugsweise haben die Windungen der Spirale
bestimmte gegebene Beziehungen zueinander. Das Flachband 3, das als Sammelelektrode
wirkt und ein Glied einer empfindlichen Kapazitätskopplung mit der Leitungsnachbildung
darstellt, wird vo.rzugsweise mit gleichmäßig von links nach rechts steigender Breite
hergestellt. Die bewegliche Platte 2 ändert die Kopplung zwischen der Leitungsnachbildung
und dem Band 3. Es hat eine Klemme 14, an welcher die zu übermittelnden verzögerten
lagemodulierten Impulse erscheinen. Zwischen der Klemme 14 und Erde kann - ein Kondensator
17 liegen und einen Spannungsteiler mit der Totalkapazität der Leitungsnachbildung
4 gegenüber der Platte 2 und dem Sammelband 3 bilden. Praktisch wird jedoch die
verteilte Kapazität .der Verbindungsleitungen zu der Klemme 14 genügen, um die Spannungsverteilung
festzulegen und eine Deformation der Wanderimpulse zu verhüten. Zum Ausgleich des
Gewichts -der Platte 2, .das sowieso nur klein ist, ist an dem Zeiger ein zusätzliches
Gewicht 13 angebracht.
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Zur Aufnahme der Pilotimpulse mit teilweise geändertem Aussehen dienen
zwei Hilfselektroden 18 und i9. Sie befinden sich einander gegenüber und nahe dem
Anfang der Leitungsnachbildung q.. Sie bilden mit ihr eine Kapazitätskopplung und
sind durch eine Leitung 2o mit der Sammelelektrode 3 verbunden.
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Aus Fig. i kann ersehen werden, daß bei Anwachsen,der Breite der Sammelelektrode
3 von links nach rechts -die Kopplungskapazität in gleicher Weise anwachsen wird.
Hierdurch wird der Intensitätsabfall der Leitungsnachbildung ausgeglichen und an
der Klemme 14 eine konstante Signalamplitude erzielt. Das gleiche Ergebnis kann
.durch Schrägstellung eines Sammelstreifens konstanter Breite gegenüber der Leitungsnachbildung
von links nach rechts oder auf irgendeine andere bekannte Weise erreicht werden.
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Der Aufnahmezeitpunkt wird durch die Stellung der Scheibe bestimmt
und ist daher eine Funktion der Stellung des Meßgerätezeigers, dessen Endstellungen
durch die beiden Radien 15 und 16 gegeben sind. Angenommen .der Zeiger bewegt sich
von links nach rechts, so werden die aufgenommenen Impulse gegenüber dem Impuls,
der erzeugt wird, wenn der Zeiger seine Ausgangsstellung 15 inne hat, mehr und mehr
verzögert. Dank der gleichmäßig verteilten Glieder der Leitungskette wird der Energieimpuls
mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit wandern, und dementsprechend ist jeder
Zeigerstellung ein hinsichtlich seiner Zeitlage bestimmter Impuls zugeordnet.
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Meist ist es praktisch notwendig, an Stelle der Wiedergabe der Zeitlage
der Impulse in ihre Übermittlung eine feste Zeitbeziehung einzuführen. Dies kann
mittels eines Bezugs- oder Ursprungsimpulses mit Rücklaufcharakter, der jedoch zeitlich
festliegt, geschehen. Jeder Lageimpuls wird durch einen derartigen Bezugsimpuls
begleitet und der Zeitunterschied zwischen ihnen ist ein Maß für die gegenwärtige
Angabe des Meßgerätezeigers. Dieser Bezugsimpuls muß zu festliegenden Zeitpunkten
erzeugt werden und ein Aussehen haben, das seine Aussonderung ermöglicht. Er kann
sich von den Lageimpulsen durch seine Länge, seine Polarität, seine Amplitude, seine
Zusammensetzung oder anderweitig unterscheiden. Diese Bezugsimpulse, die als Pilotimpulse
für die Lageimpulse dienen, können unmittelbar durch den die Leitungsnachbildung
versorgenden, mit einer festen Frequenz arbeitenden Oszillator erzeugt werden. Sie
können aber auch durch den Generator der Leitungsnachbildung geliefert werden, wodurch
die Präzision steigt und die Konstruktion vereinfacht wird. Dies ist in Fig. i dargestellt.
Die beiden zusätzlichen Kapazitätskopplungen 18 und ig nehmen von dem wandernden
Energieimpuls zwei aufeinanderfolgende Spitzen auf, die nach Durchlaufen des Sammelbleches
3 am Anfang jedes Energiekreises an der Ausgangsklemme 14 erscheinen.
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Fig.2 stellt .das Zeitdiagramm der an dieser Klemme erscheinenden
Signale dar. Der Impuls 2i, der sich zwischen den Grenzen 22 und 23 bewegen kann,
entsprechend den Radien 15 und 16 der Fig. i, stellt den verzögerten Lageimpuls
dar, der mittels des Bleches 2 aufgenommen wurde, und entspricht der augenblicklichen
Stellung des Zeigers i. Das zweispitzige Signal 2q, das durch die Glieder 18 und
i9 eingeführt wird, gibt den Pilotimpuls wieder, dessen ganze Dauer erheblich größer
ist als die des Impulses 21 und der zur Festlegung des Nullpunkts der Zeitlinie
dient. Der Zeitraum zwisehen
24 und 21 stellt dann die augenblickliche
Zeigerstellung dar und ändert sich mit ihr.
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Fig.3 stellt ein vollständiges Übermittlungssystem für die Stellung
verschiedener Meßgeräte dar. Jedes von ihnen ist gemäß Fig. i ausgerüstet. Es sind
fünf in Serie geschaltete Meßgeräte dargestellt, doch kann ihre Zahl natürlich auch
noch größer sein. 30 ist ein Oszillator üblicher Art, der periodische Impulse
der gewählten Art und geeigneter Energiestufe herstellt. Er beliefert die Leitungsnachbildupg
38 eines Hilfszeitbasisgenerators 37, der mit dem ersten Meßgerät 25 verbunden ist.
Die Leitungsnachbildung 3 i des letzteren ist mit dem Eingang der Leitung 38 verbunden
und führt über seinen Ausgang und das Verbindungsglied 36 zu der Leitungsnachbildung
32 des zweiten Meßgeräts 26. Auf die gleiche Weise sind die folgenden Meßgeräte
27, 28 und 29 in Serie geschaltet. Das zuletzt genannte ist über die Impedanz 33
geerdet, die die Charakteristikimpedanzen aller Leitungen zusammenführt und jede
Reflexionswirkung unterdrückt. Die allgemeine Energiezuleitung 34 verbindet alle
Klemmen der Lageimpulsaufgabeglieder parallel mit dem Verstärkungs- und Amplitudenauswahlglied
52 und von ihm mit dem Sender 53 und der Antenne 54,. Der Generator 37 umfaßt drei
kapazitive Kopplungen 39, die Seite an Seite am Anfang der Leitungsnachbildung 38
liegen und ein dreispitziges Signal für die allgemeine Zuleitung 34 aufnehmen. Die
Vorrichtung 52 umfaßt eine Verstärker- und Auswahlstufe, die lediglich die Lage-
und Pilotimpulse einer bestimmten Amplitude aufnimmt und alle parasitären Impulse
ausschließt. Sie ist wie üblich gebaut und bedarf keiner näheren Beschreibung.
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Die Energieimpulse, die durch den Generator 37 laufen, werden der
Leitung 25 des ersten Meß:geräts aufgegeben, durchlaufen es und erscheinen am Eingang
der Leitung 32 des zweiten Meßgeräts. Sie durchwandern so nacheinander alle in Serie
geschalteten Leitungen. Jede Leitungsnachbildung verzögert das wandernde Signal
um eine Strecke, die größer ist als die größte Verzögerung., die den Lageimpuls
seines Meßgeräts darstellt. In jedem Meß.gerät wird das Wandersignal vermöge der
Wirkung des beweglichen Aufnahmegliedes einen Lageimpuls aufnehmen, der durch das
Sammelblech auf die Leitung 34 kommt. Der Zeitpunkt der Induktion wird durch die
Stellung des betreffenden Zeigers festgelegt. Die doppelte Kopplung des Anfangs
jeder Leitung bewirkt die Entstehung eines Pilotsignals, und jedes Gerät wird daher
unter den gleichen Bedingungen arbeiten, wie sie in Fig. i dargestellt sind. Die
Bewegung des Zeigers wird die Lage der aufgenommenen Impulse modulieren und dadurch
den Zeitraum zwischen ihm und dem ihm entsprechenden Bezugs- oder Pilotimpuls ändern.
An der Klemme 35 wird ein Zug von fünf lagemodulierten Impulsen erscheinen, von
denen jeder durch einen doppelten Pilotimpuls begleitet ist. Die Verbindungen 34
und 36, die diese unterschiedlichen Impulse übermitteln, haben vorzugsweise die
Form von Koaxialleitungen, deren Impedanzen in sich vereinigt sind, insbesondere
ist die eine der Leitungen 36 mit der Impedanz der Leitungsnachbildung verbunden,
um jegliche parasitären Reflexionsimpulse zu vermeiden.
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Der Generator 37 wird auch' zur Herstellung eines Kennimpulses benutzt,
der der Unterscheidung der von den verschiedenen Meßgeräten erzeugten Impulse dient.
Das hierfür benutzte dreispitzige Signal erscheint wegen seiner langen Zeitdauer
an der Klemme 35 am Beginn jedes Punktzyklus, infolgedessen kann dieser Impuls leicht
ausgewählt und am Empfängerausgang zu Synchronisierungs- und Verteilungszwecken
benutzt werden.
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Das Diagramm der Fig. 4 stellt die verschiedenen Impulse dar, die
während eines vollständigen Kreislaufs an der Klemme 35 erscheinen. 4o stellt dabei
den dreifachen Synchronisierungsimpuls dar, der an der Spitze des Kreislaufs liegt.
41, 42, 43, 44 und 45 sind die zweispitzigen Pilotimpulse, die den Meßgeräten 25
bis 29 zugeordnet sind. Die Lageimpulse sind dementsprechend 46, 47, 4$, 49 und
5o. Jeder von ihnen kann zwischen festen Grenzen wandern und sich mehr oder weniger
dem vorhergehenden Pilotimpuls nähern. Ihre Zeitlage innere halb des Zuges entspricht
der jeweiligem Augenblicksstellung des Zeigers der Fig. 3.
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Die verzögerten Impulse, die an den Klemmen 5 i gesammelt werden,
werden an den Oszillator 30 zurückgeliefert, um die Wiederholungsfrequenz der Signalzüge
zu synchronisieren.
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Nach Verstärkung und Amplitudenausgleich, die in der Anordnung 52
stattfinden, werden die Impulszüge an einen normalen Sender 53 gegeben, der eine
Antenne 54 speist. Alle parasitären Impulse, die erscheinen können, haben eine verhältnismäßig
geringe Amplitude und werden durch das Auswahlglied 52 blockiert.
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Die Klemme 35, die kapazitiven Aufnahmeglieder 39 des Generators 37
und die Aufnahmeglieder der Meßgeräte werden durch die Kondensatoren 55 bis 59 verbunden.
Sie werden so berechnet oder ausgeglichen, daß an die Klemme 35 Impulse mit der
im wesentlichen gleichen Amplitude geliefert werden. Diese nunmehr auf einem normalen
Träger gesendeten Impulse werden auf der Empfangsstelle .einem System zugeführt,
das die verschiedenen Zeitintervalle anzuzeigen imstande ist. Hierzu kann ein System
zur Umwandlung der Impulse in sichtbare Zeichen und zur optischen Anzeige ihrer
relativen Lage benutzt werden..
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Die in Fig.5 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt einen derartigen
optischen Empfänger, der dazu bestimmt ist, auf dem glichen Gerät die Anzeige aller
in Fig.3 .dargestellten Meßgeräte zu geben. Sie enthält eine Kathodenstrahlröhre,
auf deren Schirm den Lageimpulsen entsprechende Leuchtpunkte erscheinen. jedem Impuls
entspricht ein besonderer Punkt, der eine besondere Horizontallinie bildet. Diese
Linien sind in vertikalem Sinn verteilt, wie die Zeilen eines Fernsehempfängers.
Die Lage, die jeder Punkt auf seiner Linie einnimmt, stellt den Zeitraum zwischen
dem
Lageimpuls und dem Pilotimpuls dar, wobei der letztere zur Festlegung
des Ursprungs oder Nullpunkts der Linie dient. Die Signale werden durch die Antenne
6o empfangen und einem normalen Empfänger 61 zugeleitet, von wo sie nach ihrer Demodulation
an ein Auswahlgerät 62 abgegeben werden. Dies nimmt die dreispitzigen Synchroni=
sationssignale 4.o auf und blockiert dann alle folgenden, die alle wesentlich kürzere
Dauer haben. Die ausgewählten Impulse werden auf einen normalen Fernsehabtastgenerator
63, gegeben, der die langsame vertikale Bewegung des Punktes auf denn Schirm durchführt.
Er kann z. B. einen Verzögerungsgenerator enthalten, der durch die Auswahlimpulse
gesteuert wird. Dieser Generator wird mit den vertikalen Ablenkplatten 64 der Kathodenstrahlröhre
65 verbunden und steuert die Vertikalabtastung auf dem Schirm. Der Unterbrecherimpuls
synchronisiert wie üblich den Ablenker, der die schnelle Rückkehr der Punktbewegung
durchführt.
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Eine andere Auswahlvorrichtung, die einen Teil der Apparatur 66 bildet,
nimmt ,die Zweifachpilotimpulse .4,r bis 45 auf und- liefert sie an einen Abtastgenerator
67, der mit den Horizontalablenkplatten 68 der Kathodenstrahlröhre verbunden ist,
wobei er in derselben Weise wie bei einem Fern-Sehempfänger die Horizontalabtastung
steuert. Jeder Impuls veranlaßt eine Rückbewegung des Strahls. Es werden also auf
dem Schirm ebensoviel horizontale Zeitlinien erscheinen als Piloti.mpulse da sind.
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Schließlich werden auf die Leitung 69 Lageimpulse auf den Steuerzylinder
70 der Röhre gebracht, so daß auf dem Schirm Leuchtpunkte 71 bis 76 erscheinen,
.die diesen Impulsen entsprechen und in ihren Abständen die Lagemodulation darstellen.
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Die Abtastgeneratoren haben übliche Bauart und brauchen nicht näher
beschrieben zu werden. Die später beschriebene Fig. 5 a stellt die Schaltungsanordnung
einer der zwei Auswähler 62 und 63 dar, die in der gleichen Weise arbeiten und sich
nur durch ihre unterschiedlichen elektrischen Daten unterscheiden.
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Sobald ein vertikal synchronisierender Impuls empfangen wird, wird
der normalerweise ausgeschaltete Strahl seine vertikale Abtastbewegung beginnen.
Gleichzeitig wird er durch die Steuerung des horizontalablenkenden Generators anfangen,
schnell horizontal auszuweichen. Der Anfang der Horizontalzeile entspricht dem Empfang
des Pilotimpulses. Der Lageimpuls, der später ankommt, deblockiert den Strahl und
gibt Anlaß zur Entstehung eines Leuchtpunktes, der von dem Ursprungspunkt um eine
Strecke entfernt ist, die genau dem Zeitintervall zwischen dem Lageimpuls und seinem
Pilotimpuls entspricht und daher die Augenblickslage des entfernten Meßgeräts angibt.
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Durch die Vertikalablenkplatten werden die Horizontalzeilen etwas
geneigt. Um dies auszu- I gleichen, kann entweder die Röhre etwas gedreht werden,
oder die Speisung des Verzögerungsgenerators, der für die Vertikalablenkung benutzt
wird, 'kann irgendwie geändert werden, um durch Änderung seiner Spannungsform eine
vollständig horizontale Punktlinie zu erreichen, z. B. können die ausgewählten Pilot.impulse
dazu benutzt werden, um Stufe um Stufe den @ ertikalablenkkondensatoar aufzuladen.
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Durch Aufgabe des Lageimpulses auf ein Hilfspaar von Ablenkplatten
ist es auch möglich, für den Leuchtpunkt einen leuchtenden transversalen Strich
zu setzen. Das gleiche kann durch Einführung einer astigmatischen Wirkung in der
Elektron; noptik erreicht werden.
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Fi.g. 5 a stellt im einzelnen einen elektronischen Auswähler dar (67
der Fig. 5), der zum Aufnehmen der zweispitzigen Pilotimpulse, z. B. 24, benutzt
wird und die einzelnen Lageimpulse, z. B. z1 der Fig. 2, blockiert. Alle eintreffenden
Impulse werden zwei parallelen Kanälen aufgegeben, von denen einer, tot, ihn unmittelbar
passieren läßt, während .der andere ein Verzögerungsglied zor enthält, das so eine
die Impulslänge übertreffende, die Länge eines zweispitzigen Impulses jedoch unterschreitende
Zeitverzögerung hat. Dann werden die unmittelbar übermittelten Impulse 24 und die
verzögerten doppelspitzigen Impulse 2. .sich in dem allgemeinen Ausgangsglied überlappen
und zur Entstehung eines kombinierten Impulses 103 Anlaß geben, der
eine gut ausgebildete Amplitudenspitze hat. Ein Verstärker 1o¢ dient zur Blockierung
der Lageimpulse und übermittelt lediglich die Spitze ro5 des ausgewählten Pilotimpulses.
Lediglich durch Änderung der Konstanten des Verzögerungsgliedes ist es möglich,
in gleicher Weise die dreifach synchronisierenden Impulse aufzunehmen und alle übrigen
zu blockieren.
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Fig. 6 stellt einen Aufblick auf den Schirm während des Empfanges
der Impulse dar, die durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 erzeugt werden. Der
Schirre wird durch eine Maske 77 bedeckt, die fünf horizontale Schlitze 78, 79 hat,
von denen jeder mit einer Skala versehen ist, auf der man getrennt die Lage der
Leuchtpunkte 72 bis 76 ablesen kann, die die Angaben des entfernten Meßgeräts darstellen.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Meßgeräte mit einem beweglichen
Zeiger, sondern kann auch angewendet werden, um die physikalischen Eigenschaften
beliebiger Gegenstände zu übermitteln, sofern diese sich nur in Abständen: oder
Dimensionen ändern. An Stelle eines Zeigers tritt dann eine an dem Gegenstand irgendwie
befestigte bewegliche Kopplung, mit deren Bewegung man die Lageimpulse modulieren
kann.
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Der beschriebene Modulator kann also auch bei Entfernungsmessern Verwendung
finden, die mit einem Kathodenstrahlempfänger arbeiten, bei denen also eine bewegliche
Leuchtmarke zur Ablesung der Entfernung verwendet wird, indem sie mit einem auf
dem Schirm erscheinenden Echopunkt koinzidiert. "Eine derartige Marke wird mittels
eines lagemodulierten Impulses gemäß :der Erfindung erzeugt, der eine genügend große
Verzögerung im Verhältnis zu den Abstandsimpulsen hat, die die Leitungsnachbildung
speisen, wenn die Aufgabestellung
der Leitungsnachbildung geändert
wird.
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Fig. 7 und 8 stellen die Erfindung in ihrer Anwendung auf Thermometerablesungen
mit Hilfe lagemodulierter Impulse dar. In Fig. 7 ist eine flüssige, metallische
oder dielektrische Substanz 83 dargestellt, die durch die Thermometerflüssigkeit
84 einer Leitungsnachbildung 85 mit einer Sammelelektrode 86 bewegt wird. Die Fließbewegung
hat die gleiche Wirkung wie die Bewegung der Scheibe der Fig. i, und die erzeugten
Impulse zeigen den Flüssigkeitsspiegel und daher die Temperatur an.
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Gemäß der Einrichtung der Fig.8 wird die Verzögerungsleitung unmittelbar
auf die Thermometerröhre aufgewickelt. Die Rücklaufimpulse werden zwischen den Klemmen
87 und 88 aufgegeben und wandern durch diese Schaltungsanordnung. Die Oberfläche
der Flüssigkeitssäule erzeugt infolge einer plötzlichen Änderung des dielektrischen,
leitenden oder Permeabilitätszustandes, der durch die Natur der flüssigen Substanz
bestimmt wird und eine Änderung der Leitungsimpedanz hervorruft, einen reflektierenden
Impuls. Dieser Echoimpuls kehrt an den Eingang der Leitungsnachbildung zurück, und
seine Wanderverzögerung, die eine Funktion der Flüssigkeitshöhe ist, entspricht
dem augenblicklichen Flüssigkeitsspiegel und daher der Temperatur.
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Der gleiche Reflexionsgrundsatz kann bei der direkten Messung des
Flüssigkeitsspiegels in irgendeiner anderen Einrichtung Verwendung finden.
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Gemäß Fig. 9 ist eine Leitungsnachbildung 89 auf einem Träger aufgewickelt,
der in die in dem Behälter 9i befindliche Flüssigkeit 92 eintaucht. Die Energieimpulse
werden der Klemme 93 aufgegeben und verlassen die Leitung bei 96, wobei sie absorbiert
werden können. Die Ungleichförmigkeit der Wanderdauer entspricht den plötzlichen
Änderungen des umgebenden Mediums und läßt den reflektierten Impuls entstehen, dessen
Verzögerung proportional der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist und der an einer
Eingangsklemme aufgenommen wird.
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Man kann bemerken, daß in all diesen beschriebenen Einrichtungen der
Erfindung die Leitungsnachbildung unmittelbar beeinflußt wurde, entweder durch kapazitive
Aufnahmeglieder, die an- dem beweglichen Glied befestigt sind, oder durch eine Flüssigkeit,
die sich an ihr entlang bewegt. Die Aufnahmewirkung wird in einer durchaus gleichbleibenden
genauen Weise vor sich gehen. Die kleinste Bewegung des Modulators läßt eine entsprechende
Verzögerung des lagemodulierten Impulses entstehen. An Stelle einer Flüssigkeitssäule
kann in Einzelfällen der Lageimpuls auch durch einen festen Bolzen hoher Dielektrizitätskonstante
moduliert werden, der in die Leitung hineinstößt und entsprechend der Impedanzänderung
der Leitung an seinen Enden zur Entstehung eines reflektierten Impulses veränderlicher
Verzögerung Anlaß gibt.
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Entsprechend dem Charakter der für die Messung benutzten Skala kann
die Leitungsnachbildung mit j konstantem Gang gewickelt werden, wobei dann die Verzögerung
unmittelbar proportional der Flüssigkeitshöhe ist, oder sie kann auch irgendeine
andere Form annehmen, die einem gegebenen. Meß-oder Entfernungsgesetz gehorcht.
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Fig. io zeigt eine Abänderung der zuletzt beschriebenen Einrichtung.
Sie hat eine Sammelelektrode 87, die dazu eingerichtet ist, .durch die Flüssigkeitsfläche
selbst die Kapazität zwischen der Leitung und dieser Elektrode zu ändern, die Impulse
wandern dabei in der Leitung 93. 'Die Lageimpulse werden der-Kremme98 aufgegeben.
Anstatt der Benutzung der Fläche a der Fig. i zur plötzlichen Änderung der Kapazität
zwischen der Leitungsnachbildung und ,der Sammelelektrode 3 können .die lagemodulierten
Impulse in einigen Fällen unmittelbar auf der Leitung durch eine elektrostatische
Kopplungseinrichtung aufgenommen werden, die sich an ihr entlang .bewegt und mit
-ihr durch geeignete Mittel verbunden ist; so z. B. über den Zeiger auf die Ausgangsklemme.
Die Leitungsnachbildung kann in einigen Fällen anders als beschrieben aufgebaut
sein. Zum Beispiel kann der tragende Isolierkörper eine dünne Lage einer leitenden
Substanz erhalten, z. B. durch aufgebrachtes Silber.
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Zur Vermeidung von Hochfrequenzverlusten kann dabei ein schmaler Isolierstreifen
bewahrt bleiben, der entweder durch Auskratzen des Silberbleches oder durch Verwendung
einer Maske während der Metallisierung gewonnen wird. Das Ganze wird durch einen
dünnen Isoliermantel bedeckt, auf den die Verzögerungsspirale aufgewickelt ist.
Das Zeitintervall . zwischen den rückkehrenden Impulsen muß länger sein als die
totale Wanderungszeit öder die 'konstante Zeit der Leitung. Die letztere kann z.
B. zwischen 5 und 5o Mikrosekunden gewählt werden durch Wahl einer Pilotsignalfrequenz
von etwa io ooo Hz. Hierdurch ist eine fortlaufende und praktisch unveränderliche
Fernmessung elektrischer Meßgeräte gewährleistet.
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Der Generator für lagemodulierte Impulse, wie in Fig. i beschrieben
und dargestellt, kann für alle Zwecke Verwendung finden, wo es erwünscht ist, die
Bewegung eines Steuergliedes in verzögerte Impulse umzuwandeln. Die Zeitlage ,der
Impulse kennzeichnet dann den Abstand dieser Mittel.
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Die lagemodulierten Impulse, die gemäß der Erfindung erzeugt werden,
können mit anderen Signalen, wie z. B. Fernsehimpulsen, kombiniert werden und den
gleichen Träger verwenden.. Sie werden dann während der Rückkehrbewegung der Zeile
oder der Bildsprünge eingeschaltet, so daß sie das Bild nicht stören.
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Im Fall, daß die Sendeeinrichtung .der Fig. 3 verschiedene Meßgeräte
umfaßt, kann die Einrichtung bei einem Luftfahrzeug Verwendung finden und dessen
Installation vereinfachen. Manchmal kann es vorteilhaft sein, den Zeitgenerator
auf der Erde anzuordnen und die von ihm erzeugten Impulse zum Flugzeug zu senden.
Dieses System 'kann dann mit einem Höhenmesser verbunden werden, der mit der Echomethode
arbeitet. Aber in den meisten Fällen
kann dieser Generator, der
einfach aufgebaut ist und kleine Größe und geringes Gewicht hat, in dem Flugzeug
selbst eingebaut werden. Das ganze System benötigt dann nur einen einzigen Träger.