DE914631C

DE914631C - Abstandsmesser, insbesondere Hoehenmesser fuer Flugzeuge, mit mindestens zwei Messbereichen

Info

Publication number: DE914631C
Application number: DEN2375D
Authority: DE
Inventors: Jacob Hendrich
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1942-05-01
Filing date: 1943-04-30
Publication date: 1954-07-05
Also published as: GB617355A; NL60855C; US2512330A; FR894353A; BE450375A

Description

Abstandsmesser, insbesondere Höhenmesser, die zur Bestimmung der Höhe von Flugzeugen über der Erdoberfläche dienen und zur Messung von stark abweichenden Abständen eingerichtet sind, weisen den Übelstand auf, daß über zumindest einem Teil der Skala eine ungenaue Anzeige des zu messenden Abstandes erhalten wird. Insbesondere bei Höhenmessern, bei denen der zu messende Abstand zwischen ο und z. B. iooo m oder mehr schwankt und insbesondere die zwischen ο und ioom liegenden Höhen, die bei der Landung vorkommen, genau kontrollierbar sein müssen, ist es von großer Wichtigkeit, daß sowohl im Bereich von ο bis ioo m als auch bei größeren Höhen eine leicht ablesbare Angabe der Höhe erhalten wird.

Dies wird bei einem Abstandsmesser, insbesondere Höhenmesser für Flugzeuge, bei dem frequenzmodulierte elektrische Schwingungen ausgesandt werden und die durch Oberlagerung von direkten und reflektierten Schwingungen erhaltene Diffe- ao renzfrequenz als Maß für den Abstand benutzt wird, erzielt, wobei mindestens zwei Meßbereiche vorgesehen sind, wenn gemäß der Erfindung die Umschaltung des Meßbereichs selbsttätig im Empfänger erfolgt in Abhängigkeit von einer von dem zu messenden Abstand abhängigen Spannung.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nä'her erläutert, in der Fig. ι ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Höhenmessers darstellt und Fig. 2 sich auf die Wirkung der Vorrichtung nach Fig. ι bezieht.

Die in Fig. ι dargestellte Ausführungsform eines Flugzeughöhenmessers hat zwei Meßbereiche, ζ. B. von ο bis ioo m und von loo bis looo m oder mehr, und ist von der Art, bei der frequenzmodulierte Schwingungen ausgestrahlt werden und durch Zusammenwirkung der ausgestrahlten und der nach Reflexion empfangenen Schwingungen ein Anzeigesignal erhalten wird, dessen Frequenz die zu messende Höhe bestimmt. Der Höhenmesser nach Fig. 1 weist zu diesem Zweck einen Generator ι auf, von dem Hochfrequenzschwingungen erzeugt werden, die von den von einem Oszillator 2 erzeugten Schwingungen mit vorzugsweise sägezahnförmiger Kurvenform in der Frequenz moduao liert werden, wobei die frequenzmodulierten Schwingungen von einer Antenne 3 ausgestrahlt werden. Der Höhenmesser weist ferner eine Empfangsvorrichtung 4 auf, die mit einer Empfangsantenne 5 verbunden ist und in der die ausgestrahlten Schwingungen, die die Empfangsantenne auf direktem Wege erreichen, mit den nach Reflexion durch die Erdoberfläche in der Empfangsantenne auftretenden Schwingungen gemischt werden. Das nach der Mischung erhaltene Anzeigesignal, dessen Frequenz die zu messende Höhe bestimmt, wird dann über einen Verstärker 6. einem Frequenzmesser 7 zugeführt, der eine Vorrichtung 8 zur Umwandlung der dem Frequenzmesser zugeführten sinusförmigen Schwingung in eine rechteckförmige Schwingung der gleichen Frequenz und der gleichen Amplitude aufweist. In dem Ausgangskreis der Vorrichtung 8 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 9 und eines Gleichrichters io>, dessen Anode über einen Widerstand 11 und einen von einem Kondensator 12 überbrückten Strommesser 13 mit der Kathode verbunden ist.

Während jeder positiven Halbperiode der im Ausgangskreis der Vorrichtung 8 auftretenden rechteckförmigen Schwingung wird der Kondensator 9 über den Gleichrichter 10 geladen, während sich der Kondensator während jeder negativen Halbperiode, in der der Anode des Gleichrichters eine in bezug auf die Kathode negative Spannung zugeführt wird und somit die Röhre 10 gesperrt ist, über den Widerstand 11 und den Strommesser 13 entlädt. Die Zeitkonstante des Entladungskreises ist derart gewählt, daß der Kondensator 9 während jeder negativen Halbperiode völlig entladen wird. Da die Amplitude der rechteckförmigen Spannung, durch: die der Kondensator geladen wird, konstant ist, ist die in jeder Periode dieser Spannung den Messer 13 durchfließende Ladung ebenfalls konstant. Der mittlere den Messer durchfließende Strom wird jedoch durch die Anzahl der Entladungen des Kondensators 9 in der Sekunde und somit durch die Frequenz des dem Frequenzmesser 7 zugeführten Anzeigesignals bestimmt, dessen Frequenz die zu messende Höhe bestimmt. Der Ausschlag des Messers 13 ist also ein Maß für den zu messenden Abstand.

Um bei der Messung von innerhalb des niedrigsten Meßbereichs liegenden Höhen einen ■ größeren Ausschlag des Messers 13 zu erhalten, als mit der bisher beschriebenen Vorrichtung möglich ist, ist der Frequenzmesser 7 mit einem Kondensator 14 versehen, der bei dem Übergang auf einen niedrigeren Meßbereich parallel zum Kondensator 9 geschaltet wird, wodurch die resultierende Kapazität im Ausgangskreis der Vorrichtung 8 zunimmt. In diesem Fall ist die während jeder positiven Halbperiode der rechteckförmigen Spannung im Ausgangskreis der Vorrichtung 8 fließende Ladung größer, so daß der Messer 13 bei derselben Frequenz einen größeren Ausschlag zeigt.

Der Übergang auf einen anderen Meßbereich erfolgt selbsttätig mittels eines Relais 15, das bei dem Übergang vom höheren zum niedrigeren zweier benachbarter Meßbereiche durch eine von der zu messenden Höhe abhängige Spannung erregt wird und das bei dem Übergang von dem niedrigeren zum höheren Meßbereich durch die Abnahme der genannten Spannung unterhalb eines bestimmten Wertes abfällt.

Die von der zu messenden Höhe abhängige Spannung zur Umschaltung des Meßbereichs wird, dem Ausgangskreis eines Tiefpaßfilters 16 entnommen, dessen Durchlaßkurve, d. h. die Kurve, welche die Amplitude der durchgelassenen Schwingungen als Funktion der Frequenz darstellt, in Fig. 2 dargestellt ist und dem das im Ausgangskreis des Verstärkers 6 auftretende Anzeigesignal mit einer gleichbleibenden Amplitude zugeführt wird. Die Empfangsvorrichtung 4 weist daher vorzugsweise eine an sich bekannte Vorrichtung zum Konstanthalten der Amplitude des im Ausgangskreis auftretenden Anzeigesignals auf, so· daß die Amplitude des dem Filter zugeführten Signals unabhängig von der gemessenen Höhe konstant ist, während die Frequenz von der zu messenden Höhe abhängig ist. Der Durchlaßbereich des Filters wird vorzugsweise derart gewählt, daß wenigstens die Frequenz f_im des Anzeigesignals, das bei Messung der größten im niedrigeren Meßbereich liegenden Höhe erhalten wird, und vorzugsweise außerdem die der kleinsten im höheren Meßbereich liegenden Höhe entsprechende Frequenz auf der schrägen Flanke der Durchlaßkurve liegen.

Im Ausgangskreis des Filters treten in diesem Fall Schwingungen auf, deren Amplitude für samtliehe den im niedrigeren Meßbereich liegenden Höhen entsprechenden Frequenzen größer, für sämtliche größeren Höhen entsprechende Frequenzen kleiner als die Amplitude der obenerwähnten Frequenz /₁₀₀ ist. Die im Ausgangskreis auftretenden Schwingungen werden einer Verstärkerröhre 17 zugeführt, in deren Ausgangskreis ein Widerstand liegt. Die über dem Widerstand 18 auftretenden verstärkten Schwingungen werden dann über einen Kopplungskondensator 19 und einen Widerstand 20 einer in der Röhre 17 vorgesehenen, durch eine

Elektrode 21 und die Kathode gebildeten Diode, in deren Ausgangskreis das Relais 15 liegt, zugeführt und durch diese Diode gleichgerichtet.

Die Kurve, die den Verlauf der über das Relais 15 auftretenden Gleichspannung als Funktion der Frequenz des Anzeigesignals, im vorliegenden Fall die zu messende Hone, angibt, entspricht dem Verlauf der Durchlaßkurve des Filters 16 und kann daher gleichfalls durch die Kurve in Fig. 2 dargestellt werden.

Die Schaltung wird auf bekannte Weise, z. B. mittels eines Spannungsteilerwiderstandes 22 im Eingangskreis der Verstärkerröhre 17, derart eingestellt, daß das Relais 15 erregt wird bzw. abfällt, wenn die im Ausgangskreis des Detektors auftretende Gleichspannung den der kleinsten bzw. größten Höhe des höheren bzw. niedrigeren Meßbereichs entsprechenden Wert über- bzw. untersteigt. Wenn die gemessene Höhe also kleiner als die ao größte im niedrigeren Meßbereich liegende Höhe ist, ist das Relais 15 erregt und der Kondensator 14 parallel zum Kondensator 9 geschaltet, so daß der Höhenmesser zur Angabe mit großer Genauigkeit von innerhalb des niedrigeren Meßbereichs liegenden Höhen eingestellt ist. Wenn die gemessene Höhe jedoch die größte innerhalb des niedrigeren Meßbereichs liegende Höhe von 100 m übersteigt, nimmt die gleichgerichtete Spannung bis unterhalb der beim Empfang der Frequenz /₁₀₀ auftretenden Spannung ab, und das Relais 15 fällt ab. In diesem Augenblick wird der Kondensator 14 ausgeschaltet, wodurch die Umschaltung auf den höheren Meßbereich bewerkstelligt wird.

Da die in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie a dargestellte Spannung, bei der das Relais 15 abfällt, in der Regel niedriger ist als die durch die gestrichelte Linie b dargestellte Spannung, bei der das Relais 15 anspricht, erfolgt der Übergang vom höheren zum niedrigeren Meßbereich mittels des Relais 15 bei einer geringeren Höhe als die der Frequenz /₁₀₀ entsprechende Höhe. Die der Höhe, bei der der Übergang vom höheren zum niedrigeren Meßbereich stattfindet, entsprechende Frequenz ist in Fig. 2 mit /₉₀ bezeichnet.

Durch Verkleinerung der Hysteresis des Relais 15 läßt sich der Abstand zwischen der größten innerhalb des niedrigeren Meßbereichs liegenden Höhe und der kleinsten innerhalb des höheren zweier benachbarter Meßbereiche liegenden Höhe kleiner machen. Außerdem ist dieser Abstand um so kleiner, als die schräge Flanke der Durchlaßkurve des Filters 16 steiler ist.

Da der Flieger die Umschaltung von dem einen auf den anderen Meßbereich nicht selbst verrichtet und er also ohne weiteres nicht weiß, ob eine Umschaltung stattgefunden hat oder nicht, sind vorzugsweise Anzeigemittel zum Anzeigen des eingeschalteten Meßbereichs vorgesehen. Zu diesem Zweck kann das Relais 15 z. B. einen zusätzlichen Kontakt aufweisen, der bei der Umschaltung auf den höheren Meßbereich eine Lampe einschaltet, wodurch eine Anzeige erhalten wird, daß Skala mit zehn zu multiplizieren ist.

Auch kann das Anzeigeinstrument, auf dem die Höhe abgelesen wird, für jeden Meßbereich eine besondere Skala aufweisen, wobei Mittel zur Angabe der zu dem eingeschalteten Meßbereich gehörigen Skala vorgesehen sind. Die letztgenannten Mittel können aus zwei Skalenbeleuchtungslämpen bestehen, die je zur Beleuchtung einer der Skalen dienen und von denen mittels eines zusätzlichen Satzes von Kontakten des Relais 15 stets nur jene Lampe eingeschaltet ist, die die zu dem eingeschalteten Meßbereich gehörige Skala beleuchtet.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird ein Tiefpaßfilter 16 benutzt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß gewünschtenfalls ein Hochpaßfilter, das die den innerhalb des höheren Meßbereichs liegenden Höhen entsprechenden Frequenzen durchläßt, angewendet werden kann. Das Filter ist in diesem Fall derart bemessen, daß zumindest die der kleinsten innerhalb des höheren zweier benachbarter Meßbereiche liegenden Höhe entsprechende Frequenz und vorzugsweise außerdem die der größten innerhalb des niedrigeren dieser Meßbereiche liegenden Höhe entsprechende Frequenz auf der schrägen Flanke der Durchlaßkurve des Filters liegt. Allgemeiner ausgedrückt gilt für die Anwendung sowohl eines Tief- als auch eines Hochpaßfilters, daß vorzugsweise die einer den beiden Meßbereichen gemeinsamen Höhe entsprechende Frequenz auf der schrägen Flanke der Durchlaßkurve liegt.

Bei Anwendung eines Hochpaßfilters ist es außerdem erwünscht, daß ein Relais mit Ruhekontakt angewendet wird, da in diesem Fall die Amplitude der im Ausgangskreis des Filters auftretenden Spannung bei dem Obergang vom niedrigeren auf den höheren Meßbereich zunimmt und somit bei Erregung des Relais 15 der zu- too gehörige Schalter geöffnet werden muß. Bei der in Fig. ι dargestellten Vorrichtung mit Tiefpaßfilter wird ein Relais mit Arbeitskontalct angewendet.

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Claims

Patentansprüche:

i. Abstandsmesser, insbesondere Höhenmesser für Flugzeuge, wobei frequenzmodulierte elektrische Schwingungen ausgesandt werden und die durch Überlagerung von no direkten und reflektierten Schwingungen erhaltene Diflerenzfrequenz als Maß für den Abstand benutzt wird und wobei mindestens zwei Meßbereiche vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Meßbereichs selbsttätig im Empfänger erfolgt in Abhängigkeit von einer von dem zu messenden Abstand abhängigen Spannung.
2. Abstandsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltspannung durch Frequenzdetektion der vom Abstand abhängigen Differenzfrequenz gewonnen wird.
3. Abstandsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen mit von dem Abstand abhängiger Frequenz einem Tief- bzw. Hochpaß filter mit konstanter Am-

plitude zugeführt werden, wobei der Durchlaßbereich des Filters derart gewählt ist, daß die Frequenz des Anzeigesignals bei Messung eines zwei benachbarten Meßbereichen gemeinsamen Abstandes auf der schrägen Flanke der Durchlaßkurve liegt und die am Ausgang des Filters auftretenden Schwingungen nach Gleichrichtung ein zur Umschaltung des Meßbereichs dienendes Relais steuern.
4. Abstandsmesser nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Schwingungen von Differenzfrequenz einem Frequenzmesser zugeführt werden, der eine Vorrichtung zur Umwandlung von sinusförmigen Schwingungen in rechteckförmige Schwingungen der gleichen Frequenz und gleichbleibender Amplitude aufweist, wobei im Ausgangskreis ein Kondensator liegt, der jeweils während einer Halbperiode der rechteckförmigen Spannung über einen Gleichrichter aufgeladen wird und sich während der anderen Halbperiode über einen Widerstand entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator vorgesehen ist, der bei dem Übergang auf einen niedrigeren Meßbereich parallel zum erstgenannten Kondensator geschaltet wird.
5. Abstandsmesser nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigemittel zur Angabe des eingeschalteten Mießbereichs vorgesehen sind.
6. Abstandsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument, auf dem der Abstand abgelesen werden kann, für jeden Meßbereich eine besondere Skala aufweist und daß Mittel zur Angabe der zu dem eingeschalteten Meßbereich gehörigen Skala vorgesehen sind.
7. Abstandsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beleuchtung der zum eingeschalteten Meßbereich gehörigen Skala vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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