DE920193C - Schwingungserzeuger - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. NOVEMBER 1954

Schwingungserzeuger

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Schwingungserzeuger für elektrische Systeme, bei denen ein Speicherkondensator durch Schließen eines Entladestromkreises über einen Resonanzkreis entladen wird und bei denen die Entladung durch eine Gasentladungsröhre gesteuert wird.

Derartige Röhren können verhältnismäßig große Momentanströme (Spitzenströme) durchlassen, unterliegen aber erfahrungsgemäß einer schnellen Abnutzung, wenn große Momentanströme (Stromstöße) in kurzen Zeitabständen auftreten.

Bei Echolotgeräten ist aber eine schnelle Impulsfolge für Einzelanzeigen in kurzen Zeitabständen häufig erwünscht, so daß für solche Geräte die bisherigen Schwingungserzeuger wegen der kurzen Lebensdauer der Röhre zu wünschen übriglassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungserzeuger der genannten Art in dem Sinne zu verbessern, daß die Lebensdauer der Röhre wesentlich heraufgesetzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist es nicht allein damit getan, daß in den Entladestromkreis eines Speicherkondensators mit der Röhre eine Induktivität in Reihe geschaltet wird. Indessen hat sich erfindungsgemäß die Einschaltung einer Induktivität als ein an sich richtiger Weg erwiesen, der jedoch zur Lösung der genannten Aufgabe erst dann verhilft, wenn der Wert der Induktivität so gewählt wird, daß sie mit dem Kondensator bei einer Frequenz in Resonanz ist, die mindestens so groß ist wie die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises. Durch eine solche Wahl wird die Lebensdauer der Röhre auf etwa das Fünffache herauf-

gesetzt. Darüber hinaus ergibt sich gleichzeitig eine Verbesserung der Wirkung insofern, als das Potential der im stoßerregten Resonanzkreis erzeugten Schwingungen um etwa 30% vergrößert wird.

Im Hinblick darauf, daß sich die erfindungsgemäße Verbesserung des Schwingungserzeugers als besonders wertvoll für Echolotgeräte erwiesen hat, soll die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit einem solchen Gerät näher erörtert werden, und zwar an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltschemas.

Das dargestellte Tiefenlotgerät besteht aus einer elektrischen Einheit 10 und einem Sende-Empfangs-Gerät 11, die miteinander durch eine Leitung 12 verbunden sind. Durch einen Impuls oder einige gedämpfte elektrische Wellen mit Schall- oder Ultraschallfrequenz wird das Gerät 11 von 10 aus erregt und sendet seinerseits eine Druckwelle durch ao das Wasser auf den Grund, von wo sie zu dem Sende-Empfangs-Gerät zurück reflektiert wird. Beim Empfang der reflektierten Druckwelle erzeugt das Gerät 11 eine elektrische Welle, die in der Einheit 10 eine Anzeige als Maß für den Zeitraum auslöst, der zwischen dem Aussenden der Druckwelle vom Gerät 11 und der Rückkehr des entsprechenden Echos verstrichen ist.

Für Tiefenlotgeräte wurden zahlreiche Schaltungen zur Erzeugung elektrischer Schwingungen entwickelt, mit denen das Sende-Empfangs-Gerät 11 erregt wird. Da die Wellen als kurze Impulse auszusenden sind, empfiehlt es sich, mit einem stoßerregten Schwingungskreis 13 zu arbeiten, der aus einer Selbstinduktion 14 mit veränderbarer Induktivität und aus einem Kondensator 15 besteht. Das untere Ende des Schwingungskreises 13 ist an Erde und einen Leiter der Übertragungsleitung 12 gelegt. Deren anderer Leiter führt zur Abgriffstelle 14° der Selbstinduktion 14. Das obere Ende des Resonanzkreises 13 ist an den Eingang eines Verstärkers 16 angeschlossen, dessen Ausgang über eine Schaltung mit einem Widerstand 17, einer Selbstinduktion 18, einem Kondensator 19 und einem Widerstand 20 sowie weiter über einen Leiter 21 mit einer Kontaktleiste 22 des Anzeigegerätes verbunden ist. Diese liegt quer über dem Registrierstreifen 24 und dient als Schleifkontakt für den einen Schenkel 23° einer über die Leiste 22 wandernden Bürste 23, deren Schenkel 23" an einem Ende der Leiste 22 für einen kurzen Augenblick einen Kontakt 25 berührt und dabei, wie weiter unten erläutert, die Übertragung eines Impulses auslöst. Der übermittelte Impuls erregt auch den Verstärker 16 und gelangt über die Leiste 22, die Bürstenschenkel 23" und 23*" zum Papierstreifen, wo er eine Grundlinie 26 registriert. Das Echo wird verstärkt und über die Leiste 22 der Bürste 23 zugeführt, die eine zweite Linie 27 erzeugt, deren Abstand von der Linie 26 ein Maß für die Tiefe darstellt.

Die Arbeitsweise des Kreises im einzelnen und die Funktionen der verschiedenen Elemente darin werden nunmehr beschrieben.

Der negative Pol einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 28, ist geerdet, während am positiven Pol unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 29 die eine Seite eines Speicherkondensators 30 liegt, dessen andere Seite mit einer Abgriffstelle i4^& der Selbstinduktion 14 verbunden ist. An die erstere Seite des Kondensators 30 ist auch über eine Selbstinduktion 32 die Anode 33° einer Entladungsröhre 33 angeschlossen. Das Steuergitter 33⁶ dieser Röhre liegt über Widerstände 35 und 36 am negativen Pol einer Richtbatterie 34, so daß normalerweise am Gitter ein negatives Potential herrscht, das ausreicht, um einen Stromfluß durch die Röhre zu sperren. Daher werden der Kondensator 30 und die Anode 33° auf das volle Potential der Batterie 28 geladen.

Der positive Pol der Batterie 28 ist ebenfalls über die Selbstinduktion 18, dem Nebenschluß widerstand 17 und über den Widerstand 20 mit dem Leiter 21 verbunden, so daß die Leiste 22 am vollen Potential der Batterie 28 liegt. Wenn jedoch die Bürste 23^a von dem Kontakt 25 auf die Leiste 22 übergeht (einmal bei jedem Arbeitskreislauf), wird das volle Batteriepotential von der Leiste 22 über den Kontakt 25, einen Leiter 38, einen Kondensator 39 und den Widerstand 36 zum Gitter 33*" geleitet. Dieses wird dann genügend positiv, um g₀ die Entladungsröhre zu zünden. Der Widerstand 20 liegt parallel zum Kondensator 19 und hat einen sehr hohen Wert, so daß kein nennenswerter gleichmäßiger Strom von der Batterie 28 zum Leiter 21 fließen kann. In den Zeitabständen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überbrückungen des Kontaktes 25 und der Leiste 22 wird jedoch die rechte Seite des Kondensators 19 über den Widerstand 20 aufgeladen und liefert dann genügend Strom zum Zünden der Röhre 33. Bei jedesmaligem Anlegen eines Potentials vom Kondensator 19 an den Kondensator 39 wird dieser durch einen Ableitwiderstand 40 auf das Erdpotential zurückgebracht. Außerdem wird die an das Gitter 33^& gelegte Ladung innerhalb der Röhre abgebaut und die Batterie 34 stellt das normale negative Potential auf dem Gitter wieder her, so daß die Entladungsröhre nach einem einzigen Stromdurchgang wieder erlischt.

Dieser einzelne Stromstoß wird von dem Speicherkondensator 30 geliefert. Dabei fließt der Entladungsstrom über die Selbstinduktion 32, die Anode und die Kathode der Röhre 33 gegen Erde und von dort über den unteren Teil der Selbstinduktion 14 an die Abgriffstelle 14* sowie zurück zu der anderen Seite des Kondensators 30.

Dieser Stromstoß durch den unteren Teil der Selbstinduktion 14 ergibt gedämpfte Schwingungen im Schwingungskreis 13 mit einer Frequenz, die der Resonanzfrequenz des Kreises entspricht. Dieser Schwingungszug wird zu dem Verstärker 16 geleitet und erzeugt, wie erwähnt, ein Zeichen für die Grundlinie 26 auf dem Streifen 24. Er gelangt weiter von der Abgriff stelle 14° und dem unteren Ende der Selbstinduktion über die Leitung 12 zum Gerät 11 mit anschließender Aussendung

eines Druckwellenimpulses. Die Leitung 12 kann eine beträchtliche Länge haben. Die Impedanz der Leitung 12 soll für ein gutes Arbeiten verhältnismäßig niedrig sein. Aus diesem Grunde wird nur ein Teil der Selbstinduktion 14 abgegriffen. Für das Gerät 11 wird im allgemeinen ein Piezokristallsystem oder ein Magnetostriktionssystem zu bevorzugen sein. In jedem Falle wird sein Blindwiderstand (Reaktanz) vorzugsweise von einem Blindwiderstand mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgeglichen, so daß seine charakteristische Impedanz ohmscher Natur und der Impedanz der Leitung 12 angepaßt ist.

Wird der Speicherkondensator 30 unmittelbar zwischen den Schwingungskreis 13 und die Anode 33" der Röhre 33 geschaltet, dann liegt als einzige Induktivität im Entladungskreis nur der zwischen der Abgriffstelle 14⁶ und ihrem unteren Ende eingeschlossene Teil der Selbstinduktion 14. Dieser

ao Teil ist verhältnismäßig klein und behindert das Entladen des Kondensators 30 nicht wesentlich. Deshalb wird der Kondensator 30 sogleich nach dem Zünden der Röhre 33 durch Anlegung des positiven Potentials an das Gitter 33^s so schnell entladen, daß ein sehr großer Stromstoß durch die Röhre 33 entsteht. Es wurde gefunden, daß Entladungsröhren dieser Art derart schnelle Entladungen unter Wahrung einer ausreichend langen Lebensdauer zu bewältigen vermögen, wenn die Impulse nicht in zu kurzen Zeitabständen, also nicht zu häufig wiederholt werden. Andererseits ist es für einige Tiefenlotgeräte jedoch erwünscht, die Bürste 23 verhältnismäßig schnell arbeiten und die Einzelanzeigen in sehr kurzen Zeitabständen folgen zu lassen. Bei solchen Geschwindigkeiten hat aber die Röhre 33 nur eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer.

Dieser Mangel ist nicht in der von der Röhre über einen langen Zeitabschnitt übertragenen Arbeit, sondern in erster Linie in der Spitzenintensität des Röhrenstromes begründet. Bekanntlich kann das Ausmaß der Entladung eines Kondensators durch einen in den Kreis eingeschalteten Widerstand oder durch eine Induktivität vermindert werden. Gleichwohl herrscht die Ansicht vor, daß solche Hilfsmittel die Schwingungsenergie im Resonanzkreis 13 beträchtlich vermindere und daß die mittlere Amplitude der Schwingungen, die in einem stoßerregten Kreis erzeugt werden, in hohem Maße von der Plötzlichkeit abhängt, mit welcher der anstoßende Strom zu dem Kreis geleitet wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß, sofern der den Kreis 13 erregende Stoßimpuls nicht langer als eine halbe Periode der zu erzeugenden Wellen andauert, der Impuls abgerundet und seine größte Intensität vermindert werden kann, ohne die Energie der in dem Kreis 13 erzeugten Wellen zu vermindern. Die Selbstinduktion 32 scheint einen optimalen Wert zu erreichen, wenn sie so gewählt wird, daß sie mit dem Speicherkondensator 30 bei der Resonanzfrequenz des Kreises 13 ebenfalls in Resonanz ist. Bei diesen Verhältnissen wird die Energie, die in dem Schwingungskreis 13 erzeugt und auf das Sende-Empfangs-Gerät 11 geleitet wird, wesentlich vergrößert und gleichzeitig die Lebensdauer der Röhre 33 beträchtlich heraufgesetzt.

Zum Aussenden von Wellen mit 50 000 Hz kann der Speicherkondensator 30 eine Kapazität von 0,25 μΡ und die Selbstinduktion 32 einen größten Wert von 40 μΆ haben. Vergleichsversuche zeigen, daß durch die erfindungsgemäße Wahl des Kondensators und der Induktivität das Potential der in dem Resonanzkreis 13 erzeugten Schwingungen um 30% und die Lebensdauer der Röhre 33 auf das Fünffache erhöht wird.

Der Gitterwiderstand 36 trägt maßgebend zu einer weichen Arbeitsweise und einer langen Lebensdauer der Röhre 33 bei und kann einen Wert von io⁴ Ohm haben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schwingungserzeuger, insbesondere für Echolotgeräte, mit einem Resonanzkreis, der durch Entladung eines Kondensators stoßartig erregt wird, dessen Entladestromkreis einen Teil des Resonanzkreises, eine die Kondensatorentladung steuernde Gasentladungsröhre und eine Induktivität enthält, gekennzeichnet durch eine solche Wahl der Induktivität (32) und des Kondensators (30), daß die Induktivität mit dem Kondensator bei der Frequenz in Resonanz ist, die mindestens so groß wie die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises (13) ist.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Reaktanz des Kondensators (30) und die induktive Reaktanz der Induktivität (32) bei der Resonanzfrequenz des stoßerregten Resonanzkreises (13) annähernd gleich sind.

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (33^a) der Gasentladungsröhre (33) mit der Induktivität (32) und dem Kondensator (30) in Reihe liegt und das Steuergitter (33^&) normalerweise im Sinne einer Sperrung der Röhre vorgespannt sowie mit einem Widerstand (36) verbunden ist und zum Zünden der Röhre mit positiven Impulsen aufgeladen wird. no

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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