DE932991C - Messeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer elektro-magnetischen oder einer Schall- oder Ultraschall-Strahlungsquelle - Google Patents

Messeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer elektro-magnetischen oder einer Schall- oder Ultraschall-Strahlungsquelle

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DE932991C
DE932991C DES32591A DES0032591A DE932991C DE 932991 C DE932991 C DE 932991C DE S32591 A DES32591 A DE S32591A DE S0032591 A DES0032591 A DE S0032591A DE 932991 C DE932991 C DE 932991C
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DE
Germany
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detectors
measuring device
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radiation
sum
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Expired
Application number
DES32591A
Other languages
English (en)
Inventor
Georges Rene Couanault
Pierre Alphonse Herreng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
Original Assignee
Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

  • Meßeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer elektromagnetischen oder einer Schall- oder Ultraschall-Strahlungsquelle Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate eines eine unmittelbare oder reflektierte elektromagnetische oder Schall- oder Ultraschallstrahlung aussendenden Zieles mit Hilfe einer Vorrichtung, die auf die Phasendifferenz zwischen zwei Wellen anspricht, die von zwei für die Strahlung empfindlichen und bekannte Lagen einnehmenden Detektoren empfangen werden.
  • Die bekannten Meßeinrichtungen dieser Art bestehen im allgemeinen aus einer »Basis«, welche die beiden in einem festen Abstand voneinander angeordneten Detektoren trägt, welche die Schwingungen, die sie von der Strahlungsquelle empfangen, deren Winkelkoordinate gemessen werden soll, in elekrischen Strom umzuwandeln vermögen. Diese Basis ist um eine Achse drehbar, die in der Bezugsebene liegt, gegenüber der man die betreffende Koordinate ermitteln will. Die beiden Detektoren sind elektrisch an ein Gerät angeschlossen, das die Summe und die Differenz der in den Detektoren erzeugten Spannungen herstellt. Diese Spannungssumme und -differenz werden hierauf nach Verschiebung der einen dieser beiden Größen um z/2 an die beiden Plattenpaare einer Oszillographenröhre angelegt, auf deren Schirm dann ein Strich erscheint, der mit der Senkrechten dadurch zur Deckung gebracht werden kann, daß die Detektorbasis senkrecht zu der nach der Strahlungsquelle führenden Richtung eingestellt wird, was den gesuchten Winkel der Basis zur Bezugsebene ergibt.
  • Die Genauigkeit dieser Meßeinrichtung ist zwar um so höher, je größer die Basis ist, aber deren Vergrößerung über einen bestimmten, der halben Wellenlänge der empfangenen Strahlung gleichen Wert hinaus führt zu einer Unbestimmtheit der Messung. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine derartige Meßeinrichtung so zu vervollkommnen, daß eine sehr hohe Meßgenauigkeit ohne irgendeine Unbestimmtheit der Messung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird bei der Meßeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer Quelle von unmittelbarer oder reflektierter elektromagnetischer oder Schall- oder Ultraschallstrahlung nach dem sogenannten Summen-Differenz-Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Detektorbasen vorgesehen sind, die je zwei für die Umwandlung der empfangenen Strahlung in elektrischen Strom ausgebildete und in einem bestimmten Abstand voneinander angebrachte Detektoren umfassen und um eine in der gemeinsamen Symmetrieebene dieser beiden Detektorenpaare liegende senkrechte Achse drehbar sind, wobei der Abstand der Detektoren der einen Basis-kleiner und der anderen Basis größer ist als die halbe Wellenlänge der Strahlung.
  • Die Meßeinrichtung nach der Erfindung kann durch einen elektronischen Umschalter vervollständigt sein, der abwechselnd die Detektoren der einen und der anderen Basis an ein gemeinsames Gerät anschließt, welches die Summe bzw. die Differenz der beiden Detektorspannungen zu bilden vermag, die es gleichzeitig empfängt. Dieses Gerät führt seinerseits den beiden Plattenpaaren einer Oszillographenröhre die gebildeten Spannungssummen bzw. -differenzen zu.
  • Die Zeichnung gibt in rein schematischer Darstellung die Meßeinrichtung nach der Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform wieder.
  • Abb. I veranschaulicht die für die Anwendung des Summen-Differenz-Verfahrens bisher gebräuchliche und Abb. 2 die erfindungsgemäß ausgebildete Meßeinrichtung.
  • Es sei angenommen, daß es sich darum handelt, die Richtung zu bestimmen, in der ein durch eine akustische Strahlungsquelle gebildetes Ziel S (Abb. I) liegt. Die Meßbasis besteht aus zwei Mikrophongruppen M und N, deren Schwerpunkte einen festen Abstand a voneinander haben und die auf Schwingungen mit einer im akustischen Spektrum der Strahlungsquelle S enthaltenen Frequenz w ansprechen. Die Gesamtheit der beiden Mikrophongruppen M, N kann sich um eine durch den Punkt O gehende senkrechte Achse drehen.
  • Die Phasendifferenz ? der von den Gruppen M und N empfangenen Schwingungen ist durch die Gleichung ME a = A a sin g gegeben, worin g den Winkel zwischen der Geraden O S und der Senkrechten zur Geraden MN im Punkt 0 bezeichnet und Ä die Wellenlänge der Schwingungen der Frequenz w in dem von diesen durchquerten Medium ist. Die von den Mikrophongruppen M und N empfangenen Schwingungen sind von der Form xt = A cos mt, r2.=Acos (wt-).
  • Es sei angenommen, daß bei der in Abb. I wiedergegebenen Lage der Mikrophongruppen M und N die Mittelsenkrechte der Meßbasis MN sich in der Bezugs ebene befindet, von der aus die Richtung, in der die Strahlungsquelle S liegt, bestimmt werden soll. Diese Richtung ist dann durch den Winkel g gegeben. Um diesen Winkel g zu messen, verbindet man die beiden Mikrophongruppen M und N mittels zweier Verstärker G mit einem Gerät D, das in bekannter Ausführung die Summe s und die Differenz d der Spannungen zu bilden vermag, die von jeder der beiden Mikrophongruppen M und N empfangen werden. Diese Spannungen sind proportional xl und x2, und man erhält Die Spannungen s und d werden nach Verschiebung der einen um s/2 den beiden Plattenpaaren einer Oszillographenröhre T zugeführt, auf deren Leuchtschirm ein Strich erscheint, der mit der Senkrechten einen Winkel 0 einschließt, der gleich p/2 ist, so daß O=-asing wird. Eine bestimmte, am Leuchtschirm der Röhre T angebrachte Gradeinteilung gestattet dann die unmittelbare Ablesung des gesuchten Winkels g.
  • Indessen wird man vorzugsweise das Verfahren benutzen, das darin besteht, die Detektorenbasis MN um die durch den Punkt 0 gehende Senkrechte zu drehen, um den Winkel g und damit den Winkel 6 auf den Wert Null zu bringen. Man mißt dann den Drehwinkel der Basis MN gegenüber einer senkrechten Bezugsebene oder man benutzt diese Drehung der Basis MN, um unmittelbar die Einstellung oder Ausrichtung eines anderen Gerätes, z. B. eines Artillerierichtgerätes, zu steuern.
  • Wenn der Winkel 0 mit einer Unbestimmtheit d# gemessen ist, wird die Messung des Winkels g oder die Einstellung mit einem Fehler dg behaftet sein, so daß # #a d0-= zuG cosgdg dg, d. h. dz = dz #a d0- ist ein kennzeichnender Wert, der einerseits von der Oszillographenröhre und anderseits vom Benutzer der Meßeinrichtung abhängt.
  • Die Genauigkeit der Richtungseinstellung oder der Messung des Winkels g kann durch Vergrößerung des- Abstandes a zwischen den Schwerpunkten der Mikrophongruppen M und N erhöht und damit dg sehr klein gemacht werden. Jedoch ist die Vergrößerung des Abstandes a begrenzt; denn wenn der Abstand a der Mikrophongruppen M und N einen gewissen Wert übersteigt, tritt eine Unbestimmtheit der Messung auf. Wenn nämlich die Phasendifferenz zwischen den in den Mikrophongruppen M und N empfangenen Schwingungen über I800 hinausgeht, d. h. wenn a rr a sin g > oder # a >2 ist, werden mehrere Richtungen für den Punkt S, die sich um ein ganzes Vielfaches von I800 voneinander unterscheiden, ein und derselben Lage des sichtbaren Striches auf dem Leuchtschirm der Oszillographenröhre und damit ein und demselben Winkel 0 entsprechen.
  • Diese Unbestimmtheit ist bei der in Abb. 2 veranschaulichten Weiterbildung der Meßeinrichtung nach Abb. I bei gleichzeitiger Erzielung einer großen Meßgenauigkeit dadurch vermieden, daß zwei Paare von Mikrophongruppen M,, N1 und M', N1, vorgesehen sind, die beide die gleiche Symmetrieebene besitzen und zusammen um ein und dieselbe, in dieser Symmetrieebene liegende, durch den Punkt 0i gehende senkrechte Achse drehbar sind.
  • Diese vier Mikrophongruppen sind unter Zwischenschaltung von Verstärkern G1 mit einem elektronischen Umschalter C verbunden, der so ausgebildet ist, daß er wechselweise die aus den Gruppen M1 und N1 und aus den Gruppen M,' und N1, entnehmbaren Spannungen einem gemeinsamen Gerät D1 zuleitet, das die Summe s und die Differenz d der ihm zugeführten Spannungen bildet und diese Summen- bzw. Differenzspannungen unter Verschiebung des einen Spannungswertes um arv/2 an die beiden Plattenpaare einer Oszillographenröhre T1 legt.
  • Wenn die Taktfolge, in welcher der Umschalter C die Mikrophongruppenpaare M1, N1 und M,', N1' abwechselnd an das Gerät D1 anschließt, genügend hoch ist, erscheinen, wie in Abb. 2 angedeutet, auf dem Leuchtschirm der Röhre Tj gleichzeitig zwei Striche, die den mit den beiden Mikrophongruppenpaaren M1, N1 und M1,, N1, durchgeführten Messungen entsprechen.
  • Das Gruppenpaar M1, N1 bildet die Basis der »Grobmessung«, und der gegenseitige Abstand der beiden Gruppen M1 und N1 ist kleiner als die halbe Wellenlänge der zu empfangenden Schwingung und kann beispielsweise, wenn eine Wellenlänge von etwa 10 cm verwendet wird, in der Größenordnung von 5 cm sein. Der von diesem Gruppenpaar auf dem Schirm der Röhre T1 zum Entstehen gebrachte Strich stellt eine wenig genaue Messung dar, die aber nicht mit einer Unbestimmtheit behaftet ist.
  • Die Entfernung zwischen den Mikrophongruppen M1, und N1,, welche die Basis der »Feinmessung« darstellen, wird dagegen auf das nach den mechanischen Ausführungsverhältnissen der ganzen Meßeinrichtung zulässige Höchstmaß gebracht und kann beispielsweise, unter Annahme der obengenannten Wellenlänge, mehrere Meter erreichen.
  • Der von diesem Gruppenpaar auf dem Leuchtschirm der Röhre T1 erzeugte Strich bedeutet eine sehr genaue Messung, die jedoch nicht frei von Unbestimmtheit ist.
  • Um eine sehr genaue und dabei auch bestimmte Messung zu erhalten, ist es nur notwendig, die durch die zwei Mikrophongruppenpaare M,, N und M1', N,' auf dem Schirm der Röhre T1 hervorgerufenen beiden Striche zur Deckung mit der Senkrechten zu bringen, was durch Drehung der Gesamtheit der vier Mikrophongruppen um die durch den Punkt 01 gehende senkrechte Achse erreicht wird.
  • Wenn die Strahlungsquelle S nicht Hörschallschwingungen, sondern elektromagnetische oder Ultraschallschwingungen abstrahlt oder reflektiert, sind die Mikrophongruppen durch entsprechende andere Detektoren z. B. durch die bei den sogenannten Radar- oder Asdic-Geräten verwendeten Detektoren zu ersetzen. Auch läßt sich mit der Meßeinrichtung nach der Erfindung sowohl ein gegenüber der Waagerechten als auch der Senkrechten anzunehmender Winkel genau bestimmen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Meßeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer Quelle unmittelbarer oder reflektierter elektromagnetischer oder Schall- oder Ultraschallstrahlung nach dem sogenannten Summen-D ifferenz-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Detektorenbasen vorgesehen sind, die je zwei für die Umwandlung der empfangenen Strahlung der Strahlenquelle in elektrischem Strom ausgebildete und in einem bestimmten Abstand voneinander angebrachte Detektoren umfassen und um eine in der gemeinsamen Symmetrieebene dieser beiden Detektorenpaare liegende senkrechte Achse drehbar sind, wobei der Abstand der Detektoren der einen Basis kleiner und der anderen Basis größer ist als die halbe Wellenlänge der Strahlung.
  2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren mit einem elektronischen Umschalter in Verbindung stehen, der abwechselnd die Detektoren der einen und der anderen Basis an ein allen Detektoren ge- meinsames Gerät anschließt, welches die Summe bzw. die Differenz der Spannungen zu bilden vermag, die es von den beiden Detektoren einer Basis gleichzeitig empfängt.
  3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Summe und die Differenz der Spannungen herstellende Gerät seinerseits mit einer Oszillographenröhre derart verbunden ist, daß es die gebildeten Spannungssummen und Spannungsdifferenzen unter Verschiebung des einen Spannungswertes um den beiden Plattenpaaren der Röhre zuführt.
DES32591A 1952-03-14 1953-03-14 Messeinrichtung zur Ermittlung einer Winkelkoordinate einer elektro-magnetischen oder einer Schall- oder Ultraschall-Strahlungsquelle Expired DE932991C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1247033B (de) * 1962-03-30 1967-08-10 Kern & Co Ag Einrichtung zur Messung von Distanzen
FR2439383A1 (fr) * 1978-10-20 1980-05-16 Petroles Cie Francaise Procede de mesure, par ultra-sons, d'angles dans l'eau, ainsi que dispositif de mise en oeuvre

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1247033B (de) * 1962-03-30 1967-08-10 Kern & Co Ag Einrichtung zur Messung von Distanzen
FR2439383A1 (fr) * 1978-10-20 1980-05-16 Petroles Cie Francaise Procede de mesure, par ultra-sons, d'angles dans l'eau, ainsi que dispositif de mise en oeuvre

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