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Schalteinrichtung zur Erzeugung von Stromstößen zur Impulserregung
eines Schallsenders Bei Echoloten werden periodisch Schallimpulse ausgesandt, um
aus der Zeitdifferenz zwischen der Schallaussendung und dem Eintreffen eines Echos
die Entfernung echoerzeugender Gegenstände zu ermitteln. Die Zeitmessung erfolgt
mittels eines vom Triebwerk des Echolotes periodisch über eine Skala bewegten Anzeigegliedes.
In bestimmter zeitlicher Beziehung zu der Bewegung des Anzeigegliedes löst das Triebwerk
periodisch die Aussendung eines Schallimpulses aus. Bei vielen handelsüblichen Geräten
werden die Schallimpulse durch Stoß erregung eines elektroakustischen Wandlers,
insbesondere eines Magnetostriktionsschwingers, erzeugt. Dabei wird ein aufgeladener
Kondensator durch das vom Triebwerk in einem bestimmten Augenblick bewirkte Schließen
eines Schalters stoßweise über die Wicklung des Schwingers entladen urid anschließend
bei geöffnetem Schalter über einen Widerstand allmählich wieder aufgeladen, wonach
durch erneutes Schließen des Schalters die nächste Entladung ausgelöst wird, und
so fort. Von der insgesamt aufzuwendenden elektrischen Leistung wird nur die Hälfte
zur Stoßerregung des Schwingers ausgenutzt, die andere Hälfte geht im Aulfladewiderstand
verloren.
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Zur Vermeidung dieses Energieverlustes ist es bereits vorgeschlagen,
sowohl Auf- als auch Entladung eines Kondensators stoß weise zu bewirken
und
beide zur Erzeugung je eines Impulses zu verwerten, dabei erfolgt jedoch die Auslösung
der Ladung bzw. Entladung des Kondensators unmittelbar durch Betätigung eines Umschalters.
Der Stoßkreis wird daher abwechselnd über verschiedene Kontakte geschlossen, und
es ist in diesem Falle sehr schwierig oder praktisch unmöglich, zu erreichen, daß
die miteinander abwechselnden Schaltvorgänge ständig beide in der gleichen bestimmten
Zeitbeziehung zu der periodischen Bewegung des Anzeigegliedes erfolgen. Zumindest
ist eine doppelte Knntaktjustierung vorzusehen.
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Die Erfindung vermeidet die damit verbundenen Schwierigkeiten, indem
in einer Echolotschaltung zur periodischen Stoßerregung eines Schallsenders, insbesondere
eines Magnetostriktionsschwingers, außer einem zur Vorbereitung stoßweiser Ladungen
und Entladungen bzw. stoßweiser Umladungen eines Stoßkondensators dienenden Umschalter
ein Auslöseschalter zur Auslösung der stoßweisen Ladungsänderungen vorgesehen ist,
wobei der Umschalter wechselweise eine Spannungsquelle und einen Kurzschlußleiter
oder eine Spannungsquelle mit wechselnder Polung über die Erregerwicklung des Schallsenders
und den geöffneten Auslöseschalter mit dem Stoßkondensator verbindet und der Auslöseschalter
nach jedesmaliger Betätigung des Umschalters zu bestimmten Zeiten geschlossen wird.
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Es ist bekannt, einen Kondensator durch die aufeinanderfolgenden
Halbwellen einer Wechselspannung abwechselnd in entgegengesetztem Sinne aufzuladen
und ihn jedesmal kurz vor Erreichung des Spannungsmaximums über eine Löschfunkenstrecke
und die Wicklung eines Magnetostriktionsschwingers stoßweise zu entladen. In dieser
Schaltung wird der Schwinger, wie bisher üblich, nur bei der stoßweisen Entladung
des Kondensators, nicht während dessen allmählicher Aufladung erregt.
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Dadurch, daß sowohl Auf- wie Entladung des Stoßkondensators stoß
weise erfolgen und beide für die Schwingererregung ausgenutzt werden, wird eine
beträchtliche Ersparnis an elektrischer Energie gegenüber der üblichen Schaltung
erzielt, bei der der Kondensator abwechselnd über einen Widerstand aufgeladen und
anschließend stoßweise entladen wird. Gleichzeitig ist eine genaue zeitliche tjbereinstimmung
aufeinanderfolgender Schall aussendungen mit der Bewegung des Anzeigegliedes sichergestellt.
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Für die praktische Ausführung der Schaltung nach der Erfindung bestehen
zwei Möglichkeiten.
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Bei der ersten wird der Stoßkondensator, mit dem der zu erregende
Schwinger in Reihe geschaltet ist, abwechselnd an eine Spannungsquelle gelegt und
kurzgeschlossen. Die Ladespannung des Kondensators wechselt dabei zwischen der Spannung
der Spannungsquelle und dem Werte Null. Entsprechend der zweiten Möglichkeit wird
der Stoßkondensator abwechselnd mit verschiedener Polung über den Schwinger mit
einer Spannungsquelle verbunden.
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Die Ladespannung des Kondensators wechselt dabei sprungweise zwischen
einem positiven und einem negativen Spannungswerte, deren Betrag gleich der Spannung
der Spannungsquelle ist. Der Betrag der sprungweisen Änderung der Ladespannung des
Stoßkondensators bei jeder Umladung ist doppelt so groß wie die Spannung der Spannungsquelle.
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Zur Erzeugung des gleichen Erregungsstromstoßes braucht deshalb bei
der zweiten Schaltung die Spannung der Spannungsquelle nur halb so groß zu sein
wie bei der ersten Schaltung, z. B. nur 500 V statt I000 V, wodurch eine schwächere
Isolation bei der Spannungsquelle und den Leitungen benutzt werden kann.
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Als Spannungsquelle für die stoß weise Aufladung bzw. Umladung des
Stoßkondensators wird zweckmäßig ein Speicherkondensator vorgesehen, dessen Kapazität
groß im Verhältnis zu der des Stoßkondensators ist und der ständig mit einer Stromquelle
verbunden ist.
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Die Erfindung werde an einigen Ausführungsbeispielen und an Hand
der Ahbildungen erläutert. Es zeigen Abb. I und 2 verschiedene Ausführungsformen
einer Sendeschaltung für Echolote mit Zweischwingerbetrieb, Abb. 3 eine Sendeschaltung
für Echolot mit Einschwingerbetrieb und Polarisationseinrichtuug.
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In den Abbildungen bezeichnet I einen Magnetostriktionsschwinger
zum Senden von Schallimpulsen für die Echolotung, der durch Auf- und Entladung bzw.
xvechselndeUmladungeines Stoßkondensators 2 von z. B. 2 ,uF zum Schwingen angeregt
wird. Der Stoßkondensator2 erhält seine Spannung von einem als Spannungsquelle dienenden
größeren Speicherkondensator 3 von z. B. 10 ,aF, der seinerseits von einer Gleichspannungsquelle
4 über einen Widerstand 5 von z. B. I000 Ohm aufgeladen wird. Allen dargestellten
Schaltungen gemeinsam sind weiter ein Umschalter 6 bzw. 7 und ein Auslöseschalter
8, die in bestimmtem Wechsel betätigt werden.
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In der Schaltung nach Abb. I wird der Kondensator 2 über den Schwinger
I abwechselnd plötzlich aufgeladen oderentladen. Zu diesem Zweck wird er über den
in Reihe geschalteten Auslöseschalter 8 durch einen Umschalter 6 wechselweise mit
dem Speicherkondensator 3 verbunden oder kurzgeschlossen. Der Auslöseschalter 8
wird jeweils nach Umlegen des Schalters 6 kurzzeitig geschlossen und löst dadurch
einen durch die Wicklung des Schwingers I fließenden Ausgleichstrom aus. Die Genauigkeit
des Sendezeitpunktes ist dadurch unabhängig von dem Zeitpunkt, zu dem der bewegliche
Kontakt des Umschalters 6 die Verbindung mit einem der beiden feststehenden Schalterkontakte
herstellt.
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Von den bekannten Stoßerregungsschaltungen für Echolotschwinger unterscheidet
sich die dargestellte Schaltung dadurch, daß nicht nur der Entlade- sondern auch
der Aufladevorgang zur Erregung des Schwingers ausgenutzt und dadurch elektrische
Energie eingespart wird.
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Abb. 2 zeigt eine Schaltung, in der der Stoßkondensator 2 zur Erzeugung
der Sendeimpulse durch einen Wechselschalter 7 umgepolt wird. Dadurch wird erreicht,
daß die jeweilige Aufladespannung des Stoßkondensators und die Spannung
des
Speicherkondensators 3 sich addieren, so daß für eine bestimmte Erregungsstärke
des Schwingers 1 die Spannung der Spannungsquelle 4 nur halb so groß zu sein braucht
wie bei der Schaltung nach Abb. I. Der mit dem Stoßkondensator 2 über den Wechselschalter
7 in Reihe liegende Auslöseschalter 8 wird jeweils betätigt, nachdem der Wechselschalter
die Umpolung des Stoßkondensators 2 durchgeführt und damit die Stoßerregung vorbereitet
hat.
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Abb. 3 zeigt eine für den sogenannten Einschwingerbetrieb bestimmte
Abänderung der Schaltung nach Abb. I. Bei diesem wird derselbe Magnetostriktionsschwinger
sowohl zum Aussenden als auch zum Empfangen der Schallsignale benutzt. Es hat sich
gezeigt, daß die für die Benutzung als Empfänger erforderliche permanente Magnetisierung
des Schwingers bei der Stoßerregung verlorengeht.
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Anstatt wie sonst üblich eine Polarisation durch eine besondere Gleichstromquelle
vorzusehen, ist es zweckmäßiger, eine Einrichtung zu treffen, durch die nach jeder
Stoßerregung die permanente Polarisation des Schwingers selbsttätig erneuert wird.
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Hierzu wird der aperiodisch abklingende Entladestrom eines Hilfskondensators
9 benutzt, der in Reihe mit einem vorzugsweise induktiven Widerstand 10 dem Stoßkondensator
2 parallel geschaltet ist. Der Widerstand 10 ist so bemessen, daß die Angleichung
der Spannung des Hilfskondensators g an die des Stoßkondensators 2 bei plötzlichen
Änderungen dieser Spannung aperiodisch erfolgt.
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Die Induktivität des Widerstandes Io bewirkt eine Verzögerung des
als Polarisationsstrom dienenden Auf- bzw. Entladungsstromes des Kondensators 9,
so daß dieser erst dann voll wirksam wird, wenn die Schwingung des Stoß stromes
schon weitgehend abgeklungen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.
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So kann die Verdopplung der Stoßspannung durch Umpolen des Stoßkondensators
nach Abb. 2 auch in Verbindung mit einer Polarisationseinrichtung für den Einschwingerbetrieb
nach Abb. 3 angewendet werden. Die Polarisation kann statt durch den Entladestrom
eines Hilfskondensators auch mit einem Impulsgenerator durchgeführt werden. Auch
ist es möglich, zur Erzeugung des Polarisationsstromes die Speicherwirkung einer
Drossel an Stelle eines Kondensators auszunutzen.
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Obwohl die Erfindung besondere Bedeutung für die Impulserregung von
Schallsendern hat, kann sie sinngemäß auch Anwendung finden bei der Impulserzeugung
für andere Zwecke, wie z. B. für den elektrischen Fischfang oder zur Erzeugung von
Fotoblitzen.