DE957070C

DE957070C - Device for measuring the distance using the backscatter method

Info

Publication number: DE957070C
Application number: DEE9167A
Authority: DE
Inventors: Hans Bolzmann
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1954-06-29
Filing date: 1954-06-29
Publication date: 1957-01-31

Description

Vorrichtung zur Messung der Entfernung nach dem Rückstrahlverfahren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Entfernung nach dem Rückstrahlverfahren mittels elektromagnetischer oder akustischer Wellenimpulse unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre als Anzeigegerät und einer verzögerten und gedehnten Zeitablenkung iwecks Darstellung eines seiner Entfernung nach stetig veränderlichen Teilmeßbereiches.Device for measuring the distance using the retro-reflective method the The invention relates to a device for measuring the distance using the retroreflective method by means of electromagnetic or acoustic wave pulses using a Cathode ray tube as a display device and a delayed and extended time deflection For the purpose of displaying a sub-measuring range that is continuously variable in terms of its distance.

Geräte dieser Art sind sowohl aus der Unterwasserschalltechnik als auch aus der Radartechnik bekannt. Devices of this type are both from underwater sound technology as also known from radar technology.

Im allgemeinen ist die Impulsfolgefrequenz der ausgesendeteng Meßimpulse so gewählt, daß sie dem größten vorhandenen Entfernungsmeßbereich entspricht, d. h. daß der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meß impulsen mindestens so groß ist wie die doppelte Laufzeit des Meßimpulses für die Strecke des größten Meßbereiches. In general, this is the pulse repetition frequency of the measuring pulses transmitted chosen so that it corresponds to the largest existing distance measuring range, d. H. that the time interval between two successive measuring pulses at least is as large as twice the transit time of the measuring pulse for the distance of the largest Measuring range.

Insbesondere bei Echolotungen mit akustischen Wellenimpulsen ergeben sich dabei verhältnismäßig lange Laufzeiten für die größten Meßbereiche. Verwendet man als Anzeigegerät ein solches mit visueller Anzeige, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, so ergibt sich dabei der Nachteil, daß die Anzeige der aufeinanderfolgenden empfangenen Echoimpulse dem Auge nicht mehr kontinuierlich erscheint, sondern flackert oder flimmert. Es ist aber erwlünschb, zumindest in den kleineren Meßbereichen eine flimmerfreie Anzeige zu erhalten, die in diesen Meßbereichen infolge der kurzen Laufzeiten der Echoimpulse auch-erreichbar ist. Es ist auch schon bekannt, die Impuls folgefrequenz mit der in Stufen erfolgenden Umschaltung der Teilbereiche bei registrierenden Echolotmeßgeräten sprungweise zu ändern. Particularly in the case of echo sounding with acoustic wave pulses relatively long running times for the largest measuring ranges. Used a display device with a visual display, for example a cathode ray tube, so there is the disadvantage that the display of the consecutive received Echo pulses no longer appear to the eye continuously, but flickers or flickers. However, it is desirable to have a flicker-free one, at least in the smaller measuring ranges advertisement to get that in these measuring ranges as a result of the short The transit times of the echo pulses are also achievable. It is also already known the impulse sequence frequency with the switching of the sub-areas taking place in stages when registering To change depth sounders by leaps and bounds.

Die vorliegende Erfindung bezweckt bei. Verwendung einer Kathodenstrahlröhre mit kontinuierlicher Einstellung eines Teilmeßbereiches eine kontinuierliche Regelung der Folgefrequenz der ausgesendeten Meßimpulse in Anpassung an den jeweils eingestellten Teilmeßbereich. The present invention aims at. Using a cathode ray tube continuous regulation with continuous setting of a partial measuring range the repetition frequency of the transmitted measuring pulses in adaptation to the respectively set Partial measuring range.

Erfindungsgemäß sind die Folgefrequenz der ausgesendeten Meßimpulse und die Verzögerung der Zeitablenkung zwangläufig in Abhängigkeit voneinander derart regelbar, daß einer Vergrößerung der Verzögerung (und damit der eingestellten Entfernung des Teilmeßbereiches) eine Verringerung der Folgefrequenz entspricht, und umgekehrt. According to the invention, the repetition frequency of the transmitted measuring pulses and the delay of the time deflection inevitably dependent on each other in such a way adjustable so that an increase in the delay (and thus the set distance of the partial measuring range) corresponds to a reduction in the repetition frequency, and vice versa.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die jeweils eingestellte Folgefrequenz der ausgesendeten Meßimpulse derart, daß sie der jeweiligen Entfernung des Teilmeßbereiches oder einer etwas größeren Entfernung entspricht. In a further development of the invention, the is set in each case Repetition frequency of the transmitted measuring pulses in such a way that they correspond to the respective distance of the partial measuring range or a slightly larger distance.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained.

Fig. I stellt ein Blockschaltbild einer mit Schallwellenimpulsen arbeitenden Echolotanlage nach der Erfindung dar; Fig. 2 bis 4 zeigen die Schaltungsanordnung der einzelnen in Fig. I angegebenen Teile der Apparatur; in Fig. 5 ist der Verlauf der elektrischen Spannungen für die einzelnen Teilapparaturen wiedergegeben. Fig. I is a block diagram of one with acoustic wave pulses working echo sounder according to the invention; Fig. 2 to 4 show the circuit arrangement of the individual parts of the apparatus indicated in FIG. in Fig. 5 is the course the electrical voltages for the individual sub-apparatus are shown.

Gemäß Fig. I ist ein Generator I zur Erzeugung elektrischer Wellenimpulse vorgesehen, an den ein Druckwellensender 2 angekoppelt ist, der die elektrischen Impulse in Schall- oder Ultraschallimpulse umsetzt. Zum Empfang der reflektierten Echoimpulse ist der Druckwellenempfänger 3 vorgesehen, an den der Verstärker 4 angeschlossen ist. According to Fig. I is a generator I for generating electrical wave pulses provided, to which a pressure wave transmitter 2 is coupled, the electrical Converts impulses into sound or ultrasound impulses. To receive the reflected The pressure wave receiver 3 to which the amplifier 4 is connected is provided for echo pulses is.

Der Ausgang des Verstärkers 4 ist mit der als Anzeigegerät dienenden Kathodenstrahlröhre 5 verbunden. Der Taktgeber 7 bestimmt die Folgefrequenz der ausgesendeten Meßimpulse. An den Taktgeber7jt ein Verzögerungsgerät 8 angeschlossen.The output of the amplifier 4 is connected to that used as a display device Cathode ray tube 5 connected. The clock 7 determines the repetition frequency of the transmitted measuring pulses. A delay device 8 is connected to the clock generator 7jt.

Dieses steuert einerseits verzögerbar das Kippgerät 6 der Kathodenstrahlröhre 5 und löst andererseits in periodischen Abständen den Generator I aus. In Abänderung des hier dagestellten Blockschaltbildes könnte der Generator I auch direkt vom Taktgeber 7 gesteuert werden. Im Taktgeber 7 ist ein Regler g und im Verzögerungsgerät 8 ein Regler 10 vorgesehen. Durch den Regler g ist die Folgefrequenz der vom Taktgeber 10 erzeugten Steuerimpulse und durch den Regler 10 die Verzugszeit zwischen der Auslösung des Generators 1 und der Auslösung des Kippgeräts 6 vorzugsweisestufenlos regelbar.On the one hand, this controls the tilting device 6 of the cathode ray tube in a delayed manner 5 and on the other hand triggers the generator I at periodic intervals. In modification In the block diagram shown here, the generator I could also come directly from the clock generator 7 can be controlled. In the clock 7 is a controller g and in the delay device 8 is a Regulator 10 is provided. With the controller g, the repetition frequency is that of the clock generator 10 generated control pulses and by the controller 10 the delay time between the Triggering of the generator 1 and triggering of the tilting device 6, preferably continuously adjustable.

Die beiden Regler g und 10 sind, wie dies durch die strichpunktierte Linie angedWeutet ist, zwangläufig miteinander gekuppelt. The two controllers g and 10 are, as indicated by the dash-dotted line Line is indicated, inevitably coupled with one another.

In Fig. 2 ist der Aufbau des Taktgebers 7 links der Linie I-I und des an ihn angeschalteten Verzögerungsgerätes 8 rechts dieser Linie dargestellt. In Fig. 2, the structure of the clock 7 is to the left of the line I-I and of the delay device 8 connected to it is shown on the right of this line.

Der Taktgeber ist in an sich bekannter Schaltung als Multivibrator aufgebaut. Die Frequenz der von diesem Multivibrator erzeugten Impulse kann durch das Potentiometerg, das im Gitterkreis der Röhre 11 angeordnet ist, stetig in den gewünschten Grenzen geregelt werden. Die an der Anode der Röhre 12 entstehenden positiven Impulse werden zur Auslösung der gittergesteuerten Gasentladungsröhre 13 benutzt, die im Ruhezustand durch eine negative Gittervorspannung gesperrt ist. An der Kathode dieser Röhre werden die bei der Zündung der Röhre entstehenden, zur Steuerung des Generators I dienenden Impulse abgenommen. Die Gasentladungsröhre I3 ist durch den Kondensator 22 überbrückt, der im nicht. gezündeten Zustand der Röhre auf die Anodenspeisespannung aufgeladen ist. Beim Zünden der Röhre I3 bricht die Spannung an diesem Kondensator zusammen und-steigt nach dem Löschen wieder exponentiell an. Durch diese ansteigende Spannung wird die nachfolgende, in Rückkopplungsschaltung geschaltete Röhre 14 gesteuert, die normalerweise durch eine negative Gittervorspannung gesperrt ist. Diese Vorspannung ist so eingestellt, daß die Röhre 14 nur in einem verhältnismäßig eng begrenzten Bereich der Gittervorspannung in Schwingung gerät. Diese Größe der Gittervorspannung, für welche die Röhre 14 schwingungsfähig ist, kann durch das im Kathodenkreis angeordnete Potentiometer 10 eingestellt werden.The clock generator is in a circuit known per se as a multivibrator built up. The frequency of the pulses generated by this multivibrator can be through the potentiometer, which is arranged in the grid circle of the tube 11, steadily in the desired limits can be regulated. Those arising at the anode of the tube 12 positive pulses are used to trigger the grid-controlled gas discharge tube 13 is used, which is blocked in the idle state by a negative grid bias. At the cathode of this tube, the generated when the tube is ignited, for Control of the generator I serving pulses removed. The gas discharge tube I3 is bridged by the capacitor 22, which is not. ignited state of The tube is charged to the anode supply voltage. When igniting the tube I3 breaks the voltage across this capacitor collapses and increases exponentially again after deletion at. This increasing voltage causes the following, in feedback circuit switched tube 14 controlled normally by a negative grid bias Is blocked. This bias is set so that the tube 14 only in one relatively narrow area of the grid prestress starts to vibrate. This magnitude of the grid prestress for which the tube 14 is able to vibrate, can be adjusted by means of the potentiometer 10 arranged in the cathode circuit.

An die Röhre 14 ist eine Verstärkerrönre 15 angekoppelt, die lediglich zur Amplitudenvergrößerung des von der Röhre 14 gelieferten Impulses dient. Im Ausgang der Röhre 15 wird der von dieser Röhre gelieferte Schwingungsimpuls demoduliert. Es lentstfeht dabei ein positiver, kurzdauernder Spannungs-impuls, Ider zur Auslösung des Kippgeräts 6 der Kathlodenslbrahlröhre benutzt wird. An amplifier tube 15 is coupled to the tube 14, which only serves to increase the amplitude of the pulse supplied by the tube 14. In the exit the tube 15 is demodulated by the vibration pulse supplied by this tube. A positive, short-duration voltage pulse is generated, Ider for triggering of the tilting device 6 of the cathode ray tube is used.

In Fig. 3 islt der Innenaufban eines Generators dargestellt, der mit Hilfe einer Stoßentladung arbeitet. Der Entladungskreis besteht dabei aus dem beispielsweise magnetostriktiven Schwinger 2 und dem Stoßkreiskondensator 19. Er kann durch den Kontakt I8 mit Hilfe des Relais I7 bei Tastung kurzgeschlossen werden. Die Auslösung der Stoßentladung erfolgt durch die gittergesteuert,e, normalerweise gesperrte Gasentladungsröhre I6 mit Hilfe des gemäß der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung an der Kathode der Röhre 13 entstehenden positiven Spannungsimpulses. In Fig. 3 islt the interior of a generator is shown, the works with the help of a surge discharge. The discharge circuit consists of the for example magnetostrictive oscillator 2 and the surge circuit capacitor 19. He can be short-circuited through contact I8 with the aid of relay I7 when keyed. The surge discharge is triggered by the grid-controlled, e, normally blocked gas discharge tube I6 with the aid of the one shown in FIG Circuit arrangement at the cathode of the tube 13 resulting positive voltage pulse.

In Fig.4 ist die einfachste Form eines Kippgeräts dargestellt, das beispielsweise auf die vertikalen Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre arbeitet. Der Kippkreiskondensator 21 kann hierbei durch eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre 20 periodisch entladen werden; der nach der Entladung sich ergebende exponentielle Anstieg seiner Ladung wird als Ablenkspannung für die Darstellung des jeweils gewünschten Teilmeßbereiches auf der Kathodenstrahlröhre verwendet. Die gittergesteuerte Gasentladungsröhre 20 ist normalerweise durch eine negative Gittervorspannung gesperrt und wird durch den Ausgangsimpuls des in Fig. 2 dargestellten Verzögerungsgeräts in periodischer Folge getastet. The simplest form of a tilting device is shown in FIG for example, works on the vertical baffles of the cathode ray tube. The breakover circuit capacitor 21 can in this case by a grid-controlled gas discharge tube 20 are periodically discharged; the exponential that results after the discharge Increase in its charge is used as a deflection voltage for the representation of each desired Partial measuring range used on the cathode ray tube. The grid controlled Gas discharge tube 20 is normally blocked by a negative grid bias and is generated by the output pulse of the delay device shown in FIG keyed in periodic sequence.

In Fig. 5 sind die Spannungsverläufe an den einzelnen in den Fig. 2 und 4 dargestellten Anordnungen wiedergegeben. In FIG. 5, the voltage curves at the individual in FIGS. 2 and 4 shown arrangements reproduced.

Bei a sind die am Ausgang des Multivibrators 7 erzeugten nahezu rechteckigförmigen Impulse dargestellt. Bei b ist der sägezahnförmige Spannungsverlauf an der Anode der gittergesteuerten Gasentladungsröhre I3 beziehungsweise am Kondensator 22 wiedergegeben. Bei c sind die hochfrequenten, an der Anode der Röhre 14 erzeugten Schwingungsimpulse wiedergegeben, während bei d die verstärkten und gleichgerichteten Impulse am Ausgang des Verzögerungsgeräts 8 aufgezeichnet sind. At a, those generated at the output of the multivibrator 7 are almost rectangular Impulses shown. At b is the sawtooth-shaped voltage curve at the anode the grid-controlled gas discharge tube I3 or on the capacitor 22 reproduced. At c are the high-frequency oscillation pulses generated at the anode of the tube 14 reproduced, while at d the amplified and rectified pulses at the output of the delay device 8 are recorded.

Blei e ist der Spannungsvlerlauf an dem in Fig. 4 dargestellten Kondensator 21 des Kippgeräts wiedergegeben. Man benutzt hierbei vorzugsweise den nahezu linearen Teil des Anstiegs der Sägezahnspannung während einer Zeit D t als Ablenkspannung für die Kathodenstrahlröhre 5.Lead e is the voltage curve on the capacitor shown in FIG. 4 21 of the tilting device reproduced. The almost linear one is preferably used here Part of the ramp voltage during a time D t as the deflection voltage for the cathode ray tube 5.

Diese Röhre ist beispielsweise so eingestellt und räumlich angeordnet, daß der Kathodenstrahl im Ruhezustand unterhalb des sichtbaren Teils des Bildschirms liegt. Durch den in Fig. 5, e, dargestellten steilen Abfall der Kippspannung bei der Tastung des Kippgerätes wird der Kathodenstrahl sehr schnell nach oben gerissen. Steigt die Spannung entspr,echlend dem in Fig. 5, e, gezeigten sägezahnförmigen Verlauf wieder an, so wandert das Bild des Elektronenstrahls von oben nach unten über den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre. This tube is set and spatially arranged, for example, that the cathode ray at rest is below the visible part of the screen lies. Due to the steep drop in the breakover voltage shown in FIG. 5, e When the tilting device is touched, the cathode ray is torn up very quickly. If the voltage increases in accordance with the sawtooth shape shown in FIG. 5, e Course again, the image of the electron beam moves from top to bottom via the cathode ray tube screen.

Die Zeit d t gemäß Fig. 5, e, während welcher der Bildpunkt über den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre geführt wird, entspricht der Dauer der Anzeigebereitschaft des Echolotgeräts; während dieser Zeit vom Empfänger aufgenommene Echoimpulse kommen also auf der Kathodenstrahlröhre zur Anzeige, nicht aber solche Impulse, die in den dazwischenliegenden Zeitintervallen empfangen werden. Durch die Veränderung der Gittervorspannung der Röhre 14 nach Fig. 2 mit Hilfe des Potentiometers 10 kann das Zeitintervall dt beliebig verschoben werden, so daß alle Teilmeßbereiche des größtmöglichen Meßbereiches in stetiger Folge eingestellt werden können. Da die beiden Potentiometer 9 und IO gemäß Fig. 2 zwanghäufig miteinander gekoppelt sind, wird durch Änderung der Einstellung der Verzögerungszeit gleichzeitig auch jeweils die Folgefrequenz der erzeugten Meßimpulse entsprechend geändert. The time d t according to FIG. 5, e, during which the image point over the screen of the cathode ray tube is guided, corresponds to the duration of the display readiness of the echo sounder; echo pulses picked up by the receiver come during this time so on the cathode ray tube for display, but not those pulses that are in the intervening time intervals are received. Through the change the grid bias of the tube 14 according to FIG. 2 with the aid of the potentiometer 10 can the time interval dt can be shifted arbitrarily, so that all sub-measuring ranges of the largest possible measuring range can be set in continuous sequence. Since the two potentiometers 9 and IO according to FIG. 2 are inevitably coupled to one another, is changed at the same time by changing the setting of the delay time the repetition frequency of the generated measuring pulses changed accordingly.

Claims

PATENT CLAIMS I. Device for measuring the distance after Reflection method by means of electromagnetic or acoustic wave impulses Using a cathode ray tube as a display device and a delayed and extended time deflection for the purpose of showing a distance that is continuously changing Partial measuring range, characterized in that the repetition frequency of the transmitted Measurement pulses and the delay in the time deflection necessarily depend on each other can be regulated in such a way that an increase in the delay (and thus the set Removal of the partial measuring range) corresponds to a reduction in the repetition frequency, and vice versa.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that each set repetition frequency of the transmitted measuring pulses is such that they the respective distance of the partial measuring range or a slightly larger distance is equivalent to.

3 Apparatus according to claim I or 2, characterized in that the repetition frequency of the measuring pulses can be regulated by means of a potentiometer (g) Clock (7) is adjustable, which can be activated directly or via intermediate devices a generator (I) feeding the transmitter (2) acts.

4. Device according to claims I to 3, characterized in that that the delay in the use of the time base of the cathode ray tube (5) can be set by means of a delay device (8) which has a sawtooth generator (13, 22) and a tube (I4) coupled to it with a feedback circuit contains, which is normally locked and in a narrowly limited manner, by means of a potentiometer (IO) adjustable range of the grid bias is permeable, and that this potentiometer (IO) is coupled to the potentiometer (g) of the clock generator (7).