DEC0002741MA

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Publication number: DEC0002741MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 28. September 1950 Bekanntgemacht am 5. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die oszillographischen Verfahren zur Kurzzeitmessung werden insbesondere zur Auffindung von beweglichen Hindernissen benutzt, die sich in einem Hochfrequenzfeld befinden und ein elektromagnetisches Echo aussenden können.

Zur Entfernungsanzeige dient meist ein Braunsches Rohr, auf dessen Leuchtschirm das Eintreffen des periodisch ausgesandten Impulses nach Reflexion an dem Hindernis durch Auslenkung oder Helligkeitssteuerung einer als Zeitbasis dienenden kreisförmigen oder geradlinigen Bahn des Kathodenstrahls angezeigt wird.

Um den Zeitmaßstab zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung größenordnungsmäßig der jeweils zu messenden Entfernung anzupassen, können Mittel zur Veränderung der Periode der ausgesandten Impulse vorgesehen sein.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die ausgesandte Welle mittels eines von Hand einstellbaren Phasenschiebers so weit zu verzögern, bis ihre Koinzidenz mit der reflektierten Welle an einem Meßgerät festgestellt werden kann. Die Einstellung des Phasenschiebers ist dann ein Maß für die gesuchte Entfernung.

Um nur solche Hindernisse anzuzeigen, die in der Nähe einer bestimmten Entfernung liegen, wird ein Läufer von Hand auf diejenige Stelle des Leuchtschirms eingestellt, die der gewünschten

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Entfernung entspricht. Mit dem Läufer ist eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Rechtecksignals gekuppelt. Dieses Rechtecksignal gibt den Kathodenstrahl nur in der Nähe der gewünschten Entfernung frei, und nur in diesem Bereich erscheinen die Echospuren.

Die Erfindung bezweckt, die Leichtigkeit der Handhabung und die Genauigkeit der fortlaufend an einem bewegten Hindernis vorgenommenen

ίο Entfernungsmessungen, bei welchen das erwähnte Verfahren des periodischen Aufleuchtens der Kathodenstrahlröhre benutzt wird, zu steigern. ' Die Erfindung sieht ein Organ zur Phasenregelung dieses Aufleuchtens vor, welches gleichzeitig eine Dehnung der Ableseskäla in "dem betreffenden Punkt bewirkt. Außerdem sieht die Erfindung eine regelbare Verschiebung der oszillographischen Zeitbasis vor, welche eine gedehnte Sekundärskala ergibt, so daß vor einer festen Marke das zu verfolgende Echo festgehalten werden kann. Die Ablesung der Entfernung zu dem Hindernis wird so unmittelbar durch die Winkelstellung des Organs für die Phasenregelung gegeben. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil einer sehr genauen Ablesung und einer großen Bequemlichkeit für augenblickliche und fortlaufende Fernübertragung, weil auf der Achse · des Phasenschiebers nur ein Winkelübertrager angebracht zu werden braucht. Ferner macht man sich auf diese Weise frei von Anzeigefehlern des Braunschen Rohres.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die Zeichnung.

Fig. ι zeigt den Verlauf der sinusförmigen Speisespannung während einer Ablenkperiode des Kathodenstrahls, welche der maximalen für das Gerät vorgesehenen Laufzeit der Wellen entspricht. In Fig. 2 ist die Elektronenspur auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre bei Polarkoordinatendarstellung abgebildet. Auf dem Leuchtschirm erscheint ein von der an dem Hindernis reflektierten Welle herrührender Zacken, der vom Ursprung um einen Winkel α entfernt ist, welcher durch folgende Beziehung festgelegt ist:

2 · 360 -F

Hierbei ist c Lichtgeschwindigkeit, F Frequenz des Drehfelds, α gemessener Winkel, α Entfernung des Hindernisses. ... .

Das System zur Phasenregelung kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. durch Veränderung der Werte der Impedanzen in einem Stromkreis. Zur Erzielung einer besseren Proportionalität der Phase der Signale und der Drehwinkel ist jedoch das übliche System eines Phasenmessers mit Drehfeld vorzuziehen.

Man erzeugt ein kreisförmiges Drehfeld, dessen Kreisfrequenz der größten zu messenden Zeit entspricht. Wenn die Skala Entfernungen z. B. bis zu 30 km umfaßt, ist die Periode des Feldes wenigstens V5000 Sekunde.,Ein von Hand verschiebbarer Rotor wird in dem kreisförmigen Feld angeordnet. Er nimmt eine sinusförmige Wechselspannung mit der Frequenz 5000 auf, deren Phase in bezug auf das Erzeugerfeld durch den Winkel gemessen wird, den der Rotor mit seiner Ursprungslage bildet.

Mit Hilfe von Kippschwingungserzeugern und von bekannten Schaltungen wird aus dieser Spannung ein kurzes Rechtecksignal von gleicher Periodizität abgeleitet, dessen Dauer durch die gewünschte Ablesegenauigkeit festgelegt ist, jedoch mindestens die zwei- bis dreifache Dauer des Echosignals aufweisen soll. Dieses Rechtecksignal, das in Fig. 3 dargestellt ist, wird dem Wehneltzylinder der Hauptkathodenstrahlröhre, an welcher die Ablenkung des Fleckes eine Skala von z. B. 30 km darstellt, zugeführt und bringt einen Teil dieser Skala zum. Auf leuchten (s. Fig. 2). Die Lage dieses Teiles ändert sich in bezug auf den Nullpunkt der Skala, wenn man den Rotor von Hand verdreht. Dadurch kann man in der Praxis mit Hilfe eines Leuchtzeigers die Verschiebung des Echos verfolgen, d.h.:.in jedem Augenblick die Entfernung des Hindernisses feststellen, indem man entweder eine Länge an dem Schirm der Röhre mißt oder vorzugsweise die Winkelstellung des Rotors. Auf diese Weise wird man von der Proportionalität der Ablenkung-des Kathodenstrahls frei.

Die Ablenkspannung der Ableseröhre ist selbstverständlich synchron zu der das Drehfeld erzeu- genden Spännung (Fig. 1), und ihre Phase ist an diejenige des Feldes starr gebunden. In der Praxis wird ein stabilisierter Generator zugleich die Ablenkung der * Röhre und das Drehfeld des Phasenschiebers steuern. -

Gemäß der Erfindung wird eine größere Ablesegenauigkeit in der folgenden Weise erzielt: Mit Hilfe des verschiebbaren kurzen Rechtecksignals (Fig. 3) stellt man eine Sägezahnspannung (Fig. 4) von gleicher Dauer her, die an ein Plattenpaar einer Hilfskathodenstrahlröhre (Fig. 5)' im allgemeinen von kleinem Durchmesser angelegt wird. Die gesamte Ablenkung in dieser Röhre wird so in einigen Mikrosekunden durchgeführt, und die Länge der Skala, bezogen auf die Lichtgeschwindigkeit, stellt z. B. 2 oder 3 km dar.

Die reflektierten elektromagnetischen Wellen werden dem zweiten Plattenpaar nach Verstärkung zugeführt. An der Hilfsröhre wird so ein gedehnter Teil der Skala des Hauptoszillographen wieder- no gegeben, und dieser Teil liegt zwischen zwei Entfernungsgrenzen α —g und a + ε. Wenn ein. von einem beweglichen Hindernis stammendes Echo an der Hauptröhre- sichtbar wird, kann, lediglich durch Betätigung des Phasenregelknopfes, Folgendes bewirkt werden:

, a) Die Echospur an dem Hauptoszillograph wird sehr leuchtstark und die Beobachtung weniger ermüdend gemacht.

b) Das Echo wird an dem Feinableseoszillograph. zur Erscheinung gebracht, und es wird das Amplitudenmaximum dieses Echosignals dauernd gegenüber einer festen Marke festgehalten. Bei einem genügend untersetzten Antrieb des Rotors kann die Genauigkeit seiner Winkelstellung zu einer Genauigkeit von + 50 m bei der Entfer-

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nungsbestimmung führen. Die Fernübertragung des Ergebnisses ohne besondere Beanspruchung des Bedienungsmannes wird sehr einfach erreicht, indem auf derselben Achse wie der Rotor des Phasen-Schiebers der bewegliche Rahmen eines Winkelübertragers nach Art eines Kreuzspulgerätes befestigt wird.

c) Den Modulationselektroden der Kathodenstrahlröhren, die für die Messung der Winkel in

ίο der horizontalen bzw. vertikalen Ebene (welche die Richtung des Hindernisses bestimmen) dienen, werden Impulse zugeführt, welche nur Signale erscheinen lassen, welche von Hindernissen stammen, die in einem auf die Nähe des zu beobachtenden Hindernisses beschränkten Entfernungsbereich liegen und so andere Echos ausschalten, welche die Ablesung stören könnten. Die Bestimmung der Winkel kann vorgenommen werden, indem man entweder das Maximum oder das Verschwinden des Empfangs aufsucht öder durch die Methode der gekreuzten Diagramme oder durch fortlaufende Abtastung des Raumes usw., ohne daß dadurch die Anwendung der Erfindung.beeinträchtigt werden kann. Der erhebliche Vorteil, welcher sich daraus ergibt, liegt in der automatisch durchgeführten Behebung des Zweifels, da· die Winkelsucher sich nur nach dem sichtbaren Echo richten können, welches durch das Signal des Phasenschiebers auf dem Schirm markiert und erleuchtet wird.

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Entfernungsmessung nach der Echomethode mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen einschließlich Lichtwellen, wobei auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre Spuren erscheinen, deren Lage von der Entfernung der Hindernisse abhängt und deren Phase mit Hilfe einer Phasenschiebereinrichtung, die auch die Entfernungsablesung in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung gestattet, verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die von Hand einstellbare Phasenschiebereinrichtung mit der Frequenz der dem zu messenden Höchstzeitwert entsprechenden Hauptzeitbasis arbeitet, wobei die Speisespannung ein Drehfeld erzeugt, dessen Phase sich nach der Winkelstellung der von Hand eingestellten Rotorachse ändert, wobei der Anfangszeitpunkt mit dem Beginn der Sendung der Welle zusammenfällt, und daß ferner die vom Läufer der Entfernungsbereicheinstellvorrichtung gelieferte Spannung in ein kurzes Rechtecksignal von gleicher Periodizität wie die Basisfrequenz umgewandelt und der Wehneltelektrode der Hauptkathodenstrahlröhre zugeführt wird, so daß nur ein kleiner Teil der Skala je nach der Läuferstellung des Phasenreglers aufleuchtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem kurzen Rechtecksignal eine Sägezahnspannung gewonnen und einem Ablenkplattenpaar einer Hilfskathodenstrahlröhre zugeführt wird, welche dadurch einen Teil der Hauptskala vergrößert wiedergibt.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Läuferachse des Phasenschiebers ein Winkelübertrager angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen