DE1084960B - Device for measuring absolute speeds - Google Patents

Description

Einrichtung zur Messung absoluter Geschwindigkeiten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Betrages und der Richtung der wahren Geschwindigkeit eines Wasser- oder Luftfahrzeuges bzw. der Komponenten der wahren Geschwindigkeit parallel und senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, unter Verwendung einer auf dem Fahrzeug eingebauten elektrostatischen Maschine mit einem Paar von Elektroden, die, einander gegenüberliegend, auf einer waagerechten Kreisbahn mit bestimmter Frequenz umlaufen und mit Schleifringen verbunden sind, an denen bei Bewegung des Fahrzeugs im vertikalen magnetischen Erdfeld eine Wechselspannung erhalten wird. Device for measuring absolute speeds The invention relates to a device for measuring the amount and direction of the true speed of a watercraft or aircraft or the components of the true speed parallel and perpendicular to the vehicle's longitudinal axis, using one on the vehicle built-in electrostatic machine with a pair of electrodes attached to each other opposite, revolve on a horizontal circular path with a certain frequency and are connected to slip rings at which the vehicle moves vertically magnetic earth field an alternating voltage is obtained.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Messung der wahren Geschwindigkeit eines Fahrzeuges, die wie folgt aufgebaut ist. Auf einer waagerechten Kreisbahn laufen zwei einander diametral gegenüberliegende Elektroden (elektrostatische Kollektoren) um. An den Enden eines einem Kreisbahndurchmesser entsprechenden, durch Drehung um eine durch den Kreisbahnmittelpunkt gehende, zur Ebene der Kreisbahn senkrechte Achse verstellbaren Trägers sind zwei über einen Gleichstromverstärker mit einem Anzeigeinstrument verbundene Schleifbürsten angeordnet, mit denen die beiden Elektroden jeweils nach einem halben Umlauf Kontakt machen, wobei durch die Aufladung der Elektroden in dem durch die Bewegung der Einrichtung im vertikalen Magnetfeld der Erde erzeugten elektrischen Feld jedesmal ein Stromstoß abgegeben wird. Die Stromstöße, die alle die gleiche Richtung haben, sind am stärksten, wenn die Verbindungslinie der Schleifbürsten parallel zu dem elektrischen Feld bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, und ihre maximale Stärke dient als Maß für die Größe der wahren Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Die wahre Bewegungsrichtung wird durch Verstellen des Bürstenträgers und Aufsuchen des Maximums gefunden, welches Verfahren naturgemäß recht ungenau ist. Bei einer anderen Einrichtung zur Ermittlung der wahren Fahrtgeschwindigkeit laufen zwei einander diametral gegenüberliegende Elektroden auf einer waagerechten Kreisbahn um und sind über Schleifringe mit einem Wechselspannungsmeßinstrument verbunden. A device for measuring the true speed is known of a vehicle which is constructed as follows. On a horizontal circular path two diametrically opposite electrodes run (electrostatic collectors) around. At the ends of a circular orbit diameter corresponding by rotation around one that goes through the center of the circular path and is perpendicular to the plane of the circular path Axis adjustable supports are two via a DC amplifier with one Display instrument connected grinding brushes arranged with which the two electrodes Make contact after every half a cycle, thereby charging the electrodes in that generated by the movement of the device in the earth's vertical magnetic field electric field every time a current surge is emitted. The power surges, all of them have the same direction are strongest when the connecting line of the abrasive brushes is parallel to the electric field or perpendicular to the direction of movement, and their maximum strength serves as a measure of the size of the true speed of the Vehicle. The true direction of movement is determined by adjusting the brush holder and searching for the maximum found, which method is naturally quite imprecise is. Another device used to determine the true speed of travel two diametrically opposed electrodes run on a horizontal one Orbit around and are about slip rings with an AC voltage meter tied together.

Die Größe der erzeugten Wechselspannung ist ein Maß für die wahre Geschwindigkeit. Mit einer ähnlichen Einrichtung soll bei einem Flugzeug die durch den Wind verursachte Abtrift in der Weise bestimmt werden, daß man das Flugzeug auf einen Kurs entgegen der Windrichtung bringt, welche der Kursrichtung daran erkannt wird, daß die wahre Geschwindigkeit einen Kleinstwert annimmt. Die Windgeschwindigkeit erhält man dann als Differenz der bekannten Fluggeschwindigkeit gegen Luft und der gemessenen wahren Geschwindigkeit. Dieses Verfahren erscheint umständlich und ungenau. Bekannt ist noch eine aus einer teilweise magnetisch abgeschirmten Leiterschleife bestehende Einrichtung, bei der angeblich durch Bewegung der Schleife im magnetischen Feld der Erde eine der Geschwindigkeit entsprechende EMK in dem elektrischen Kreis der Schleife erzeugt und mit einem Spannungsmesser gemessen wird.The magnitude of the alternating voltage generated is a measure of the true Speed. With a similar device, the through the wind caused drift in such a way that you can see the plane on a course against the wind direction, which of the course direction is recognized by it becomes that the true speed assumes a minimum value. The wind speed is then obtained as the difference between the known airspeed versus air and the measured true speed. This procedure appears awkward and imprecise. Another known is one made of a partially magnetically shielded conductor loop existing facility where supposedly by moving the loop in the magnetic Field of the earth an EMF corresponding to the speed in the electrical circuit of the loop is generated and measured with a voltmeter.

Genaue Überlegung ergibt jedoch, daß diese Einrichtung nicht die beabsichtigte Wirkungsweise haben kann. Maßnahmen für eine Herabsetzung des Störpegels, die wegen der Kleinheit der zu messenden Spannungen sehr erwünscht ist, sind bei keiner der bekannten Einrichtungen vorgesehen.However, careful consideration reveals that this facility is not the intended one Can have mode of action. Measures to reduce the interference level due to the smallness of the voltages to be measured is very desirable, none of the known facilities provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Zerlegung der wahren Fahrtgeschwindigkeit in zwei zueinander senkrechte Komponenten eine unmittelbare Anzeige der wahren Fahrtgeschwindigkeit und der Abtrift, sei es als Kursabweichung oder als Abtriftgeschwindigkeit, zu ermöglichen. The object of the invention is to break down the true speed of travel an immediate display of the true driving speed in two mutually perpendicular components and to enable drift, be it as a course deviation or as drift speed.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer elektrostatischen Maschine der eingangs angegebenen Art in der Weise, daß ein gemeinsam mit den Elektroden angetriebener Hilfsgenerator für zwei gegenseitig um 900 phasenverschobene Hilfswechselspannungen vorgesehen ist, die die gleiche Frequenz wie die bewegungsbedingte Wechselspannung haben und in bestimmter, gegebenenfalls einstellbarer Phasenbeziehung zum Umlauf der Elektroden stehen, und daß, zur Ermittlung zweier zueinander senkrechter Komponenten der Fahrzeugbewegung in von der Phaseneinstellung des Hilfsgenerators abhängigen Richtungen relativ zur Fahrzeuglängsachse, die bewegungsabhängige Wechselspannung zusammen mit je einer der Hilfswechselspannungen zwei auf Amplitude und relative Phase der bewegungsabhängigen Wechselspannung ansprechenden Zweiphasenmeßgeräten zugeführt wird. The invention solves this problem with an electrostatic machine of the type specified in such a way that a jointly with the electrodes Driven auxiliary generator for two auxiliary alternating voltages mutually phase-shifted by 900 is provided that has the same frequency as the movement-related alternating voltage have and in certain, possibly adjustable phase relationship to the circulation of the electrodes are, and that, to determine two mutually perpendicular components the vehicle movement in dependent on the phase setting of the auxiliary generator Directions relative to the vehicle's longitudinal axis, the movement-dependent alternating voltage together with one of the auxiliary alternating voltages, two for amplitude and two relative Phase of the motion-dependent alternating voltage responsive two-phase measuring devices is fed.

Die Kombination der bewegungsabhängigen Wechselspannung mit Hilfsspannungen von gleicher Frequenz, in Verbindung mit der Trägheit üblicher elektrischer Anzeigeinstrumente, kommt einer Fourieranalyse der von der elektrostatischen Maschine gelieferten Wechselspannung gleich und hat eine weitgehende Bandbreitenvernngerung und Herabsetzung des Störpegels zur Folge. The combination of the movement-dependent alternating voltage with auxiliary voltages of the same frequency, in connection with the inertia of conventional electrical indicating instruments, comes a Fourier analysis of the alternating voltage supplied by the electrostatic machine the same and has an extensive bandwidth reduction and lowering of the interference level result.

Unter Benutzung von Vektorbezeichnungen ist für einen Beobachter, der sich auf einem Fahrzeug befindet, das mit der Geschwindigkeit U relativ zu einem magnetischen Feld e bewegt wird, ein elektrisches Feld E= [DQ3] vorhanden. Dieses elektrische Feld kann nur als solches durch seine Induktions- oder Kraftwirkungen gemessen werden. Der auf einem Fahrzeug, z. B. einem Schiff oder einem Flugzeug, befindliche Beobachter wird im allgemeinen seinen ungefähren Ort auf der Erde und damit Stärke und Richtung des magnetischen Erdfeldes kennen. Wegen der an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche verschiedenen Richtung des magnetischen Feldes hat auch der Vektor des durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten elektrischen Feldes eine wechselnde Richtung, die jedoch stets senkrecht zur Bewegungsrichtung ist. Using vector names, for an observer, who is on a vehicle that is traveling at speed U relative to a magnetic field e is moved, an electric field E = [DQ3] is present. This electric field can only as such through its induction or force effects be measured. On a vehicle, e.g. B. a ship or an airplane, current observer will generally be its approximate location on earth and so that you know the strength and direction of the earth's magnetic field. Because of the different Points on the earth's surface also have different directions of the magnetic field the vector of the electric field generated by the movement of the vehicle is a changing direction, but always perpendicular to the direction of movement.

Bezieht man die Vektoren des magnetischen und elektrischen Feldes auf ein räumliches rechtwinkliges Koordinatensystem, dessen X- und Y-Achse in der Horizontalebene liegen, wobei die X-Achse mit der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bzw. dem Vektor t zusammenfällt und dessen Z-Achse vertikal ist, so gelten für die Komponenten der Felder folgende Beziehungen: Es = 0, Ey = BZ ztBz, Ez=V1?y, oder mit Benutzung der Einheitsvektoren i, j, k E=jvBz ivBz+kVBy. Referring to the vectors of the magnetic and electric fields to a three-dimensional, right-angled coordinate system, the X and Y axes of which are in the Lie horizontal plane, with the X-axis with the direction of movement of the vehicle or the vector t coincides and whose Z-axis is vertical, then apply to Components of the fields have the following relationships: Es = 0, Ey = BZ ztBz, Ez = V1? Y, or using the unit vectors i, j, k E = jvBz ivBz + kVBy.

Da die vertikale magnetische Feldstärke Bz unabhängig von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist, gilt dies auch für E,, die horizontale Komponente des elektrischen Feldes, die sich daher besonders gut für die Geschwindigkeitsbestimmung nach der Erfindung eignet. Hinzu kommt, daß die Messung von Ey nicht durch das normale elektrische Feld der Erde gefälscht werden kann. Da die Richtung der horizontalen elektrischen Feldstärke stets senkrecht zur Fortbewegungsrichtung ist, kann durch Feststellung ihrer Lage in bezug auf die Erdoberfläche auch die wahre Bewegungsrichtung bzw. die durch Abtrift oder Stromversetzung verursachte Kursabweichung ermittelt werden. Der einzige Nachteil bei der Verwendung der horizontalen elektrischen Feldstärke zur Geschwindigkeitsbestimmung besteht darin, daß dieses Verfahren in der Nähe des magnetischen Äquators, wo die Vertikalkomponente der magnetischen Feldstärke Null ist, nicht anwendbar ist. Because the vertical magnetic field strength Bz is independent of the direction of movement of the vehicle, this also applies to E ,, the horizontal component of the electrical Field, which is therefore particularly good for determining the speed after the Invention is suitable. In addition, the measurement of Ey is not carried out by the normal electrical Field of the earth can be faked. As the direction of the horizontal electrical Field strength is always perpendicular to the direction of movement, can be determined by determining their position in relation to the earth's surface also the true direction of movement or the course deviation caused by drift or current displacement can be determined. The only disadvantage of using the horizontal electric field strength to determine the speed is that this method in the vicinity of the magnetic equator, where the vertical component of the magnetic field strength is zero is not applicable.

Von anderen Möglichkeiten der Ausnutzung des magnetischen Erdfeldes zur Geschwindigkeits- bzw. Other ways of using the earth's magnetic field for speed resp.

Fahrtrichtungsbestimmung seien noch folgende erwähnt: Aus der Vertikalkomponente der elektrischen Feldstärke in Verbindung mit dem Kurse (in Näherung an Stelle der wahren Fahrtrichtung) erhält man den Betrag der absoluten Geschwindigkeit, mit Ausnahme von Kursen parallel zu den magnetischen Meridianen.The following should be mentioned for determining the direction of travel: From the vertical component the electric field strength in connection with the courses (approximate instead of the true direction of travel) the absolute speed is obtained, with the exception of of courses parallel to the magnetic meridians.

Das Verhältnis von horizontaler zu vertikaler elektrischer Feldstärke liefert die wahre Fahrtrichtung mit Ausnahme von Kursen parallel zu den magne- tischen Breitengraden sowie an den magnetischen Polen und dem magnetischen Äquator.The ratio of horizontal to vertical electric field strength provides the true direction of travel with the exception of courses parallel to the magnetic tables Latitudes as well as at the magnetic poles and the magnetic equator.

Der Gesamtbetrag der elektrischen Feldstärke (in der Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung) liefert in Verbindung mit dem Kurs die Größe der absoluten Geschwindigkeit, mit Ausnahme von meridianparallelen Kursen am Äquator. The total amount of electric field strength (in the plane perpendicular to the direction of travel) provides in connection with the course the magnitude of the absolute speed, with the exception of courses parallel to the meridian at the equator.

Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung wird nur auf die Messung der horizontalen elektrischen Feldstärke Bezug genommen. Die betreffenden Einrichtungen sind jedoch, mit anderer räumlicher Orientierung, in gleicher Weise auch zur Bestimmung von wahrer Fahrgeschwindigkeit und Fahrtrichtung nach den vorstehend angegebenen Verfahren geeignet. In the following exemplary embodiments of the invention, only referred to the measurement of the horizontal electric field strength. The concerned However, facilities with a different spatial orientation are the same also to determine the true speed and direction of travel according to the above specified procedure suitable.

Das bei den üblicherweise in Frage kommenden Geschwindigkeiten entstehende elektrische Feld ist verhältnismäßig klein. Bei einer Stärke der vertikalen Komponente des magnetischen Erdfeldes von 0,5 Gauß und einer Geschwindigkeit von 1 m/sec ist die Spannung zwischen zwei in der Horizontalen um 1 m voneinander entfernten Punkten nur 50 Mikrovolt. Die zur Messung benutzten Geräte können im wesentlichen von zweierlei Art sein: a) sogenannte Rotations- oder Schwingvoltmeter, bei denen durch periodische Änderung der gegenseitigen Lage von leitenden Körpern im Felde Wechselspannungen erzeugt werden. Durch eine kommutatorähnliche Einrichtung kann die Wechselspannung auch in eine Gleichspannung umgewandelt werden; b) sogenannte statische Voltmeter, die die auf elektrisch geladene Körper im elektrischen Felde ausgeübten Kräfte anzeigen, insbesondere in der Form, daß durch wechselnde Aufladung der Körper Schwingungen angeregt werden. Möglich wäre auch eine Bestimmung der Feldstärke durch Messung der Ablenkung bewegter Elektronen oder durch Messung des in ionisierter Luft unter Einwirkung des Feldes fließenden Stromes. That which arises at the speeds that are usually in question electric field is relatively small. At a strength of the vertical component of the earth's magnetic field of 0.5 Gauss and a speed of 1 m / sec the tension between two points spaced 1 m apart in the horizontal plane only 50 microvolts. The equipment used for measurement can essentially be of two types Kind be: a) so-called rotation or swing voltmeters, in which by periodic Change of the mutual position of conductive bodies in the field of alternating voltages be generated. The alternating voltage can also be converted into a DC voltage; b) so-called static voltmeters, which indicate the forces exerted on electrically charged bodies in the electric field, especially in the form that the body vibrates through alternating charging be stimulated. It would also be possible to determine the field strength by measurement the deflection of moving electrons or by measuring the in ionized air below Effect of the field flowing current.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen und durch Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine elektrostatische Maschine zur Messung des horizontalen elektrischen Feldes mit zwei auf einer Kreisbahn umlaufenden, an den Enden eines Durchmessers angeordneten leitenden Platten, Fig. 2 eine andere elektrostatische Maschine mit einer Vielzahl von am Umfang eines Kreises angeordneten, umlaufenden leitenden Platten, von denen eine Spannung mittels zweier an den Enden eines Durchmessers angeordnet er Bürsten abgenommen wird. The invention is based on the drawings and through exemplary embodiments explained in more detail. 1 shows an electrostatic machine for measuring the horizontal electric field with two revolving on a circular path to the Ends of one diameter arranged conductive plates, Fig. 2 another electrostatic Machine with a large number of rotating ones arranged on the circumference of a circle conductive plates, one of which is a voltage by means of two at the ends of a diameter arranged he brushes is removed.

Fig. 3 eine in Verbindung mit der Einrichtung nach Fig. 1 zu benutzende Meßeinrichtung zur Anzeige der absoluten Geschwindigkeit auf der Erdoberfläche nach Betrag und Richtung, Fig. 4 ein Gerät zur Messung der horizontalen elektrischen Feldstärke mittels durch wechselnde Aufladung von Ladungsträgern angeregter Schwingungen. FIG. 3 shows one to be used in connection with the device according to FIG Measuring device for displaying the absolute speed on the earth's surface Amount and direction, Fig. 4 a device for measuring the horizontal electrical Field strength by means of oscillations excited by the alternating charging of charge carriers.

Fig. 1 zeigt ein Rotationsvoltmeter mit einer senkrechten Achse 2, die von einem Motor 1 angetrieben wird und an ihrem oberen Ende einen zylindrischen Isolierkörper 3 trägt. Zwei in den Isolierkörper eingelassene, radiale Metallstangen 4 tragen an ihren Enden zwei einander gegenüberliegende Metallplatten 5 und 6, die über die Stangen 4, auf dem Isolierkörper 3 angeordnete Schleifringe 7 und Schleifbürsten 8 mit den beiden Eingangsklemmen eines Wechselspannungsverstärkers 9 verbunden sind. An den Verstärkerausgang ist ein Gleichrichter 10 und ein Anzeigeinstrument 11 angeschlossen. Fig. 1 shows a rotation voltmeter with a vertical axis 2, which is driven by a motor 1 and at its upper end a cylindrical Insulator 3 carries. Two radial metal rods embedded in the insulator 4 carry at their ends two opposing metal plates 5 and 6, the Via the rods 4, on the insulating body 3 arranged slip rings 7 and grinding brushes 8 are connected to the two input terminals of an AC voltage amplifier 9. A rectifier 10 and a display instrument 11 are connected to the amplifier output.

Die Wirkungsweise ist folgende. Das Gerät befinde sich auf einem Fahrzeuge, dessen Geschwindigkeit in waagerechter Ebene durch den Vektor D dargestellt ist. Durch die Bewegung gegen das Magnetfeld der Erde entsteht ein elektrisches Feld, das in waagerechter Ebene eine zu D senkrechte Komponente Qv hat. Dieses Feld induziert auf den Platten 5 und 6 elektrische Ladungen, die sich beim Umlauf der Platten 5 und 6 auf ihrer in waagerechter Ebene liegenden Kreisbahn ändern und das Vorzeichen wechseln. Die entstehende Wechselspannung wird dem Eingang des Verstärkers 9 zugeführt, von diesem verstärkt und nach Gleichrichtung in dem Gleichrichter 10 von dem Instrument 11 angezeigt. Bei gegebenen Abmessungen der Anordnung der Platten 5 und 6 ist der Ausschlag des Instrumentes 11 proportional der vertikalen Komponente des magnetischen Erdfeldes, die bekannt sein muß, und dem Betrage der Fortbewegungsgeschwindigkeit v. Die Anzeige ist unabhängig von der Richtung der Fortbewegung. Durch die Umlaufbewegung der Stäbe 4 im vertikalen magnetischen Erdfeld werden in den Stäben konstante elektromotorische Kräfte erzeugt, die als solche den Verstärker 9 und das Anzeigeinstrument 11 nicht beeinflussen. The mode of action is as follows. The device is on a Vehicles whose speed in the horizontal plane is represented by the vector D. is. The movement against the earth's magnetic field creates an electric one Field that has a component Qv perpendicular to D in the horizontal plane. This field induces electrical charges on plates 5 and 6, which are deposited when the Change plates 5 and 6 on their circular path lying in the horizontal plane and that Change sign. The resulting alternating voltage is fed to the input of the amplifier 9, amplified by this and after rectification in the rectifier 10 displayed by the instrument 11. Given the dimensions of the arrangement of the plates 5 and 6, the deflection of the instrument 11 is proportional to the vertical component the magnetic earth field, which must be known, and the amount of the speed of movement v. The display is independent of the direction of travel. By the orbital motion the rods 4 in the vertical magnetic earth field are constant electromotive in the rods Forces generated which as such the amplifier 9 and the display instrument 11 do not influence.

Die mit der beschriebenen Anordnung erzielbare Meßgenauigkeit hängt im wesentlichen ab von der von der elektrostatischen Maschine abgebbaren Leistung. The measurement accuracy that can be achieved with the described arrangement depends essentially depends on the power that can be delivered by the electrostatic machine.

Diese ist proportional dem Quadrat der elektrischen Feldstärke, dem Quadrat des Radius des Kreises auf den die Platten 5, 6 umlaufen, der Flächengröße der Platten 5 und 6, wobei angenommen ist, daß ihre Winkelausdehnung in gewissen Grenzen bleibt, und der Umlauffrequenz der Platten. An Stelle der Schleifringe 7 und Schleifbürsten 8 können auch kapazitive Stromabnehmer vorgesehen sein. Zwecks weitgehender Unschädlichmachung der Rauschspannung und Steigerung der Empfindlichkeit wird der Verstärker 9 zweckmäßig als schmalbandiger Resonanzverstärker für die Frequenz der erzeugten Wechselspannung, die der Umlauffrequenz der Platten 5, 6 entspricht, ausgebildet. Auch der die Platten 5, 6 enthaltende Eingangskreis des Verstärkers kann mit Hilfe einer Selbstinduktion auf Resonanz abgestimmt werden.This is proportional to the square of the electric field strength, the Square of the radius of the circle on which the plates 5, 6 revolve, the area size of the plates 5 and 6, it being assumed that their angular extent is in certain Limits remains, and the frequency of rotation of the plates. Instead of slip rings 7 and grinding brushes 8, capacitive current collectors can also be provided. For the purpose of largely rendering the noise voltage harmless and increasing the sensitivity the amplifier 9 is useful as a narrow-band resonance amplifier for the frequency the generated alternating voltage, which corresponds to the rotational frequency of the plates 5, 6, educated. Also the input circuit of the amplifier containing the plates 5, 6 can be tuned to resonance with the help of self-induction.

Die Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Verstärkers 9 kann statt mit dem elektrischen Gleichrichter 10 auch durch synchron mit dem Umlauf der Achse 2 betätigte Schalter erfolgen. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Fortbewegungsrichtung eine im wesentlichen gleichbleibende Lage gegenüber dem Meßgerät hat, wie dies z. B. bei der Benutzung auf Schiffen oder Flugzeugen der Fall ist. Eine mäßige Kursversetzung ist ohne Einfluß auf das Meßergebnis.The rectification of the output voltage of the amplifier 9 can take place with the electric rectifier 10 also by synchronizing with the rotation of the axis 2 actuated switches take place. It is assumed that the direction of travel has a substantially constant position relative to the measuring device, as z. B. is the case when used on ships or aircraft. A moderate course shift has no influence on the measurement result.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Meßeinrichtung handelt es sich ebenfalls um eine elektrostatische Maschine. Eine von einem Motor 15 angetriebene Achse 16 trägt eine Trommel 17 aus Isoliermaterial, die am Umfang mit zur Trommelachse parallelen, voneinander durch Lücken 19 getrennten Metallstreifen 18 belegt ist. Die beschriebene Einrichtung ist auf dem Fahrzeug, dessen Bewegungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, mit solcher Orientierung angeordnet, daß die Richtung eines waagerechten Trommeldurchmessers 22 mit der Richtung des durch die Bewegung des Fahrzeugs im vertikalen magnetischen Erdfeld erzeugten waagerechten elektrischen Feldes Ey übereinstimmt. Im Beispielsfalle ist zu diesem Zweck die Achse 16 parallel zur Fortbewegungsrichtung D angeordnet. Es ist leicht einzusehen, daß auch andere Achslagen möglich sind, bei denen die Achse jedoch in der durch die Fortbewegungsrichtung gelegten Vertikalebene liegen muß. An den Enden des genannten Durchmessers 22 sind zwei auf dem Trommelumfang schleifende Bürsten 20 angeordnet, die über ein empfindliches Gleichstrommeßinstrument 21 miteinander verbunden sind. Beim Umlauf der Trommel erfahren die unter den Schleifbürsten 20 durchlaufenden Metallstreifen 18 eine elektrische Umladung, wodurch in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Bürsten ein Gleichstrom unterhalten wird, der von dem Instrument 21 angezeigt wird. Wie bei dem Gerät nach Fig. 1 ist der Instrumentenausschlag proportional der vertikalen magnetischen Feldstärke und dem Betrage der Geschwindigkeit der Fortbewegung des Fahrzeugs. Da der erzeugte Gleichstrom pulsierenden Charakter hat, ist auch eine Wechselspannungsverstärkung möglich, oder man kann einen mit der Achse 16 umlaufenden Kommutator zur Umwandlung des Gleichstroms in einen Wechselstrom vorsehen. The measuring device shown in FIG. 2 is also involved an electrostatic machine. An axle 16 driven by a motor 15 carries a drum 17 made of insulating material, the circumference of which is parallel to the drum axis, metal strips 18 separated from one another by gaps 19 are occupied. The described Facility is on the vehicle whose speed of movement is being measured should, arranged with such an orientation that the direction of a horizontal drum diameter 22 with the direction of the movement of the vehicle in the vertical magnetic Earth field generated horizontal electric field Ey matches. In the example case the axis 16 is arranged parallel to the direction of movement D for this purpose. It is easy to see that other axis positions are also possible in which the But axis in the vertical plane laid by the direction of movement got to. At the ends of said diameter 22 there are two on the drum circumference Abrasive brushes 20 arranged over a sensitive DC current meter 21 are connected to each other. As the drum rotates, those under the grinding brushes experience 20 continuous metal strip 18 an electrical charge reversal, whereby in the connecting line A direct current is maintained between the two brushes, which is supplied by the instrument 21 is displayed. As with the device of FIG. 1, the instrument deflection is proportional the vertical magnetic field strength and the magnitude of the speed of movement of the vehicle. Since the generated direct current has a pulsating character, it is also an alternating voltage amplification is possible, or one can rotate with the axis 16 Provide a commutator to convert the direct current into an alternating current.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Zusatzeinrichtung kann mit der Einrichtung von Fig. 1 eine unmittelbare Anzeige nicht nur der wahren Fahrgeschwindigkeit, sondern auch der durch Abtrift oder Stromversetzung verursachten Kurs abweichung erhalten werden. Wählt man ein rechtwinkliges Koordinatensystem X', Y', Z' so, daß die X'- und Y'-Achse in waagerechter Ebene liegen und die X'-Achse mit der Fahrzeuglängsachse zusammenfällt, so gilt die Gleichung II=c»Bz, wobei c eine Konstante bezeichnet und der mit b richtungsmäßig übereinstimmende Vektor 11 durch seine Größe und seinen auf die X'-Achse bezogenen Phasenwinkel die bewegungsabhängige Wechselspannung am Ausgange des Verstärkers 9 angibt, wenn deren Phasenwinkel in bezug auf den Umlauf der Elektroden oder elektrostatischen Kollektoren 5, 6 so definiert ist, daß er beim Zusammenfallen von b mit der Fahrzeuglängsachse Null ist. Zerlegt man U in irgendwelche zwei zueinander senkrechte Komponenten, so entspricht deren Größe der Größe der gleichliegenden Komponenten von b, wovon bei der Darstellung der wahren Geschwindigkeit nach Größe und Richtung oder in Form ihrer Komponenten parallel und senkrecht zur Fahrtrichtung gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht wird. With the additional device shown in Fig. 3 can with the device of Fig. 1 an immediate display not only of the true driving speed, but also receive the course deviation caused by drift or current displacement will. If you choose a right-angled coordinate system X ', Y', Z 'so that the X'- and Y'-axis lie in the horizontal plane and the X'-axis with the vehicle's longitudinal axis coincides, then the equation II = c »Bz applies, where c denotes a constant and the vector 11 which corresponds in direction to b by its size and its the phase angle related to the X'-axis is the movement-dependent alternating voltage am Outputs of the amplifier 9 indicates when their phase angle with respect to the revolution of the electrodes or electrostatic collectors 5, 6 is defined so that he when b coincides with the longitudinal axis of the vehicle, it is zero. If you decompose U into any two mutually perpendicular components, their size corresponds to Magnitude of the components of b, which are the same, of which in the representation of the true Speed according to size and direction or in the form of its components in parallel and perpendicular to the direction of travel according to the invention use is made.

Die Einrichtung nach Fig. 3 liefert außer einer Anzeige des Betrages v der absoluten Geschwindigkeit auch eine Anzeige der Abweichung d zwischen wahrer Fahrtrichtung und Kompaßkurs. Die letztere Anzeige kommt zustande durch Messung der durch eine Kursabweichung verursachten Änderung der Phasenbeziehung zwischen der Drehung der Achse 2 (in Fig. 1) und der an den Bürsten 8 erhaltenen Wechselspannung. Diese oder auch die am Ausgang des Verstärkers 9 erhaltene Wechselspannung wird den Klemmen 26 zugeführt und steuert zwei Elektronenröhren 27, die die Feldspulen 28 und 42 zweier Zweiphasen-Drehfeldanzeiger 28, 29, 30 und 42, 43; 44 mit Wechselströmen speisen, die nach Größe und Phase der von dem Gerät nach Fig. 1 gelieferten Wechselspannung entsprechen. Die um 90° gegen die beiden ersten Feldspulen versetzten zweiten Feldspulen 29 und 43 der beiden Drehfeldanzeiger werden von einem Zweiphasengenerator 33 bis 37 mit Wechselströmen gespeist, die die gleiche Frequenz wie die Ströme der Spulen 28 und 42 haben, gegeneinander um 9010 phasenverschoben sind und, wie noch näher zu erläutern, in fester Phasenbeziehung zur Drehung der Achse 2 (in Fig. 1) stehen. Der Zweiphasengenerator 33 bis 37 enthält zwei drehbar gelagerte Feldspulen mit um 900 versetzten Spulenachsen, deren räumliche Lage durch einen Stellmotor 32 und ein mit den Feldspulen verbundenes Zahnrad 33 in gewissen Grenzen verändert werden kann. Vor den Feldspulen läuft ein mittels einer Achse 37 synchron zur Drehung der Achse 2 (in Fig. 1) angetriebener Permanentmagnet 36 um. Mit dem Zahnrad 33 bzw. mit den Feldspulen 34, 35 ist ein Zeiger 38 verbunden, der, wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt, an einer Skala die Kursabweichung b anzeigt. Die Achse 37 ist zu diesem Zweck so mit der Achse 2 gekuppelt, daß bei Fehlen einer Kursabweichung und bei auf Null stehendem Zeiger 38 die die Spulen 28 und 29 durchfließenden Ströme gleichphasig sind und die Ströme der Spulen 42 und 43 eine Phasenverschiebung von 900 haben. The device according to FIG. 3 also provides a display of the amount v the absolute speed also gives an indication of the deviation d between true Driving direction and compass course. The latter display comes about through measurement the change in the phase relationship between the rotation of the axis 2 (in Fig. 1) and the alternating voltage obtained at the brushes 8. This or the alternating voltage obtained at the output of the amplifier 9 is the terminals 26 and controls two electron tubes 27, which the field coils 28 and 42 of two two-phase rotating field indicators 28, 29, 30 and 42, 43; 44 with alternating currents feed, the size and phase of the AC voltage supplied by the device of FIG correspond. The second field coils offset by 90 ° with respect to the two first field coils 29 and 43 of the two rotating field indicators are from a two-phase generator 33 to 37 fed with alternating currents which have the same frequency as the currents of the coils 28 and 42, are 9010 out of phase with each other and, as will be explained in more detail to explain, in a fixed phase relation to the rotation of the Axis 2 (in Fig. 1). The two-phase generator 33 to 37 contains two rotatably mounted Field coils with coil axes offset by 900, the spatial position of which is determined by a Servomotor 32 and a gear 33 connected to the field coils within certain limits can be changed. A shaft 37 runs synchronously in front of the field coils for the rotation of the axis 2 (in Fig. 1) driven permanent magnet 36 to. With the Gear 33 or with the field coils 34, 35, a pointer 38 is connected which, like results from the following, shows the course deviation b on a scale. The axis 37 is coupled for this purpose with the axis 2 that in the absence of one Course deviation and when the pointer 38 is at zero, the coils 28 and 29 flowing through it Currents are in phase and the currents of coils 42 and 43 have a phase shift of 900 have.

Bei Gleichphasigkeit der Ströme in den Spulen 28 und 29 wird auf den zugehörigen Rotor 30 kein Drehmoment ausgeübt, und der Kontakt 31 befindet sich in Mittelstellung. Bei Auftreten einer Kursabweichung ändert sich die relative Phase des Stromes der Spule 28, und der Rotor 30 dreht sich im einen oder anderen Sinne. Dabei steuert er mittels des Kontaktes 31 den Stellmotor 32 so, daß durch Drehung der Feldspulen 34 und 35 der Strom der Spule 29 gleichphasig wird mit dem der Spule 28 und auch die Ströme der Spulen 42 und 43 wieder eine Phasenverschiebung von 90° haben. Da die auf der Drehung der Achse 2 bezogene, in Winkelgraden gemessene Phasenverschiebung des Stromes in der Spule28 übereinstimmt mit der verursachenden Kurs abweichung, entspricht auch die vom Zeiger 38 angezeigte Drehung der Spulen 34, 35 der jeweiligen Kursabweichung. Der Rotor 44 ist mit einer Rückstellfeder 45 verbunden und hat einen Zeiger 46, dessen Auslenkung aus der Nullage das auf den Rotor 44 wirkende Drehmoment anzeigt. Da der Strom der Spule 42 der absoluten Geschwindigkeit des Fahrzeugs proportional ist, während der Strom der Spule 43 konstant ist und eine gleichbleibende Phasendifferenz von 900 aufweist, ist auch das auf den Rotor 44 wirkende Drehmoment und damit der Ausschlag des Zeigers 46 ständig proportional der absoluten Geschwindigkeit.When the currents in the coils 28 and 29 are in phase, the associated rotor 30 exerted no torque, and the contact 31 is located in middle position. If a course deviation occurs, the relative phase changes of the current of the coil 28, and the rotor 30 rotates in one sense or another. He controls the servomotor 32 by means of the contact 31 so that by rotation of the field coils 34 and 35, the current of the coil 29 becomes in phase with that of the coil 28 and the currents of the coils 42 and 43 again have a phase shift of 90 ° to have. Because the phase shift related to the rotation of axis 2, measured in degrees of the current in the coil28 corresponds to the course deviation that caused it, the rotation of the coils 34, 35 indicated by the pointer 38 also corresponds to the respective Course deviation. The rotor 44 is connected to a return spring 45 and has a Pointer 46, the deflection of which from the zero position determines the torque acting on the rotor 44 indicates. Since the current of the coil 42 is proportional to the absolute speed of the vehicle is, while the current of the coil 43 is constant and a constant phase difference of 900, is also the torque acting on the rotor 44 and thus the The deflection of the pointer 46 is always proportional to the absolute speed.

Verzichtet man auf eine unmittelbare Anzeige der Kursabweichung, so kann die Einrichtung nach Fig. 3 vereinfacht werden. Für den Rotor 30 ist wie bei dem Rotor 44 eine Rückstellfeder und ein Zeiger 3t' vorzusehen. Die Einrichtung zur Verstellung der Spulen 34, 35 fällt fort, und diese werden in geeigneter Lage festgestellt. Der Zeiger 46 zeigt dann die in Kursrichtung fallende Komponente der wahren Geschwindigkeit an und der Zeiger 31' die dazu senkrechte Komponente. If you do not immediately display the course deviation, thus the device according to FIG. 3 can be simplified. For the rotor 30 is like to provide a return spring and a pointer 3t 'on the rotor 44. The establishment to adjust the coils 34, 35 is omitted, and these are in a suitable position established. The pointer 46 then shows the component of the falling in the course direction true speed and the pointer 31 'the component perpendicular thereto.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zur Messung der waagerechten elektrischen Feldstärke auf einem Fahrzeuge durch elektrostatische Kraftwirkung. An den Enden eines Isolierstabes 50 mit zur Fortbewegungsrichtung paralleler Achse sind zwei Metallkugeln 51, 52 angeordnet, die über zwei gleichzeitig zur Aufhängung des Stabes 50 dienende Drähte 53 aufgeladen werden können. Die Auslenkungen des schwingungsfähigen Systems 50, 51, 52 aus der Ruhelage können z. B. mit Hilfe eines mit dem System verbundenen Spiegels 55 durch einen Lichtzeiger angezeigt werden. Fig. 4 shows a device for measuring the horizontal electrical Field strength on a vehicle due to the effect of electrostatic force. At the ends an insulating rod 50 with an axis parallel to the direction of travel are two Metal balls 51, 52 arranged over two at the same time to suspend the rod 50 serving wires 53 can be charged. The deflections of the vibratory Systems 50, 51, 52 from the rest position can, for. B. using one with the system connected mirror 55 are indicated by a light pointer.

Bei Zuführung einer Wechselspannung mit auf die Schwingungsdauer des Systems abgestimmter Frequenz bei 54 wird das System zu Schwingungen angeregt, deren durch Dämpfung begrenzte Amplitude ein Maß für die waagerechte elektrische Feldstärke senkrecht zur Fortbewegungsrichtung und damit für die absolute Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.If an alternating voltage is supplied, the oscillation period of the System tuned frequency at 54, the system is excited to vibrate Amplitude limited by damping a measure of the horizontal electric field strength perpendicular the direction of travel and thus the absolute speed of the vehicle is.

Mit senkrecht zur Fortbewegungsrichtung eingestelltem Stab 50 kann das in Fig. 4 dargestellte System auch in der Weise benutzt werden, daß die Differenz der Schwingungsdauern für einmal im einen, einmal im anderen Sinne entgegengesetzte Aufladungen der Kugeln 51, 52 bestimmt wird, die ebenfalls ein Maß für die absolute Geschwindigkeit abgibt. Wie leicht einzusehen, kann in diesem und ähnlichen Fällen die Kurs richtung der wahren Fortbewegungsrichtung gleichgesetzt werden, da die Kurs abweichung im allgemeinen gering und dann praktisch ohne Einfluß auf das Meßergebnis ist. With the rod 50 set perpendicular to the direction of travel, can the system shown in Fig. 4 can also be used in such a way that the difference the periods of oscillation for once in one sense, once opposite in the other Charges of the balls 51, 52 is determined, which is also a measure of the absolute Gives off speed. As can be easily seen in this and similar cases the course direction can be equated with the true direction of travel, since the Course deviation is generally small and then practically without any influence on the measurement result is.

Damit die Messung des durch die Bewegung erzeugten elektrischen Feldes nicht durch die Induktionswirkung der Aufladung des Fahrzeugs gestört wird, wird man die Meßeinrichtung in einiger Entfernung von der Hauptmasse des Fahrzeugs, bei einem Schiff z. B. an der Spitze eines Mastes anordnen. Aus dem gleichen Grunde ist es unzulässig, die Meßeinrichtung mit einer abschirmenden Metallhülle zu umgeben. Sieht man ein Schutzgehäuse aus Isolierstoff vor, so wird man dieses zweckmäßig ständig um eine vertikale Achse rotieren lassen, um die Ansammlung von durch das elektrische Feld induzierten elektrischen Ladungen auf dem Gehäuse zu verhindern. Die beschriebenen Meßeinrichtungen sind unempfindlich gegen den Schiffsmagnetismus, da mitbewegte Kraftlinien kein elektrisches Feld erzeugen. Thus the measurement of the electric field generated by the movement is not disturbed by the induction effect of the charging of the vehicle the measuring device at some distance from the main body of the vehicle a ship z. B. at the top of a mast. For the same reason it is not permitted to enclose the measuring device with a shielding metal cover. If a protective housing made of insulating material is provided, this is useful rotate continuously around a vertical axis to reduce the accumulation of electric field to prevent induced electrical charges on the housing. The measuring devices described are insensitive to ship magnetism, because lines of force moving along do not generate an electric field.

Bei der in Fig. 1 dargestellten elektrostatischen Maschine handelt es sich um einen Wechselspannungsgenerator mit sehr hohem kapazitivem Innenwiderstand. Um den inneren Spannungsabfall klein zu halten, empfiehlt es sich, als erste Verstärkerröhre in dem Verstärker 9 eine Elektrometerröhre vorzusehen. The electrostatic machine shown in FIG. 1 acts it is an alternating voltage generator with a very high capacitive internal resistance. In order to keep the internal voltage drop small, it is advisable to use the amplifier tube as the first to provide an electrometer tube in the amplifier 9.

Zwecks Ausschaltung der Eingangskapazität des Verstärkers 9 kann man auch über einen geeignet bemessenen kleinen Kondensator dem Steuergitter der ersten Röhre eine mit der Gitterspannung im wesentlichen gleichphasige verstärkte Spannung, z. B. die Anodenspannung der zweiten Verstärkerröhre, zuführen.For the purpose of switching off the input capacitance of the amplifier 9, one can also via a suitably sized small capacitor to the control grid of the first Tube an amplified voltage which is essentially in phase with the grid voltage, z. B. the anode voltage of the second amplifier tube, feed.

Claims (5)

PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Messung des Betrages und der Richtung der wahren Geschwindigkeit eines Wasser- oder Luftfahrzeuges bzw. der Komponenten der wahren Geschwindigkeit parallel und senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, unter Verwendung einer auf dem Fahrzeug eingebauten elektrostatischen Maschine mit einem Paar von Elektroden, die, einander gegenüberliegend, auf einer waagerechten Kreisbahn mit bestimmter Frequenz umlaufen und mit Schleifringen verbunden sind, an denen bei Bewegung des Fahrzeugs im vertikalen magnetischen Erdfeld eine Wechselspannung erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsam mit den Elektroden angetriebener Hilfsgenerator für zwei gegenseitig um 900 phasenverschobene Hilfswechselsp annungen vorgesehen ist, die die gleiche Frequenz wie die bewegungsbedingte Wechselspannung haben und in bestimmter, gegebenenfalls einstellbarer Phasenbeziehung zum Umlauf der Elektroden stehen, und daß, zur Ermittlung zweier zueinander senkrechter Komponenten der Fahrzeugbewegung in von der Phaseneinstellung des Hilfsgenerators abhängigen Richtungen relativ zur Fahrzeuglängsachse, die bewegungsabhängige Wechselspannung zusammen mit je einer der Hilfswechselspannungen zwei auf Amplitude und relative Phase der bewegungsabhängigen Wechselspannung ansprechenden Zweiphasenmeßgeräten zugeführt wird. PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring the amount and the Direction of the true speed of a watercraft or aircraft or the components the true speed parallel and perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle Using an electrostatic machine built into the vehicle with a Pair of electrodes, which, opposite each other, on a horizontal circular path rotate with a certain frequency and are connected to slip rings on which an alternating voltage when the vehicle moves in the vertical magnetic field of the earth is obtained, characterized in that a jointly driven with the electrodes Auxiliary generator for two auxiliary AC voltages mutually phase-shifted by 900 is provided that has the same frequency as the movement-related alternating voltage have and in certain, possibly adjustable phase relationship to the circulation of the electrodes are, and that, to determine two mutually perpendicular components the vehicle movement in dependent on the phase setting of the auxiliary generator Directions relative to the longitudinal axis of the vehicle, the motion-dependent Alternating voltage together with one of the auxiliary alternating voltages, two on amplitude and relative phase of the motion-dependent AC voltage responsive two-phase meters is fed. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Anzeige des Betrages und der Richtung der wahren Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen der Zweiphasenmeßgeräte ein davon gesteuerter Servomotor zugeordnet ist, der die Phase der Hilfswechselspannungen in bezug auf den Umlauf der Elektroden so regelt, daß sich für das steuernde Meßgerät der Ausschlag Null ergibt, wobei der Ausschlag des anderen Meßgerätes die wahre Fahrgeschwindigkeit und die Phasenverschiebung der Hilfswechselspannungen, bezogen auf ihre sich bei Fehlen einer Abtrift einstellende Phase, die Abweichung zwischen wahrer Fahrtrichtung und gesteuertem Kurs anzeigt. 2. Device according to claim 1, in particular for displaying the amount and the direction of the true speed, characterized in that the one the two-phase measuring devices is assigned a servomotor controlled by it, which the Regulates the phase of the auxiliary alternating voltages in relation to the rotation of the electrodes in such a way that that for the controlling measuring device the deflection is zero, the deflection of the other measuring device the true driving speed and the phase shift of the auxiliary alternating voltages, based on their occurring in the absence of drift Phase that shows the deviation between the true driving direction and the steered course. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Anzeige der Komponenten der wahren Geschwindigkeit parallel und senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Hilfswechselspannungen in bezug aii den Umlauf der Elektroden so eingestellt ist, daß bei Fahrt ohne Abtrift das eine der beiden Phasen meßgeräte den Ausschlag Null hat, wobei im alge meinen Falle dieses Meßgerät die Bewegung komponente senkrecht, das andere Meßgerät die Bewegungskomponente parallel zur Fahrzeuglängsachse anzeigt. 3. Device according to claim 1, in particular for displaying the components the true speed parallel and perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle, thereby marked that the Phase of the auxiliary alternating voltages with respect to aii the circulation of the electrodes is set so that when driving without drift, one of the two Phase measuring devices has the deflection zero, with this measuring device in my case the movement component perpendicular, the other measuring device the movement component parallel to the vehicle's longitudinal axis. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des Einflusses des Fahrzeuges auf die Messungen die elektrostatische Maschine am Ende eines längeren, mit dem Fahrzeug verbundenen Trägers angeordnet ist. 4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that to reduce the influence of the vehicle on the measurements the electrostatic Machine placed at the end of a longer beam connected to the vehicle is. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Maschine innerhalb eines um eine vertikale Achse umlaufenden Gehäuses aus Isoliermaterial angeordnet ist. 5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the electrostatic machine within a revolving around a vertical axis Housing made of insulating material is arranged. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 596380; französische Patentschrift Nr. 864839; britische Patentschrift Nr. 358 429. References considered: U.S. Patent No. 1,596,380; French Patent No. 864839; British Patent No. 358 429.