DE1166056B - Method and device for measuring the distance between two points by measuring the transit time of sound pulses - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Abstandes zweier Punkte durch Laufzeitmessung von Schallimpulsen Zur Bestimmung des Abstandes zwischen zwei Punkten im Raum aus der Laufzeit eines Schallimpulses sind zwei Methoden im Gebrauch, nämlich einerseits die direkte Messung der Laufzeit eines Schallimpulses von einem am einen Punkt angeordneten Sender zu einem am anderen Punkt angeordneten Empfänger und andererseits die Echomethode, bei der die Laufzeit eines von dem einen Punkt ausgesandten und nach Reflexion vom anderen Punkt zum Ausgangsort zurückkehrenden Schallimpulses gemessen wird. Der Vorteil der ersten Methode besteht darin, daß der Schallimpuls den Weg zwischen den beiden Punkten nur einmal zu durchlaufen hat, daß also nur Schallimpulse von relativ geringer Stärke für die sichere Überbrückung der Entfernung erforderlich sind, während bei der zweiten Echomethode der Schallimpuls den Weg zweimal durchlaufen muß und darüber hinaus die Stärke des zurückkehrenden Echoimpulses von den Reflexionseigenschaften eines im zweiten Punkt befindlichen Objektes abhängt. Der Nachteil der erstgenannten Methode ist demgegenüber darin zu sehen, daß nicht nur - wie bei der Echomethode - der eine Punkt zur Anordnung eines Senders und Empfängers zugänglich sein muß, sondern auch der andere Punkt, an dem der Schallempfänger anzuordnen ist. Man wird also, wenn beide Punkte, deren Abstand gemessen werden soll, zugänglich sind, die erste Methode anwenden und die Echomethode dann, wenn nur ein Punkt zugänglich ist.Method and device for measuring the distance between two points by measuring the transit time of sound pulses To determine the distance between two Points in space from the travel time of a sound pulse are two methods in use, namely on the one hand the direct measurement of the transit time of a sound pulse from one transmitter located at one point to a receiver located at the other point and on the other hand the echo method, in which the transit time of one of the one point sent and returned after reflection from the other point to the starting point Sound pulse is measured. The advantage of the first method is that the sound impulse only has to travel once between the two points, So that only sound pulses of relatively low strength for safe bridging the distance are required, while in the second echo method the sound pulse Has to go through the path twice and beyond the strength of the returning one Echo pulse from the reflection properties of one located in the second point Object depends. The disadvantage of the former method is in contrast to see that not only - as with the echo method - the one point for arrangement of a transmitter and receiver must be accessible, but also the other point, on which the sound receiver is to be arranged. So if both points, one becomes whose Distance to be measured, accessible, apply the first method and the Echo method when only one point is accessible.

In der Praxis liegen nun häufig Fälle vor, in denen die beiden Punkte, deren Abstand voreinander gemäß sen werden soll, zwar zugänglich, aber relativ weit entfernt sind von dem Ort, an dem die Meßgeräte für die Laufzeitmessung aufgestellt sind. in diesen Fällen ist eine lange, bei Verwendung einer Erdrückleitung mindestens zweiadrige Kabelverbindung von der Meßstelle zu dem in den beiden Punkten angeordneten Schallsender bzw. -empfänger erforderlich, wenn man die an sich vorteilhaftere Methode der direkten Laufzeitmessung anwenden will. Ein solcher Fall liegt z. B. in der Schleppnetzfischerei vor, wenn es sich darum handelt, mittels Schallimpulsen im Wasser bei einem von einem Schiff geschleppten Fischnetz den gegenseitigen Abstand der Scherbretter, die vor dem Netz an den beiden Kurrleinen angeordnet sind, zu messen. In solchen Fällen ist man in Rücksicht auf die Kosten und die rauhe Beanspruchung der Kabelverbindung bestrebt, mit einem einadrigen Kabel mit Erdrückleitung auszukommen. In practice there are now often cases in which the two points, whose distance from one another according to sen should be accessible, but relatively far away from the place where the measuring devices for the transit time measurement are set up are. in these cases a long one, if a ground return line is used, at least two-wire cable connection from the measuring point to the one arranged in the two points Sound transmitter or receiver required if you choose the more advantageous method want to use the direct runtime measurement. Such a case is e.g. B. in the Trawling, if it is, by means of sound impulses in the Water in the case of a fishing net being towed by a ship the otter boards, which are arranged in front of the net on the two hoist ropes measure up. In such cases one is in consideration of the costs and the rough use the cable connection strives to get by with a single-core cable with earth return.

Bisher hat man deshalb bei solchen Abstandsmessungen nur die Echomethode verwendet, denn bei der Anwendung der Echomethode zur Abstandsmes- sung ist die Verwendung einer einadrigen Verbindung z. B. dadurch möglich, daß man das sogenannte »Einschwingerprinzip« anwendet. Dies besteht darin, daß man nur einen Schwinger vorsieht und diesen zunächst als Schallsender und kurz darauf als Schallempfänger benutzt. Zu diesem Zweck ist der Schwinger parallel mit einer Energiequelle (Generator) zur Erzeugung eines Schallimpulses und mit einem Empfangsverstärker für den Echoimpuls verbunden. So far, only the echo method has therefore been used for such distance measurements used, because when using the echo method for distance measurement solution is the use a single-core connection z. B. possible by using the so-called "single oscillator principle" applies. This consists in providing only one transducer and this first used as a sound transmitter and shortly afterwards as a sound receiver. To that end is the oscillator in parallel with an energy source (generator) to generate a sound pulse and connected to a receiving amplifier for the echo pulse.

Schutzmaßnahmen, z. B. Amplitudenbegrenzer am Verstärker bzw. eine Funkenstrecke im Generatorstromkreis, sorgen dafür, daß bei der Schallaussendung keine Überlastung des Verstärkers bzw. keine Schwächung des am Verstärker ankommenden Echoimpulses eintritt. Das Verfahren ist natürlich nur anwendbar für Abstandsmessungen von einer gewissen Mindestentfernung an, nämlich der Entfernung, die etwa der Dauer des Sendeimpulses entspricht. Wenn man in der Echolotung im Wasser mit Impulsen von etwa 1 msec arbeitet, bedeutet dies, daß man Entfernungen bis etwa 1 m noch messen kann, da dann das Echo erst nach Abklingen des Sendeimpulses am Schwinger eintrifft. Protective measures, e.g. B. amplitude limiter on the amplifier or a Spark gap in the generator circuit ensure that the sound is emitted no overloading of the amplifier or no weakening of the one arriving at the amplifier Echo pulse occurs. The method can of course only be used for distance measurements from a certain minimum distance, namely the distance, which is approximately the duration of the transmission pulse. When you are in the echo sounder in the water with pulses works from about 1 msec, this means that distances of up to about 1 m are still possible can measure, because then the echo only after the transmission pulse has decayed on the transducer arrives.

Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß man ohne Mehraufwendung an Kabelverbindungen eine Abstandsmessung zwischen zwei von der Meßapparatur weit entfernten Punkten anstatt nach der Echomethode auch durch die an sich vorteilhaftere direkte Laufzeitmessung durchführen kann, wenn man dieses »Einschwingerprinzip« gleichzeitig gewissermaßen doppelt anwendet. The present invention is based on the knowledge that one a distance measurement between two of of the measuring apparatus at points far away instead of using the echo method can carry out the more advantageous direct transit time measurement if you do this "Settling-in principle" applies twice at the same time, so to speak.

Das Wesen der Erfindung besteht demgemäß in einem Verfahren, bei dem an den beiden Punkten in gemeinsamer Verbindung zwei gleichartige Schwinger angeordnet und gleichzeitig zur Abgabe von Schallimpulsen veranlaßt werden und daß kurz nach der Aussendung der Schallimpulse die Schwinger als Empfänger auf eine gemeinsame Verstärkeranordnung wirken, die mit der Laufzeitmeßapparatur verbunden ist. Bei diesem Verfahren durchlaufen also gleichzeitig zwei gleichartige Schallimpulse die zu messende Strecke in entgegengesetzter Richtung. The essence of the invention consists accordingly in a method to the two similar transducers in common connection at the two points arranged and at the same time caused to emit sound pulses and that shortly after the emission of the sound impulses, the transducers act as receivers on a act common amplifier arrangement, which is connected to the transit time measuring apparatus is. In this process, two sound pulses of the same type pass through at the same time the distance to be measured in the opposite direction.

Jeder der beiden Schwinger wirkt dabei zunächst als Sender und dann als Empfänger. An beiden Schwingern kommen - ruhendes schallübertragendes Medium vorausgesetzt - die ausgesandten Schallimpulse gleichzeitig und konphas an und addieren sich in ihrer Wirkung am Verstärkereingang.Each of the two transducers first acts as a transmitter and then as receiver. At both transducers come - static sound-transmitting medium provided - the emitted sound impulses at the same time and concurrently and add up their effect at the amplifier input.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, bei der die in den beiden Punkten angeordneten, gleichartigen Schwinger in Parallel- oder Reihenschaltung über eine gemeinsame zweiadrige bzw. -bei Benutzung einer Erdrückleitung -- über eine gemeinsame einadrige Kabelleitung mit einer Laufzeitmeßeinrichtung verbunden sind. In particular, the invention relates to a device in which the Similar transducers arranged in the two points in parallel or in series via a common two-wire or - when using a ground return line - via a common single-core cable line connected to a transit time measuring device are.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung haben gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen zur direkten Abstandsmessung zwischen zwei Punkten in dem einen Punkt ein Schallsender, im anderen ein Schallempfänger angeordnet wird, eine Reihe von Vorteilen, insbesondere in solchen Fällen, in denen die beiden Punkte, deren Abstand zu messen ist, relativ weit von dem Aufstellungsort der Meßapparatur entfernt sind und eine relativ lange Kabelverbindung erforderlich ist. Bei den bekannten Verfahren ist eine Parallel- oder Reihenschaltung von Sender und Empfänger nicht möglich, da im ersteren Falle der Empfänger über den Sender kurzgeschlossen sein würde und im zweiten Falle eine Beschädigung des Empfängers durch den starken Sendestromstoß eintreten würde, wenn nicht kostspielige Schutzmaßnahmen getroffen werden. Es sind deshalb bei den bekannten Verfahren zur Verbindung von Sender und Empfänger mit der Meßapparatur bei Benutzung einer gemeinsamen Rückleitung mindestens drei und bei Benutzung einer Erdrückleitung mindestens zwei Kabeladern erforderlich, während in diesen Fällen bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei Kabeladern bzw. einer einzigen auszukommen ist. The method and the device according to the invention have opposite the known methods and devices in which for direct distance measurement between two points at one point a sound transmitter, at the other a sound receiver is arranged a number of advantages, especially in those cases where the two points, the distance between which is to be measured, relatively far from the installation site the measuring apparatus are removed and a relatively long cable connection is required is. In the known methods, the transmitter is connected in parallel or in series and receiver not possible, since in the former case the receiver is via the transmitter would be short-circuited and in the second case damage to the receiver would occur due to the strong transmission current surge, if not expensive protective measures to be hit. There are therefore in the known method for connecting Transmitter and receiver with the measuring apparatus when using a common return line at least three and, if an earth return line is used, at least two cable cores required while in these cases according to the method and apparatus the invention is to get by with two cable cores or a single one.

Darüber hinaus gibt das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Vorteil, daß nicht nur die direkte Laufzeitmessung durchgeführt werden kann, sondern auch die Abstandsmessung nach der Echomethode, denn nachdem die gegenläufigen Schallimpulse an den als Empfänger wirkenden Schwingern angekommen sind und eine Anzeige der direkten Laufzeit bewirkt haben, werden sie an den Schwingerorten reflektiert und bewirken nach zweimaligem Durchlaufen der Meßstrecke danach auch noch eine Echoanzeige. Diese erscheint z. B. am Laufzeitregistriergerät in der doppelten Entfernung der ersten Markierung. In addition, there is the method and the device according to the invention the advantage that not only the direct runtime measurement can be carried out, but also the distance measurement according to the echo method, because after the opposing Sound impulses have arrived at the oscillators acting as receivers and one Display of the direct transit time, they are reflected at the transducer locations and after having run through the measuring section twice, they also cause an echo display. This appears z. B. on the runtime registration device in twice the distance of the first mark.

Die Erfindung möge an Hand der Abbildung beispielsweise näher erläutert werden: In den Punkten 1 und 2, deren Abstand 3 gemessen werden soll, sind zwei Schallschwinger 4 und 5 angeordnet. Diese Schallschwinger sind parallel durch eine einadrige Kabelleitung 6 und Erdrückleitung mit einer entfernt aufgestellten Meßapparatur verbunden, die aus dem Senderkreis 7 und dem Empfängerkreis 8 besteht. Wenn im Senderkreis der Schalter 9 geschlossen wird, liefert der Generator 10 über die Funkenstrecke 11 einen Stromstoß durch die Schwinger 4 und 5. Der durch den Schwinger 4 erzeugte Schallimpuls wandert in Richtung des Pfeiles 12 nach dem Schwinger 5 und gleichzeitig der vom Schwinger 5 er- zeugte Schallimpuls in der Richtung des Pfeiles 13 nach dem Schwinger 4. Die Schallimpulse kommen gleichzeitig an den beiden Schwingern an und werden zum Verstärker 14 der Meßapparatur übertragen. The invention may be explained in more detail with reference to the figure, for example are: In points 1 and 2, the distance 3 of which is to be measured, there are two Sound transducers 4 and 5 arranged. These sound transducers are parallel by one single-core cable 6 and earth return line with a remote measuring apparatus connected, which consists of the transmitter circuit 7 and the receiver circuit 8. If in the broadcasting circle the switch 9 is closed, the generator 10 supplies via the spark gap 11 a current surge through the oscillators 4 and 5. The one generated by the oscillator 4 Sound pulse travels in the direction of arrow 12 after the transducer 5 and at the same time from the oscillator 5 generated sound pulse in the direction of arrow 13 after Oscillator 4. The sound impulses arrive at both transducers and at the same time are transmitted to the amplifier 14 of the measuring apparatus.

Die Messung der Laufzeit der Schallimpulse kann beispielsweise durch ein Registriergerät 15 vorgenommen werden, das in ähnlicher Weise arbeitet wie die bekannten Echolotregistriergeräte. Die Einrichtung ist so getroffen, daß im Augenblick der Aussendung der Schallimpulse ein Stromstoß über den Verstärker auf das Registriergerät 15 wirkt und eine Nullmarke erzeugt. Der Schreibstift, der die Registrierungen bewirkt, bewegt sich über die Schreibfläche des Registriergerätes während der Laufzeit der Schallimpulse weiter, und im Augenblick der Ankunft der Impulse an denSchwingern wird eine weitere Markierung aufgezeichnet. Der Abstand dieser Markierung von der Nullmarkierung entspricht der Laufzeit und damit bei bekannter Schallgeschwindigkeit dem Abstand 3 zwischen den Punkten 1 und 2. Zweckmäßigerweise wird der Schalter 9, wie bei Echolotgeräten, in regelmäßigen Zeitabständen, z. B. durch einen Motorantrieb, betätigt, und das Registrierpapier wird unter dem Schreibstift in geeigneter Weise weiterbewegt, so daß sich die einzelnen Markierungen der Nullinie bzw. des Abstandes zu Linien aneinanderreihen. Wenn sich der Abstand 3 zwischen den beiden Punkten 1 und 2 ändert, wird sich dies in entsprechender Weise am Registriergerät 15 darstellen.The measurement of the transit time of the sound pulses can, for example, by a registration device 15 can be made, which operates in a manner similar to that known sonar recorders. The arrangement is made so that at the moment When the sound impulses are emitted, a current surge is sent to the recorder via the amplifier 15 acts and generates a zero mark. The pen that does the registrations moves over the writing surface of the recorder during the runtime of the Sound impulses further, and at the moment the impulses arrive at the vibrators another marker is recorded. The distance between this mark and the The zero mark corresponds to the transit time and thus to a known speed of sound the distance 3 between points 1 and 2. Appropriately, the switch 9, as with echo sounders, at regular intervals, e.g. B. by a motor drive, actuated, and the recording paper is under the pen in a suitable manner moved further so that the individual markings of the zero line or the distance strung together to form lines. When the distance is 3 between the two points 1 and 2 changes, this will be represented in a corresponding manner on the recording device 15.

Hat man z. B. die Aufgabe, den Abstand der beiden Scherbretter eines Fischschleppnetzes zu messen und laufend zu kontrollieren, so werden gemäß der Erfindung an den Scherbrettern zwei Schwinger so angeordnet, daß sie Schallimpulse von dem einen Scherbrett in Richtung auf das andere Scherbrett hin abstrahlen. Am Registriergerät erscheinen dann wie bei einer Echolotung die Markierungen des Abstandes und geben laufend etwaige Anderungen des Abstandes an. Werden die Schallimpulse stark genug bemessen, so erhält man nicht nur Markierungen bei ihrer direkten Ankunft an dem anderen Schwinger, sondern nach der doppelten Zeit auch Anzeigen, die durch die Echowirkung der an den Scherbrettern reflektierten Impulse nach Rückkehr zum Ausgangsschwinger erzeugt werden. Has one z. B. the task of the distance between the two otter boards To measure fish trawl and to continuously monitor it, according to the invention two transducers arranged on the otter boards so that they emit sound pulses from the emit one otter board in the direction of the other otter board. On the recorder the markings of the distance appear then as with an echo sounder and give possible changes in the distance. The sound impulses become strong enough dimensioned, you not only get markings when they arrive directly at the other transducers, but after the double time also ads by the Echo effect of the pulses reflected on the otter boards after returning to the original transducer be generated.

Ein Vorteil einer derartigen Einrichtung ist darin zu sehen, daß die üblichen Einrichtungen, wie sie für Echolotungen auf Fischereifahrzeugen in Gebrauch sind, verwendet werden können. Wenn z. B. bereits eine Echolotvorrichtung zur Messung und Kontrolle der Tiefenlage eines pelagischen Schwimmnetzes vorhanden ist, wobei ein am Netz angeordneter Echolotschwinger durch eine Kabelleitung vom Schiff mit dem Netz verbunden ist, so kann dieselbe Kabelleitung in Parallelschaltung zu diesem Netzschwinger gleichzeitig auch für die Verbindung der an den Scherbrettern zur Abstandsmessung angeordneten Schwinger benutzt werden. Im Echogramm erscheinen in diesem Falle die Tiefenangaben des Schwimmnetzes und die Angaben über den Abstand der Scherbretter voneinander gleichzeitig. One advantage of such a device is that the usual facilities such as those used for echo sounding on fishing vessels Use, can be used. If z. B. already has an echo sounder available for measuring and checking the depth of a pelagic swimming net is, with an echo sounder arranged on the network through a cable line from When the ship is connected to the network, the same cable can be connected in parallel to this net oscillator at the same time for the connection of the otter boards for distance measurement arranged transducers can be used. Appear in the echogram in this case the depth information of the swimming net and the information about the distance the otter boards from each other at the same time.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung des gegenseitigen Abstandes zweier für die Anordnung von Meßeinrichtungen zugänglicher Punkte durch Laufzeitmessung von Schallimpulsen, d a du r c h g e -kennzeichnet, daß zwei gleichartige Schwinger an den beiden Punkten in gemeinsamer Verbindung angeordnet und gleichzeitig zur Abgabe von Schallimpulsen veranlaßt werden und daß kurz nach der Aussendung der Schallimpulse die Schwinger als Empfänger auf eine gemeinsame Verstärkeranordnung wirken, die mit der Laufzeitmeßapparatur verbunden ist. Claims: 1. Method for measuring the mutual distance two points accessible for the arrangement of measuring devices by time of flight measurement of sound impulses, d a du r c h g e - indicates that two vibrators of the same type at the two points arranged in common connection and at the same time for delivery caused by sound impulses and that shortly after the emission of the sound impulses the oscillators act as receivers on a common amplifier arrangement, the is connected to the transit time measuring apparatus. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Punkten angeordneten Schwinger in Reihe oder parallel über eine Kabelleitung mit einem Schwingungserreger und einem Empfangsverstärker verbunden sind. 2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the transducers arranged at the two points are in series or in parallel via a cable with a vibration exciter and a receiving amplifier are connected. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwinger durch eine einadrige Kabelleitung, mit Erde als Rückleitung, mit dem Schwingungserreger und der Verstärkereinrichtung verbunden sind. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the two Oscillator through a single-core cable line, with earth as the return line, with the vibration exciter and the amplifier means are connected. 4. Vorrichtung nach Anspruch2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger auf ein Registriergerät, z. B. nach Art eines Echolotgerätes, in der Weise einwirken, daß der Zeitpunkt der gleichzeitigen Schallaussendung von beiden Schwingern und danach die Ankunft der ausgesandten Schallimpulse an den beiden Schwingern registriert wird. 4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the transducers on a recording device, e.g. B. in the manner of an echo sounder device in which Act way that the timing of the simultaneous emission of sound from both Oscillating and then the arrival of the emitted sound impulses at the two oscillators is registered.