DE666178C - Einrichtung zur Messung eines Zeitraumes - Google Patents
Einrichtung zur Messung eines ZeitraumesInfo
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Description
Es sind bereits Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig
ausgesandter Schallimpulse mittels eines bei Aussendung des Schalls sich von einer festen
Ausgangsspannung nach einer Funktion der Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators,
dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen
wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung
bekannt. Diese Verfahren besitzen gegenüber den bekannten Echolotverfahren mit umlaufendem oder hin und her
gehendem Zeiger den wesentlichen Vorteil, daß die Laufzeiten des Schalls rein elektrisch
gemessen werden, so daß die Zahl der mechanisch bewegten Teile und somit die Abnutzung
sehr gering ist. Andererseits ist es aber bei den bekanntgewordenen Verfahren dieser
Art sehr nachteilig, daß das elektrostatische Meßgerät den Schwankungen der Kondensatorspannung
folgt; die gemessene Tiefe wird also nicht wie bei den anderen bekannten Echolotverfahren durch einen zumindest
as anscheinend stillstehenden Zeiger angezeigt.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, der das genaue Ablesen der Tiefe sehr erschwert, wird
bei einem Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig ausgesandter
Schallimpulse mittels eines bei Aus-Sendung des Schalls sich von einer festen Ausgangsspannung nach einer Funktion der
Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators, dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen
wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung
gemäß der Erfindung der Kondensator beim Empfang des Echos durch ein Relais kurzzeitig mit dem Gitter eines statischen
Röhrenvoltmeters verbunden.
Die Erfindung ist bei allen Arten von Entfernungs- oder Intervallmeßgeräten anwendbar.
Das weiteste und wichtigste Anwendungsgebiet ist wohl die Tiefen- und Höhenmessung.
Die erstere erfolgt in Wasser mittels eines Hammers als Schallsender und eines Wasserschallempfängers als Empfänger. Die
Höhenmessung erfolgt mit einer ähnlichen Vorrichtung, die zur Verwendung in der Luft
bestimmt ist.
Auf der Zeichnung· ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt; es zeigen:
Abb. ι eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
und SS
Abb. 2 eine andere Ausführungsform.
Nach der Zeichnung wird der Schall- oder Energieimpuls mittels einer schlagartigen Er-
regung einer Membran i ausgesendet, indem
die Membran durch einen Hammer 7 angeschlagen wird. Dieser sitzt am Ende eines Armes 5 eines bei 6 gelenkig gelagerten
Hebels. Der Hammer wird durch einen Motor 2 angetrieben. Dieser treibt eine Nockenscheibe
3 mittels einer Schnecke 11 an. Die Nockenscheibe besitzt einen Zapfen 4, der
senkrecht auf ihrer Fläche steht. Der Zapfen 4 faßt unter die Unterseite eines Armes 28 des
schwenkbaren Hebels 5 und hebt den Arm gegen die Kraft einer Feder 8 an. Wenn der
Zapfen 4 den Arm 28 verläßt, wird der Arm ausgelöst, und die Feder 8 schlägt den Hammer
7 gegen eine Verstärkung der Membran 1, so daß ein Schallimpuls ausgesendet wird.
Der Schall geht nach der Fläche 29, wird reflektiert und von einem Empfänger 22 aufgenommen.
Der Schall kann durch einen Verstärker 23 verstärkt werden.
Ein Relais 24 ist in der Zeichnung als ein mechanisches Relais dargestellt, kann aber
auch von anderer geeigneter Bauart sein. Der Verstärker zur Betätigung des Relais ist
zweckmäßig von solcher Bauajt, daß er einen genauen und gleichmäßigen Stromwechsel bei
Empfang eines Signals ohne Rücksicht auf die Stärke des Signals ergibt. Ein solcher
Verstärker ist sehr wünschenswert, damit das Relais 24, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen
Nachschleppens, gleichmäßig arbeitet, was wichtig ist, wie später noch erläutert
werden wird.
Wird der Arm 28 ausgelöst, so folgt diesem der Kontakthebel 9, der so eingestellt ist, daß
der Stromschluß zwischen 9 und 10 unterbrochen wird, sobald der Hammer 7 gegen
die Membran schlägt. Eine Normalbatterie 12, die im wesentlichen unveränderliche Spannung
besitzt, oder eine Batterie, deren Spannung zur Herstellung einer bestimmten Spannung
regelbar ist, hält vor dem öffnen der Kontakte 9 und 10 einen Kondensator 13 auf
einem bestimmten Potential. Nachdem der Stromkreis unterbrochen ist, entladet sich der
Kondensator 13 über einen konstanten Widerstand 14 Um einen Betrag, der durch die
Formel bestimmt wird:
Vt=Voec-K.
Darin bedeutet V0 die Anfangsspannung des
Kondensators 13, c die Kapazität des Kondensators
13 und R den Widerstands wert des
Widerstandes 14. e ist die bekannte logarithmische Konstante, t ist die Zeit, die vom Beginn
des öffnens des Stromkreises an gemessen wurde, und Vt ist das Potential des
Kondensators 13 nach der Zeit i.
Aus vorstehendem ergibt es sich, daß die . Zeitspanne t durch die Spannung Vt des Kondensators
13 meßbar ist. Der Kondensator 13 setzt seine Entladung fort, wenn
der Schallimpuls zur Fläche 29 geht, dort reflektiert und von dem Empfänger 22 aufge-
* iiommen wird. In diesem Augenblick tritt der '■* Empfangskreis in Tätigkeit. Das Relais 24
gibt den Arm 26 frei. Dieser federt infolge der Kraft der Feder 25 zurück und stellt einen
Kontakt zwischen 26 und 27 her.
Aus der Zeichnung ist es ersichtlich, daß der Kondensator 15 dadurch dasselbe Potential
wie der Kondensator 13 erhält und daß das Gitter der Röhre 16 mit demselben Potential
gegenüber dem Glühfaden geladen wird.
Das Relais bleibt nicht in dieser Stellung, es geht sofort zurück, unterbricht den Kontakt
zwischen 26 und 27 und isoliert auf diese Weise die Ladung des Kondensators 15 und
des Gitters der Röhre 16. Die Vakuumröhre 16 besitzt einen bestimmten Anodenstrom,
der von der Spannung einer Batterie 21 und vom Gitterpotential der Röhre abhängt. Bei
einer konstanten Anodenspannung ändert sich der Strom nur mit der Gitterspannung, so
daß der Anodenstrom eine Funktion der Gitterspannung ist. Diese wiederum ist abhängig
von der Ladung des Kondensators 13 zu der Zeit, wenn der Kontakt zwischen 26 und 27
geschlossen ist. Da die Kondensatorladung 13 eine Funktion der Zeit ist, gerechnet von der
Abgabe des Schallsignals an, das das Öffnen des Kontaktes zwischen 9 und 10 hervorruft,
so ist die Ladung des Kondensators 13 zu der Zeit, zu der der Kontakt zwischen 26 und 27
geschlossen wird, und zwar bei Rückkehr des Echos, ein Maß für die Zeitspanne zwischen
der Schallabgabe und dem Echoempfang. Diese Ladung wird durch den Anodenstrom
gemessen, der durch die Vakuumröhre 16 fließt, und zwar mittels eines Amperemeters
17 und eines Registrieramperemeters 18.
Wenn es erwünscht ist, kann ein Relais 19, das bei einer bestimmten Stromstärke anspricht,
dazu dienen, ein Läutewerk 20 zu betätigen.
Wenn das Echo angekommen ist, wodurch die Kontakte des Relais 24 für einen Augenblick
geschlossen werden, nimmt der Zeiger des Amperemeters 17 eine bestimmte Stellung no
ein, die vom Potential des Gitters der Röhre 16 abhängig ist. Da der Kontakt sich sofort
öftnet, so behält das Gitter 16 seine Ladung
(da sie nicht abfließen kann), und der Zeiger des Amperemeters 17 bleibt in seiner Stellung.
In der Praxis wird der Stromkreis mit der Vakuumröhre 16 und dem Amperemeter 17
eine Vakuumröhrenvoltmessereinrichtung genannt, da sie das Potential des Gitters der
Röhre 16 mißt.
Die Arbeitsweise wird bei jedesmaligem Abgeben eines Signals wiederholt. Ändert
sich die WassCrtiefe, so ist die Ladung des - Kondensators 13 eine andere, wenn die Relaiskontakte
geschlossen werden. Infolgedessen muß sich das Gitterpotential ändern und ebenso der Anodenstrom der Röhre 16.
Der Zeiger des Amperemeters 17 würde dann auch eine andere Stellung einnehmen, die der
neu gemessenen Tiefe entspricht. Mit anderen Worten: Die Stellung des Zeigers des Amperemeters
17 wird sich nicht ändern, bis eine neue Lotung von anderer Wassertiefe angezeigt
wird. Die letzte Messung der Wassertiefe oder des Abstandes kann deshalb jederzeit
aus der Stellung des Zeigers des Amperemeters 17 abgelesen werden.
Abb. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Stromkreises nach Abb. 1,
wobei der Meßpunkt nicht beim Schließen des Kontaktes 26, 27 bestimmt wird, sondern
beim Öffnen der Kontakte 26 und 30. Da das Öffnen der Kontakte augenblicklich erfolgt,
so kann kein Meßfehler dadurch entstehen, daß Zeit vergeht, während, welcher die Relaiskontakte
sich aus einer Stellung in die andere bewegen.
Das Merkmal des in Abb. 2 dargestellten Stromkreises bietet ferner einen anderen Vorteil.
Beim Loten nach der Echomethode ist das Echo gewöhnlich bei flachem Wasser
stark und bei tiefem Wasser schwach. Die bisher üblichen Empfangskreise mußten eine
für tiefes Wasser ausreichende Empfindlichkeit besitzen und waren bei entsprechender
Einstellung häufig bei geringen Wassertiefen zu empfindlich. Die Folge war, daß die direkten
Signale und andere Störungsgeräusche beim Senden des Signals häufig die Anzeigevorrichtung
ansprechen ließen und dadurch falsche Ablesungen hervorriefen.
Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 wird dieser Übelstand dadurch beseitigt, daß der
Stromkreis eine derartige Empfindlichkeit erhält, daß mit der Zunahme des Zeitintervalls
für die Rückkehr des Echos die Empfindlichkeit des Empfangskreises größer wird. Bei
tiefem Wasser ist deshalb der Empfangskreis empfindlicher als bei flachem Wasser.
Wie nach Abb. 1 wird bei der Schallabgabe der Kontakt zwischen 9 und 10 unterbrochen,
und die Ladung des Kondensators 13 kann über den Widerstand 14 abgeleitet werden.
Gleichzeitig ist indessen der Kondensator 13 dauernd mit dem Gitter und dem Glühfaden
der Röhre 31 verbunden, die die erste Röhre des Empfängerkreises ist. Ein Transformator
32, dessen Sekundärwicklung am Gitter der Röhre 31 liegt, ist ari den Empfänger angeschlossen.
Der empfangene Impuls wird dem Gitter der Röhre 31 durch den Transformator 32
aufgedrückt. Das Ansprechen des Stromkreises hängt erstens davon ab, ob das von
dem empfangenen Signal erzeugte Potential die Ladung des Gitters, die ihm von dem
Kondensator 13 aufgedrückt war, genügend überwindet, damit der Stromkreis arbeiten
kann. Wenn das Signal sofort eintrifft, z. B. wenn das direkte Signal auf den Empfänger
trifft, ohne reflektiert zu werden, so wird die Ladung des Kondensators 13 nicht merklich
abgeleitet sein.
Auf diese Weise ist das Gitter der Röhre 31 stark negativ, und das unmittelbare Signal
wird trotz seiner Stärke keine genügende Spannung erzeugen, um die stark negative
Spannung zu überwinden und den Empfangskreis zu betätigen.
Ist andererseits das Wasser tief, so wird die Ladung des Kondensators 13 merklich abgeflossen
sein, und das Gitter der Röhre 31 wird weniger negativ sein, so daß eine schwächere,
durch das Echo hervorgerufene Spannung den Empfangskreis betätigen wird. Das durch den Empfangskreis gehende Echo erregt
das Relais 24 und öffnet den Kontakt zwischen 30 und 26. Dadurch wird die Ladung
des Kondensators 13 isoliert. Der Augenblick des Öffnens der Kontakte 30 und 26 bestimmt
die zu messende Zeitspanne, da der Kondensator 13 seine Ladung nach dem
Öffnen nicht weiter abgibt. Infolgedessen wird die Zeitmessung nicht beeinflußt, gleichgültig,
wieviel Zeit bis zum Schließen der Kontakte 26 und 2y vergeht. Werden die
Kontakte 26 und 2J geschlossen, so wird die
Ladung des Kondensators 13 dem Gitter der Röhre 16 aufgedrückt, und dadurch erfolgt die
Anzeige bei 17, wie vorher angegeben.
Es ist zu beachten, daß die Empfindlichkeit des Empfängerkreises eine Funktion des Zeit-Intervalls
zwischen dem Senden des direkten Signals und dem Empfang des Echos ist und daß bei größerer Wassertiefe der Empfängerkreis
empfindlicher wird.
Claims (4)
- Patentansprüche:i. Verfahren zum dauernden Messen der Laufzeiten der Echos regelmäßig ausgesandter Schallimpulse mittels eines bei Aussendung des Schalls sich von einer festen Ausgangsspannung nach einer Funktion der Zeit aufladenden bzw. entladenden Kondensators, dessen Ladung bzw. Entladung im Augenblick des Eintreffens des Echos unterbrochen wird, und mittels eines elektrostatischen Meßgerätes zur Messung der Kondensatorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator beim Empfang des Echos durch ein Relais kurzzeitig mit dem Gitter eines statischen Röhrenvoltmeters verbunden wird.
- 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator parallel zum Gitterkathodenkreis des Röhrenvoltmeters geschaltet ist.
- 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der Schallimpuls durch eine Schlagvorrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Schlagvorrichtung vor Aussendung des Schalls mit der Batterie verbundene Kondensator sich nach Aussendung des Schalls über den Kontakt eines Relais entlädt, das bei Eintreffen des Echos den Entladestromkreis desKondensators öffnet und mittels eines zweiten Kontaktes den Kondensator mit dem Gitter des Röhrenvoltmeters verbindet.
- 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß der vom Echo ausgelöste Stromimpuls dem Gitter einer Verstärkerröhre zugeführt wird, dessen negative Vorspannung gleich der Spannung des zur Zeitmessung dienenden Kondensators ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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