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Verfahren zur Fernmessung Die Erfindung betrifft eine Fernme ßan:lage,
bei der eine Übertragung der Meßwerte insbesondere durch Hochfrequenz erfolgt.
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Besondere Schwierigkeiten bei der Fernmessung treten dann auf, wenn
die abzulesenden oder zu betätigenden Meßinstrumente in einer größeren Entfernung
beispielsweise auf einem Fahrzeug oder Flugzeug angeordnet sind. Es kann beispielsweise
gewünscht werden, von :dem Fahrzeug nach einem entfernten, relativ festen Punkt
Anzeigen über die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, den Zustand der Antriebsmittel,
die Höhe oder andere meßb are Eigenschaften auszusenden.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Hochfrequenzfernmeßanlage zu schaffen,
die mit Hochfrequenzimpulsen arbeitet. Es ist ein weiteres Ziel, sowohl eineAnzeigederEntfernunigeinesObjektesvone
dnem entfernten Punkt wie auch Meß-instrum.entablesungen von auf dem :beweglichen
Objekt befindlichen Instrum@enrten an dem entfernten Punkt zu erhalten.
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Gemäß einem Merkmal besteht die erfindungsgemäße Anlage aus Mitteln
für die Aussendung einer Serie von Impulsen gegebener Wiederholungsfrequenz von
einem ersten Punkt nach einem zweiten Punkt. An dem zweiten Punkt werden: die Impulse
für die Zurücksendung nach dem ersten Punkt verstärkt. Im Verstärker ist eine variable
Verzögerungsvorrichtung vorgesehen, welche in Übereinstimmung mit der Zeigerstellung
einiger Meßinstrumente gesteuert wird. Die zurückgesandten Impulse werden dann am
ersten Punkt empfangen, und :durch diese empfangenen zurückgesandten Impulse wird
eine Anzeige der Meßinstrurnentablesungen oder Messungen erhalten.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. i zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage; Fig.2
ist eine graphische Darstellung, die zur Erläuterung der Wirkungsweise verschiedener
Elemente der Anlage dient; Fig. 3 ist eine vereinfachte Schaltung einer weiteren
Anlage; Fig. q. und 5 sind alternative Meßanordnungen, die bei der erfindungsgemäßen
Anlage verwendet werden können; Fig. 6 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung
mnit variabler Verzögerung.
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In Fig. i ist die am ersten Punkt befindliche Fernmeßsen:de- und -empfangsausrüstung
durch das Bezugszeichen i bezeichnet, und die am zweiten, reflektierenden Punkt
befindliche Ausrüstung ist durch das Bezugszeichen 2 bezeichnet. An der Fernmeßstation
i ist ein Impulsgenerator 3 vorgesehen, der Impulse einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz
erzeugt. Diese Impulse werden einem Sender 4 zugeführt, in welchem sie einen Hochfrequenzträger
modulieren, der von der Antenne 5 ausgestrahlt wird. Gleichzeitig werden die Impulse
vom Impulsgenerator 3 über die Leitung 6 an einen Empfängerblockierungskreis 7 angelegt,
der den mit der Antenne g gekoppelten Empfänger 8 während der Perioden sperrt, während
deren Impulse von der Antenne 5 ausgestrahlt werden. Die von der Antenne 5 ausgesandten
Impulse werden durch die Empfangsantenne io an der Station 2 aufgenommen, wo die
Messungen stattfinden, und die Impulse treffen gleichzeitig auf den reflektierenden
Körper auf, von dem sie reflektiert werden und von der Antenne g empfangen werden.
Die von der Antenne io empfangene Energie wird an einen Empfänger 12 angelegt, welcher
die empfangene Energie gleichrichtet und die gleichgerichteten Impulse an eine einstellbare
Verzögerungsvorrichtung 13 anlegt, von wo die Impulse zum Sender 14 ,gelangen und,
über die Antenne 15 ausgestrahlt werden. Der Sender il, kann auf der gleichen Hochfrequenzwelle
arbeiten wie der Sender 4, oder er kann auf einer unterschiedlichen Frequenz arbeiten.
Im letzteren Falle sollte der Empfänger 8 auf .die gleiche Frequenz wie der Sender
14 abgestimmt sein, und der Empfänger spricht dann nicht auf die vom Körper reflektierten
Impulse an. Gleichfalls könnte in einem solchen. Fäll der Empfängerblockierungskreis
7 weggelassen werden. Wenn jedoch Entfernungsanzeigen gewünscht werden, wird dann
,ein zweiter Empfänger für die reflektierten Impulse benötigt.
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Die Einstellung der Verzögerungsvorrichtung 13 wird durch das Meßinstrument
16 z. B. durch Betätigung eines mechanischen Gliedes 17 gesteuert. Auf diese Weise
werden die von der Antenne 15 ausgestrahlten Impulse um einen Betrag verzögert,
der proportional den von r6 erhaltenen Messungen ist.
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Die von der Station 2 reflektierte und zurückgesandte Energie, die
im Empfänger 8 empfangen wird, und die Impulse vom Impulsgenerator 3 werden über
die entsprechenden Leitungen 18, 6 und ig an einen Anzeigestromkreis 2o angelegt.
Wie in Fig. i gezeigt ist, besteht der Anzeigestromkreis 2o- aus einer Kathodenstrahlröhre
21. Die Impulse vom Generator 3 betätigen einen Ablenkgenerator 22, von welchem
ein Ablenkpotential an die Ablenkelektroden23 angelegt wird. Die vom Empfänger 8
empfangenen Impulse werden an die vertikalen Ablenkplatten 24 angelegt und erzeugen
dadurch eine Ablenkung der Linie 25. Auf diese Weise entstehen eine Impulsanzeige
26 bei einem vom reflektierenden Körper reflektierten Impuls und ein Impuls unterschiedlicher
Charakteristik 27 von vorzugsweise vergrößerter Amplitude infolge des erneut ausgesandten
verstärkten Impulses. Der Abstand zwischen :den Impulsen 26 und 27 auf dem Oszillographenschirm
ergibt eine Anzeige .der Einstellung des Meßinstrumentes 16. Der Abstand. des Impulses
26 vom Ursprung,der Ablenklinie 25 kann als eine Entfernungsanzeige der Station
2 dienen.
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In Kurve a (Fig. 2) ist eine Serie von Impulsen 26a gezeigt, die einen
vorbestimmten nAbstand haben. Diese Impulse: entsprechen den vom Sender 4 ausgesandten
Impulsen. Die empfangenen reflektierten Impulse sind in Kurve b mit 26b bezeichnet
und ,haben einen vorbestimmten Zeitabstand zu den Impulsen 2611. Die verzögerten
verstärkten Impulse sind in Kurve c mit 27c bezeichnet und sind zeitlich stärker
verzögert als die Impulse 26b. In Kurve d ist die Ablenkspannung 25d gezeigt, auf
-der die Impulse 26b und 27c überlagert sind, um ihre relative Zeitverschiebung
zu zeigen. Der Abstand zwischen den. Impulsen 26b und 27a dient als eine Anzeige
der Messungen.
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Wenn der Abstand zwischen den ausgesandten Impulsen genügend groß
gemacht wird, bezüglich der Hin- und Rücklaufzeit der Impulse von der Fernmeßstation
i nach dem Meßpunkt 2, wird: der Zeitabstand zwischen dem ausgesandten Impuls und
dem reflektierten Impuls genügend klein sein, so daß er ignoriert werden kann. In
diesem Fall ist die einzige bedeutsame Messung die Entfernung längs der Ablenklinie
25 von ihrem Ursprungspunkt nach der Impulsanzeige 27e, da die ImpüIsanzeige 26b
sehr dicht am Ursprungspunkt dieser Ablenklinie liegt. Wenn z. B. die Impulse mit
einem Zeitabstand von ,iooops ausgesandt werden und die maximale Entfernung, in
welcher Messungen durchgeführt werden sollen, 25 km beträgt, ist ersichtlich, daß
die Zeitverzögerung für einen Impuls für den Hin- und, Rückweg zwischen den Stationen
i und 2 nur 15 ps beträgt. Wenn die Verzögerung der Verzögerungsvorrichtung auf
eine Verzögerung von 5oo bis goo.,ccs eingestellt wird, beträgt der Fehler bei 25
km Entfernung zwischen 1,7 und 3 °/o, was von der Größe der gemessenen Anzeige und
der entsprechenden Einstellung abhängt. Bei der halben Entfernung und beim selben
Verzögerungsbereich ist der Fehler nur halb so groß. Weiterhin ist es klar, daß,
wenn der Abstand zwischen.den Impulsen über ioooys hinaus vergrößert wird und dadurch
die erlaubbare Verzögerungsperiode verlängert wird,@eine weitere Verringerung des
möglichen Fehlers erreicht werden kann.
In Fig. 3 ist eine einfache
Schaltung dargestellt, die in jeder Hinsicht ähnlich der Fig. i ist, ausgenommen,
daß kein reflektierender Körper an der Station :2 dargestellt ist und daß ein direkt
ablesbares Meßins.trument 2o an Stelle des Kathodenstrahloszillbgraphen in Fig.
i vorgesehen ist. Das direkt ablesbare Meßinstrument kann dann verwendet werden,
wenn der Abstand der für die Fernmessung ausgesandten Impulse genügend groß ist,
so daß die Laufzeit zwischen den Stationen i und 2 vernachlässigt werden kann. Dieselbe
Art Meßins:trument kann auch verwendet werden, wenn reflektierte Impulse zur Anzeige
benutzt werden; im allgemeinen ist dies jedoch nicht zweckmäßig.
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In Fig. q. ist ein Kreuzspulenphasenmesser gezeigt, der als Meßinstrument
2o in Fig. 3 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung werden Eingangsimpulse
über die Leitung 6 an einen ersten Generator 28 angelegt, der eine Welle erzeugt,
wie sie Mit 28e in Kurve e von Fig. 2 dargestellt ist. Diese Welle wird an eine
erste Spule 29 angelegt. Die empfangenen verstärkten Impulse werden; über die Leitung
18 an einen zweiten Generator 3o angelegt und von dort an eine zweite Spule 31.
Die vom Generator 3o erzeugte Welle kann z. B. der Welle 30e in Kurve e von Fig.
2 entsprechen, und diese Welle hat eine Phasenverschiebungrelativ zur Welle 28e,
welche von dem Zeitabstand zwischen den direkt erzeugten Impulsen und von den empfangenen
verstärkten Impulsen abhängt. Sollte sich der Abstand zwischen diesen Impulsen verändern,
so wird, beispielsweise die Ausgangswelle vom Generator 3o die mit 3o1 gezeigte
Phasenlage einnehmen. Demgemäß wird der Zeiger 32 des Meßinstrumentes eine resultierende
Lage einnehmen, die von der Phasenbeziehung der angelegten. Wellen abhängt, und
eine Meßanzeige an der Station i liefern, die der Messung des .an der Station 2
angeordneten Meßinstrumentes 16 entspricht.
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In Fig.5 ist eine alternative Anordnung des Meßin.strum-entes 20 gezeigt.
Gemäß dieser Anordnung werden Ausgangsimpulse vom Generator 3 und, vom Empfänger
8 über getrennte Leitungen 6 und 18 an einen Auslösekreis 33 angelegt. Dieser Auslösekreis
erzeugt Wellen gemäß der Kurve f von Fig. 2 in der Form von rechteckigen Impulsen
33f. Nehmen wir an, daß der Auslösekreis 33 so eingestellt ist, daß er durch den
ausgesandten Impuls ausgelöst wird und dann durch den empfangenen verstärkten Impuls
in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht wird, dann werden die vorderen und hinteren
Kanten 26f, 271 des Impulses 33f einen Abstand haben, .der dem Abstand der
Impulse 26b und 27e entspricht. Die Breite des Impulses 33f wird entsprechend der
Verzögerung des Impulses 27 variieren, so .daß die ganze Ausgangsenergie sich entsprechend
verändert. Das Meßinstrument 34 mißt die Gesamtausgangsenerge und kann so geeicht
werden, daß es die Maßeinheiten des Meßinstrumentes 16 anzeigt.
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Betrachten wir jetzt die Kurven g, lt und i von Fig.
2, die die Arbeitsweise .der Schaltung in Fig. 5 zeigen. In Kurve g sind eine Anzahl
Impulse 269
mit einem vorbestimmten Zeitabstand dargestellt. In Kurve h sind.
die reflektierten Impulse 26h und die verstärkten Impulse 27h geze,i.gt. Es ist
ersichtlich, daß 26h eine so kleine Entfernung von 269
hat, daßdieser Abstand
praktisch vernachlässigt werden kann. Wenn dann die Impulse 26g und 271' an den
Auslösekreis 33 angelegt werden, wird eine resultierende rechteckige Welle 331 erzeugt,
wie in Kurve i in Fig. 2 gezeigt ist. Diese rechteckigen Impulse 331 haben vordere
und hintere Kanten 261 und 271, entsprechend dem Abstand der Impulse
269
und 27g. Es wird klar sein, .daß auch andere Meßanordnungen als die gezeigten
verwendet werden können.
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In den in Fig. i und 3 gezeigten Schaltiungsanordn,ungen ist die Vorrichtung
einstellbarer Verzögerung nur als Kästchen .dargestellt worden. Es ist klar, daß
irgendeine Form einer Verzögerungseinrichtung, die für die besondere Art Messung
ge-
eignet ist, verwendet wenden kann. Wenn z. B. nur sehr kurze Verzögerungen
erforderlich sind, kann die Verzögerungsvorrichtung aus einem einfachen passiven,
einstellbaren Netzwerk bestehen. Wenn größere Verzögerungen benötigt werden, können
einstellbare Aus@lösekreise verwendet werden. Wenn die Verzögerung sehr lang sein
muß, kann es wünschenswert sein, irgendeine Form einer akustischen Verzögerung an
Stelle der oben besprochenen elektrischen: Verzögerung zu verwenden. Eine Ausbildung
eines akustischen Verzögerungsmittels, welches in Fig. i und 3 verwendet werden
kann., ist in Fig.6 gezeigt. Gemäß dieser Anordnung wird die Ausgangsspannung vom
Empfänger 12 an ein Tonwie dergabeelement 35 angelegt, welches mit einem gespannten
Draht 36 gekoppelt ist. Der Draht 36 ist an einem Ende 37 starr befestigt und am
anderen Ende 38 an einer Trommel 39 befestigt. Das Meß.instrument 16 dreht die Trommel
39 und, verändert so die Spannung des Drahtes 36 und damit seine Übertragun.gscharakteris,tik
für die Tonwellen von T'onwiedergabeelement 35. Wenn der Draht durch Bewegung des
Meßdnstrumentes, gespannt wird, wird die Tonwelle längs des Drahtes 36 mit einer
höheren Geschwindigkeit fortgepflanzt, als wenn der Draht schlaff ist. In einer
vorbestimmten Entfernung längs des Drahtes 36 ,ist eine Tonaufnahmevorrichtung 40
vorgesehen. Diese Tonaufnahmevorrichtung 40 ist mit einem Sender 14 gekoppelt, welcher
Impulse für die Zurücksendung erzeugt. Die durch die Leitung 36 erzeugte Verz5gerung
kann mittels der variablen Spannungsanordnung über einen relativ großen Bereich
variiert werden.