DE1178331B

DE1178331B - Verfahren zur Auswahl von Amplituden und Anordnung zum Messen des Abstandes durch Reflexion von Schallwellen, insbesondere zur akustischen Hoehenmessung

Info

Publication number: DE1178331B
Application number: DEB43760A
Authority: DE
Inventors: James Allen Wippert
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1957-03-04
Filing date: 1957-03-04
Publication date: 1964-09-17

Description

Verfahren zur Auswahl von Amplituden und Anordnung zum Messen des Abstandes durch Reflexion von Schallwellen, insbesondere zur akustischen Höhenmessung Die Erfindung geht in erster Linie aus von einem Verfahren zum Auswählen von Amplituden, das ein Ausscheidung unter zwei Wechselspannungssignalen gleicher Frequenz und mit verschiedenen Amplituden ermöglicht und bei welchem nur das Signal mit der kleineren Amplitude beibehalten wird. In zweiter Linie bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zum Messen von Abständen durch Reflexion von Schallwellen, insbesondere einen akustischen Höhenmesser zum Bestimmen auch niedriger Höhen unter Anwendung des Verfahrens.
Zum Messen kleiner Höhen, z. B. beim Landen eines Flugzeuges oder bei einem Hubschrauber, ist es erforderlich, mit einer sehr großen Genauigkeit zu arbeiten. Hierfür sind barometrische Höhenmesser ungeeignet. Es ist bereits vorgeschlagen worden, sonst bekannte Anordnungen zum Messen von Abständen und von Anhöhen zu verwenden, die auf der Grundlage der Messung der Zeit arbeiten, die zwischen der Aussendung von Wellenzügen (insbesondere akustischen) von einem Flugzeug und dem Empfang der von der Erde zurückkommenden entsprechenden Echos verstreicht. Die bekannten Höhenmesser beruhen jedoch auf einem Prinzip, welchem prinzipielle Nachteile infolge des Aufwandes, Umfanges, der übersteigerten Empfindlichkeit gegenüber Geräuschen und störenden Echos und des Fehlens einer automatischen Arbeitsweise innewohnen.
Die Anordnung zum Messen von Abständen, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, schafft verschiedene Merkmale, die im folgenden angegeben werden und die diese Nachteile beseitigen. Eines dieser Merkmale beruht in der Verwendung der obenerwähnten Amplituden auswählenden Schaltung, dank welcher die Anordnung einen Teil gemeinsam für den Sender und den Empfänger verwenden kann, ohne daß sich die Gefahr einer Störung ergibt, die zwischen den ausgesendeten und zurückgekehrten Signalen entsteht. Diese Funktion der Unterdrückung des Nullschalles ist bei Echoentfernungsmessern mit gesonderten Sende- und Empfangsstromkreisen gewöhnlich durch zeitweise Blockierung des Empfangsverstärkers bewirkt worden. Es ist überdies bereits bekannt, elektromagnetische Echolote mit einer Empfindlichkeitsregelung auszustatten, bei der die Empfängerempfindlichkeit im Takt der Sendeperiode durch eine Regelung von einem Kleinstwert bis zu einem Höchstwert mit Hilfe eines Multivibrators gesteuert wird. Ein ähnliches Verfahren regelt die Empfindlichkeit des Signalempfängers in Abhängigkeit von der Empfangsamplitude, wobei die durch eine Amplitudenzunahme verursachte Empfindlichkeitsabnahme eine die Signaldauer übersteigende Zeitverzögerung erfährt.
Auch die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besitzt eine Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung. Sie bietet aber gegenüber den bekannten Vorrichtungen besondere Vorteile, indem sie gegenüber diesen wesentlich selektiver arbeitet. Der Empfänger unterdrückt auch unmittelbar nach der Aussendung des Signals nur die starken Signale selektiv, schwache Signale werden aufgenommen. Dies ist für einen Echohöhenmesser, der noch bei geringen Höhen genau arbeiten soll, außerordentlich wichtig, da das Echo fast unmittelbar auf das ausgesendete Signal folgt. Die nach der Erfindung vorgeschlagene Schaltung ist im Hinblick auf diese Aufgaben besonders einfach. Überdies wird hervorgehoben, daß die Auswahlschaltung unabhängig von der Anordnung zum Messen des Abstandes in allen Fällen verwendbar ist, wo zwei oder mehrere Signale gleicher Frequenzen und verschiedener Amplituden zusammentreffen, zwischen denen eine Unterscheidung erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausscheidung des schwächeren von zwei zu verschiedenen Zeitpunkten auf einer Leitung auftretenden amplitudenverschiedenen Wechselspannungssignalen von gleicher Signalfrequenz, insbesondere des Empfangssignals in Echohöhenmessern mit Unterdrückung des Sendesignals im Empfangsteil, ist dadurch gekennzeichnet, daß das starke und schwache Signal zuerst gleichgerichtet werden, daß die Wchselstromkomponente beider Signale eine hinreichend große Differenz bildet und vorzugsweise zwischen den einander zugekehrten Amplituden der gleichgerichteten Signale ein Zwischenraum entsteht, daß durch eine innerhalb dieses Zwischenraumes liegende Sperrspannung alle Teile der Signale unterdrückt werden, die im absoluten Wert größer als diese Sperrspannung sind, und daß vorzugsweise das so ausgeschiedene schwächere Signal zur Unterdrückung der Gleichspannungskomponenten des stärkeren Signals einem geeigneten Filter zugeführt wird.
Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens weist nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung folgende besondere Merkmale, einzeln oder in Verbindung miteinander, auf: a) Die Signale werden über einen Kondensator an eine Diode angelegt, die an ein Bezugspotential (beispielsweise Masse) angeschlossen ist. b) Die Signale werden zur Reduzierung der Wechselstromkomponente durch eine Widerstands-Kapazitäts-Schaltung geführt. c) Die verkleinerten Signale werden zur Ausscheidung des schwächeren Signals an die Steuerelektrode einer vorgespannten Elektronenröhre angelegt. d) In einer Sende-Empfangs-Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere in Höhenmessern, zur Bestimmung der Zeit zwischen der Aussendung eines scharfen Impulses, beispielsweise akustischer Energie, und dem Empfang des reflektierten Echoimpulses ist ein dem Sende- und Empfangsteil gemeinsamer Teil vorgesehen, der sowohl die starken Wechselstromsignale des gesendeten Impulses als auch die schwachen Wechselstromsignale des empfangenen Echos führt.
Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Block- und Schaltungsschaubild eines die Erfindung enthaltenden Systems, F i g. 2 Wellenformen von Signalen, die an verschiedenen Punkten des Systems nach Fig. 1 auftreten, F i g. 3 ein Schaltungsschaubild der Diskriminatorschaltung 22 nach Fig. 1 unter Hinzunahme des Bandpaßfilters 42; die Punkte, an denen die in den F i g. 2 und 4 dargestellten Wellenformen der Signale auftreten, sind durch die entsprechenden Buchstaben gekennzeichnet, Fig. 4 Wellenformen von Signalen, die an den verschiedenen Punkten in der Schaltung nach F i g. 3 während des Verfahrens auftreten.
In Fig. 1 ist ein astabiler Multivibrator 2 angedeutet, der, wenn er nicht von außen gesteuert wird, von einem Zustand zu dem anderen schwingt, um einen positiven Spannungsimpuls 3 von 100 Millisekunden Dauer in jeder Sekunde zu erzeugen. Der Multivibrator 2 kann ausgelöst werden, um den l-Sekunden-Zwischenraum abzukürzen und dadurch zu bewirken. daß der 1 OO-Millisekunden-Impuls nach einer Zwischenzeit von weniger als einer Sekunde erzeugt wird. Der astabile Multivibrator 2 kann ein bekannter Typ sein; seine Ausgangsimpulse sind in Fig. 2, A, dargestellt.
Der Multivibrator 2 ist mit einer Differenzierschaltung 4 gekoppelt, in welcher der Impuls 3 differenziert wird, wobei ein differenziertes Signal 6 mit positivem und negativem Impuls gebildet wird. Dic Differenzierschaltung 4 kann einfach aus einer Kapazitäts-Widerstands-Reihenschaltung an Masse bestehen, wobei die zu entnehmenden Impulse an dem Widerstand abgegriffen werden. Die Wellenform des Signals der Differenzierschaltung 4 ist in F i g. 2, B, dargestellt.
Der negative Impulsteil des differenzierten Signals 6 bewirkt, daß ein Impulsgenerator 8 einen positiven Impuls 10 von 3 Millisekunden Dauer erzeugt. Der positive Impuls 10 des Impulseenerators 8 ist in F i g. 2, C, dargestellt. Dieser Impuls 10 wird an einen als Tor wirkenden Verstärker 12 angelegt, um den Durchlauf der Signale durch ihn zu steuern. Der als Tor wirkende Verstärker 12 ist an einen Oszillator 14 angeschlossen, der Schwingungen mit einer Frequenz von 3 kHz liefert. Das Ausgangssignal des als Tor wirkenden Verstärkers 12 besteht so aus einem Stoßsignal 16 von 3 kHz mit einer Dauer von 3 Millisekunden, wie in Fig. 2, D, dargestellt ist.
Das Stoßsignal 16 wird an einen Ausgangstransformator 18 angelegt, der mit einem Umwandler 20 gekoppelt ist. Der Umwandler 20 kann aus einer schallbildenden Vorrichtung bestehen, in der eine Membran mit der Frequenz des Stoßsignals durch elektromagnetische oder andere Mittel in Schwingung versetzt wird.
Die Schallenergie kann nach ihrer Aussendung auf einen Gegenstand auftreffen und ein Echo bilden, welches zu dem Umwandler 20 reflektiert wird. Ein derartiges Echo wird bei seiner Ankunft an dem Umwandler20 ein elektrisches Echosignal verursachen, das durch den Ausgangstransformator 18 und über eine Leitung 24 an eine Amplituden-Diskriminatorschaltung 22 und dann an den verbleibenden Empfängerteil des Systems angelegt wird.
Es müssen Mittel vorgesehen sein, um den Empfängerteil des Systems während der Zeit, in welcher der Schallstoß ausgesendet wird, unwirksam zu machen, da die Leitung 24, die den Ausgangstransformator 18 mit der Amplituden-Diskriminatorschaltung 22 verbindet, nicht nur das Echosignal führt, sondern auch das ausgesendete Stoßsignal. Die Wellenform des Signals, die auf der Leitung 24 erscheint, ist in Fig. 2. D. dargestellt, die das ausgesendete Stoßsignal 16 und das empfangene Echosignal 17 enthält.
Die Funktion der Amplituden-Diskriminatorschaltung 22 liegt in der Erhaltung des Echosignals und Ausscheidung des Stoßsignals. Die Schaltung 22 muß daher ein Wechselspannungssignal von niedriger Amplitude durchlassen und den Durchgang eines Wechselspannungssignals mit einer höheren Amplitude verhindern.
Zu der Zeit, in welcher das Signal auf der Leitung 24 positiv zu werden beginnt, wird die Anode der Diode 26 über einen Kondensator 28 positiv, so daß die Diode 26 einen Strom durchläßt und den Kondensator 28 auflädt. Dieser Ladevorgang erfolgt infolge des niedrigen Widerstandes der Diode 26 schnell. Zu einer Zeit. in welcher das Signal auf der Leitung 24 negativ zu werden beginnt, wird die Diode nichtleitend und stellt einen hohen Widerstand für das negativ werdende Signal dar. Der Kondensator 28 wird jedoch genügend aufgeladen sein, um die positiven Spitzen des Signals im wesentlichen auf Nullpotential zu legen. Die Wellenform eines derartigen versetzten Signals, wie es an der Anode der Diode 26 auftreten würde, ist in Fig. 2, E, dargestellt. Es würde in Abwesenheit irgendeines über den Widerstand 40 angelegten Gleichspannungspotentials über den Widerstand 30 an das Gitter der Vakuumröhre 32 angelegt werden, was später zu erläutern ist. Ein Kondensator 31 verbindet das Gitter der Vakuumröhre 32 mit Masse. Der Widerstand 30 und der Kondensator 31 bilden einen Stromkreis zur Verkleinerung der Wechselstromsignale, um Signale zu bilden, wie sie durch die Wellenform der F i g. 2, F, dargestellt sind.
In der Wellenform gemäß Fi g. 2, F, ist ersichtlich, daß Echosignale einen höheren Spannungspegel erreichen als ausgesendete Stoßsignale. Daher kann nun die Amplitudenauswahl durchgeführt werden, um die Echosignale aufrechtzuerhalten und die ausgesendeten Stoß signale auszuscheiden. Eine derartige Amplitudenauswahl wird durch die Vakuumröhre 32 bewirkt, die einen Sperrpegel unter der Grundlinie (der ins Negative gehenden Grenze) des Echosignals aber über der Spitze der ins Positive gerichteten Amplituden des ausgesendeten Signals hat.
Wie durch Fig. 2, F, gezeigt ist, ist der Anfang des ausgesendeten Signals, das von dem Widerstand 30 und dem Kondensator 31 an das Gitter der Vakuumröhre 32 angelegt wird, ein scharfer, ins Negative gehender Gleichstromimpuls, der an der Schulter 16 a über dem gesperrten Pegel beginnt. Ein derartiger Impuls würde ein Selbsttönen in frequenzselektiven Schaltungselementen, die überdies in dem Empfängersystem angeordnet sind, verursachen und muß daher ausgeschieden werden. Die Wirkung dieses scharfen Impulses wird wie folgt eliminiert: Der 1 00-Millisekunden-Impuls 3, der durch den astabilen Multivibrator 2 erzeugt worden ist, wird über die Leitung 36 an eine Umkehrungsschaltung 34 angelegt. Die Umkehrungsschaltung 34 sorgt für die Umkehrung des 1 00-Millisekunden-Impulses, um einen ins Negative gehenden Impuls 38 (F i g. 1 und 2, P) zu bilden. Der ins Negative gehende Impuls 38 wird über den Widerstand 40 und den Widerstand 30 an das Gitter der Vakuumröhre 32 angelegt.
Das zusammengesetzte Signal, das an dem Gitter der Vakuumröhre 32 aufgenommen wird, ist in F i g. 2, G, gezeigt. Es ist ersichtlich, daß der negative Impuls 38 das Potential des Gitters der Röhre 32 unter das Sperrpotential vermindert, bevor der ausgesendete Stoß an dieses angelegt wird, so daß der scharfe Impuls oder die Welle am Anfang des Stoßes nicht durch die Röhre gelangt.
Das empfangene Echosignal (Fig. 2, G) ist in zwei Abschnitte geteilt, von denen der erste über und der letzte unter dem Sperrpegel liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der erste Teil eines empfangenen Echos die Aussendung des nächsten Stoßes in einer Weise, die später erläutert wird, auslöst und der nächste negative 100-Millisekunden-Impuls 38 auftritt, bevor der Echoimpuls vollendet ist.
Der Sperrpegel der Röhre 32 (Fig.2, G) macht eine Spannung an dem Gitter der Vakuumröhre 32 erforderlich, welche aus der Wiedererreichung der normalen Arbeitshöhe der Röhre zuzüglich dem Echosignal besteht. Die Kurvenform des an der Anode der Röhre 32 in Abhängigkeit von einem derartigen Signal erzeugten Potentials ist in F i g. 2, H, dargestellt.
Das Signal von der Anode der Röhre 32 wird an ein Bandpaßfilter 42 angelegt, in welchem die Gleich- stromkomponenten zusammen mit anderen Signalen, z. B. Geräuschsignalen, die nicht einen Wert von 3 kHz erreichen, ausgeschieden werden. Die Ausgangsspannung des Bandfllters 42 enthält nur das Echosignal 44 von kurzer Dauer (F i g. 2, 1). Dieses Echosignal 44 wird über eine Kopplung 48, welche das Filter 42 mit dem Steuergitter einer Vakuumröhre 50 koppelt, an einen Verstärker 46 angelegt.
Das Gitter der Vakuumröhre 50 empfängt auch andere Signale, die verwendet werden, um eine automatische Verstärkungsregelung und mit der Zeit veränderliche Verstärkung in der Verstärkerstufe 46 zu bewirken.
Die wesentlichen Verfahrensschritte werden nun an Hand der F i g. 3 und 4 noch einmal zusammenfassend erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen zweier Wechselspannungssignale gleicher Frequenz, aber verschiedener Amplitude, die an einem Leiter an verschiedenen Punkten auftreten, wobei das schwächere Signal unterdrückt werden soll, besteht grundsätzlich aus einer Folge von drei elementaren Schritten.
Erster Schritt: Gleichrichtung Die beiden Signale werden (über den Kondensator 28) einem Pol der Gleichrichterdiode 26 zugeführt.
Die beiden ursprünglichen Wechselspannungs-Signalimpulse werden so gleichgerichtet und schwingen statt symmetrisch um das Potential des Leiters 24 jetzt, wie der Kurvenzug E zeigt, einseitig um das Erdpotential. Diese gleichgerichteten Signale besitzen jetzt eine Gleichstrom- und eine Wechselstromkomponente. Es sei angenommen, daß V die Amplitude der Wechselstrom komponente des starken Signals und V' die Amplitude des schwachen Signals ist. Es gilt dann V'< V. Es ist klar, daß die mittleren Spannungen, um die die beiden Signale schwingen, d. h. die Gleichstromkomponente des starken und des schwachen Signals, ebenfalls gleich V und V' sind.
Zweiter Schritt: Dämpfung Die beiden gleichgerichteten Signale werden dann einem üblichen RC-Integrator oder Tiefpaß 30, 31 zugeführt. Beim Durchgang durch ein derartiges Netzwerk bleibt die reine Gleichstromkomponente unverändert, während die Wechselstrom komponenten des Signals um den Faktor a, dem Siebfaktor des Filters, dedämpft werden. Der genannte Faktor a ergibt sich aus a = = ; darin sind R und C der RCO) Widerstands- bzw. der Kapazitätswert der Schaltelemente 30 und 31 und w die Kreisfrequenz der Wechselstromkomponente der Signale. Aus dem Kurvenzug F läßt sich jetzt entnehmen, daß das starke Signal eine Gleichstromkomponente V (wie vorher) und eine gedämpfte Wechselstromkomponente der Amplitude v = cu V und das schwache Signal eine Gleichstromkomponente V (wie vorher) und eine gedämpfte Wechselstromkomponente der Amplitude v' = ef V' besitzt.
Dritter Schritt: Begrenzung Dank der verschiedenen Gleichstromkomponenten, d. h. der verschiedenen Gleichstrommittelwerte, um die die Wechselstromkomponenten der Signale schwingen, und dank der Dämpfung dieser Wechselstromkomponenten ist es nun sehr einfach, die beiden Signale voneinander zu trennen. Die beiden Signale werden dem Gitter der Triode 32 zugeführt, deren Sperrspannung auf einem Wert U zwischen den Gleichstromkomponenten V und V' der entsprechenden Signale eingestellt ist. An der Anode der Triode treten dann also nur die Signalkomponenten auf, die oberhalb des schraffierten Bereichs im Kurvenzug F liegen, während die restlichen Teile, d. h. das stärkere Signal, gesperrt werden. Es ergibt sich so an der Anode der Triode der Kurvenzug H'.
Es bleibt lediglich ein sehr niederfrequenter Impuls zurück, der leicht dadurch eleminiert werden kann, daß das Signal einem Hoch- oder Bandpaß 42 zugeführt wird.
Nach diesem zusätzlichen vierten Schritt ergibt sich dann am Ausgang des genannten Passes der Kurvenzug 1', der nur noch das schwache Wechselspannungssignal enthält.
Im Schaltbild nach Fig.3 war abweichend von der Diskriminatorschaltung in Fig. 1 der Widerstand 40 zur Zuführung des 0,1-Sekunden-Impulses P (F i g. 2) fortgelassen. Durch diesen Impuls wird das Prinzip des Verfahrens nicht verändert. Der Kurvenzug P (F i g. 2) zeigt zwei aufeinanderfolgende 0,1-Sekunden-Impulse mit der Amplitude S. Werden diese Impulse dem Kurvenzug F überlagert, so ergibt sich der Kurvenzug G in Fig. 4, der mit dem Kurvenzug G in F i g. 2 übereinstimmt. Bei Anwendung des Impulses G ergeben sich die Wellensignale nicht in der an Hand von Fig. 3 und 4 erläuterten Reihenfolge E-F-H'-I', sondern, wie bereits erläutert, in der Reihenfolge E-F-G-H-I.
Die Stärke des Echosignals bei einem Empfang ändert sich umgekehrt mit dem Abstand, den die Schallwellen durchlaufen haben, und somit mit der Zeit, die zwischen der Aussendung des Schalls und dem Empfang eines Echos verstreicht. Die Verstärkung des Verstärkers, die auf das Echosignal wirkt, wird daher zeitlich verändert, um die Änderung der Stärke des Echosignals zu kompensieren. Um eine derartige Kompensation zu bewirken, wird die Verstärkung durch den Verstärker 46 unmittelbar hinter der Aussendung des Schallstoßes verhältnismäßig niedrig und nimmt dann mit der Zeit zu, um eine größere Verstärkung für die verkleinerten Signale zu schaffen. Eine Vorspannung der Röhre 50 zur Durchführung dieser sich ändernden Verstärkung wird in folgender Weise erreicht: Der ins Negative gehende 100-Millisekunden-Impuls 38 von der Umkehrungsschaltung 34 wird an eine Diode 52 angelegt.
Die Diode 52 ist weiterhin an einen an Masse liegenden Widerstand 55, einen an Masse liegenden Kondensator 53 und einen Widerstand 56 angeschlossen.
Der nacheilende Rand des ins Negative gehenden Impulses 38 fällt zeitlich im wesentlichen mit der Aussendung des Schallstoßes 16 zusammen (Fig. 2, D, und 2, P). Der ins Negative gehende Impuls 38 ladet den Kondensator 53 durch die Diode 52 auf. Beim Auftreten des nacheilenden Randes des Impulses 38 beginnt die nach einem Exponentialgesetz verlaufende Entladung des Kondensators 53 durch den Widerstand 55 zur Bildung eines nach einem Exponentialgesetz abnehmenden negativen Impulses 54.
Der Impuls 54 wird über den Widerstand 56 an das Gitter der Vakuumröhre 50 angelegt. Es ist daher ersichtlich, daß das Steuergitter der Vakuumröhre 50 während des Zeitraumes nach der Aussendung eines Schallstoßes eine negative Spannung empfängt, die in ihrer Amplitude allmählich abnimmt. Eine derartige Spannung ist in dem Echosignal 44 von dem Bandfilder 42 in Fig. 2, J, gezeigt und stellt die Spannung dar, die an das Gitter der Vakuumröhre 50 während des Ablaufs des Vorgangs nach der Aussendung des Stoßes 16 in F i g. 2, D, angelegt wird.
Die mit der Zeit veränderliche Verstärkung macht die Arbeit der Vakuumröhre 50 während eines kurzen Zeitraumes, der der Zeit folgt, in welcher der Schallstoß ausgesendet worden ist, nahezu unwirksam.
Der Verstärker 46 wird auch für eine automatische Verstärkungssteuerung verwendet. Das an der Anode der Vakuumröhre 50 auftretende Ausgangssignal wird über eine Leitung 58, einen Kondensator 60 und über eine Widerstands-Kondensatorschaltung 62 an die Kathode einer Diode 64 angelegt. Die Anode der Diode 64 ist an eine Quelle negativen Potentials angeschlossen. Geräuschsignale, die an der Anode der Vakuumröhre 50 mit einer Größe auftreten, die über das normale Potential an der Diode 64 hinausgeht, halten letztere leitend, um die negative Ladung an dem Gitter einer Vakuumröhre 66 zu steigern. Die Vakuumröhre 66 wirkt als ein Verstärker mit automatischer Verstärkungssteuerung, und die an seiner Anode auftretenden Spannungen werden unmittelbar an das Gitter der Vakuumröhre 50 angelegt, um Änderungen in dem Geräuschausgangssignal der Röhre 50 zu kompensieren. Die Widerstandskondensatorschaltung 62 bewirkt eine kurze Verzögerung in der automatischen Verstärkungssteuerung, so daß das Echosignal bei seinem Empfang nicht durch die automatischen Verstärkungsschaltungen ausgeschieden wird. Der Widerstand 56 ist vorgesehen, um automatische Verstärkungssteuerspannungen zu verhüten, die an der Anode der Röhre 66 unter Einwirkung der Integrierschaltung 52 erzeugt werden.
Die Vakuumröhre 66, die als Verstärker der automatischen Verstärkungssteuerung dient, ist mittels eines Potentiometers 68 mit einer veränderbaren Kathodenvorspannung versehen. Dieses Potentiometer ist zwischen Masse und einer Quelle negativen Potentials angeschlossen. Die Anderung der Kathodenvorspannung der Röhre 66 wird zur Einstellung des Pegels verwendet, an welchem die automatische Verstärkungssteuerwirkung stattzufinden beginnt.
Nach Empfang des Echosignals 44 verstärkt die Vakuumröhre 50 das Echosignal und legt es an das Gitter eines Thyratrons 72 einer Schwellenschaltung 70. Das Thyratron wird infolge des Auftretens eines positiven Signals an seinem Gitter für einen Augenblick leitend, um einen negativen Impuls 74 an seiner Anode zu bilden. Der Impuls 74 zeigt ein empfangenes Echosignal an.
Zur Bestimmung der zwischen dem Augenblick der Aussendung des Stoßsignals und dem Augenblick des Empfanges des Echos verstrichenen Zeit wird der 100-Millisekunden-Impuls 3 von dem astabilen Multivibrator 2 mit einer Kippschaltung 76 gekoppelt. Die Kippschaltung 76 besteht aus einer Schaltungsanordnung zur Bildung einer ansteigenden Sägezahnspannung, die durch die nachlaufende Kante des positiven Spannungsimpulses 3 eingeleitet wird.
Die Kippschaltung 76 enthält eine Vakuumröhre 77 zum Entladen eines Kondensators 79 während des Zeitraumes des Impulses 3, in welchem die Röhre 77 leitend gemacht wird. Der Kondensator 79 wird dann allmählich aufgeladen und erzeugt hierbei eine Kippspannung 78 (F i g. 2, N). Die Kippspannung 78, die durch die Kippschaltung 76 erzeugt wird, wird an eine ein Tor bildende Schaltung 80 angelegt. Ferner werden von dem Impuls 74 abgeleitete Impulse an die ein Tor bildende Schaltung 80 über eine Impulsformungsschaltung 90 unmittelbar oder über eine Signalumkehrungsschaltung 81 angelegt. Der Impulsformer 90 erzeugt einen ins Negative gehenden rechtwinkligen Impuls 91 von ungefähr einer Millisekunde Dauer (Fig. 2, M). Die ein Tor bildende Schaltung 80 ist von dem Typ, bei welchem in dem Augenblick, in welchem die Impulse von der Impulsformungsschaltung 90 und der Umkehrungsschaltung 81 angelegt werden, der Spannungspegel, der fortlaufend an dem Kondensator 79 auftritt, durchgelassen wird, um einen Speicherkondensator 100 auf die gleiche Spannungshöhe einzustellen.
Die ein Tor bildende Schaltung 80 enthält die Dioden 82, 84, 86 und 88. Diese Dioden sind normalerweise durch den Ausgang der Impulsformungsschaltung 90 und das Ausgangssignal der Signalumkehrungsschaltung 81 so vorgespannt, daß die Anoden in bezug zu den Kathoden negativ werden.
Beim Auftreten des Impulses 74 von der Schwellenschaltung 70 werden die Kathoden der Dioden 86 und 88 im Hinblick auf die Anoden durch die Impulse 91 negativ, und die Anoden der Dioden 82 und 84 werden durch die umgekehrten Impulse von dem Umkehrer 81 positiv. Das Auftreten des Impulses 74 bewirkt daher, daß die Anode jeder Diode 82, 84, 86 und 88 in Bezug zu ihrer Kathode positiv wird, so daß alle Dioden leitend gemacht werden.
Wenn die Spannung an dem Kondensator 79 höher positiv als die Ladung an dem kleineren Speicherkondensator 100 ist, bewirkt eine derartige Spannung einen Strom durch die Dioden 82 und 84 zur Ladung des Speicherkondensators 100. In dem Fall, in dem die Spannung an dem Kondensator 79 weniger positiv als die Spannung an dem Speicherkondensator 100 ist, verläuft der Strompfad durch die Dioden 86 und 88. In jedem Fall wird die Spannung, die in dem Kondensator 79 aufgebaut ist, als Maßgröße genommen und in dem Kondensator 100 gespeichert.
Der Ausgang aus der Torschaltung 80 ist somit ein Maßwertimpuls der Kippspannung, dessen Größe für die Zeit bezeichnend ist, die seit der Aussendung des Stoßsignals verstrichen ist. Die Kurvenform der Kippspannung 78 ist in Fig. 2, N, gezeigt. Die Kurvenform des die Maßgröße enthaltenden Signals, das durch die ein Tor bildende Schaltung 80 hindurchgeht, ist in F i g. 2, 0, dargestellt. Zu der Zeit, in welcher die ein Tor bildende Schaltung 80 leitet, wird der Speicherkondensator 100 auf den Spitzenwert des als Muster oder Maßwert genommenen Signals aufgeladen. Der Speicherkondensator 100 ist mit keinem Entladungspfad außer durch die Torschaltung versehen, und daher wird die an ihn während des Durchlaßintervalls angelegte Spannung aufrechterhalten und an das Gitter der Vakuumröhre 102 angelegt. Die Vakuumröhre 102 ist als kathodenangekoppelte Röhre geschaltet, und die an ihr Gitter angelegte Spannung wird an ihrer Kathode proportional erhalten. Die Kathodenspannung von der mit der Kathode angeschalteten Röhre 102 wird dann an ein elektrisches Meßgerät 104 angelegt, welches so eine Spannung mißt und geeicht ist, um beispielsweise die Höhe anzuzeigen.
Während bestimmter Zeiträume des Meßvorganges kann sich beispielsweise das Flugzeug, das den akustischen Höhenmesser trägt, über der Reichweite des Höhenmessers befinden, und keine Echos werden empfangen. Es ist wünschenswert, daß ein Pilot von dem Eintreten dieses Zustandes in Kenntnis gesetzt wird. Wenn Echosignale empfangen werden, werden die Impulse 74 von der Schwellenschaltung 70 auftreten. Diese Signale 74 werden an die Kathode einer Diode 106 angelegt. Bei der Anlegung der ins Negative gehenden Signale 74 an die Diode 106 wird die Diode 106 leitend und schafft eine Entladungsstrecke für irgendeine an dem Kondensator 108 angesammelte Spannung.
In einer Zeit, in welcher keine Signale 74 auftreten, wird eine Ladung an dem Kondensator 108 über die Widerstände 110 und 112 angesammelt, die mit einer Quelle positiven Potentials verbunden sind.
Die Größen des Kondensators 108 und der Widerstände 110 und 112 sind so gewählt, daß der Kondensator 108 eine Zeit von mehreren Sekunden benötigt, um genügend aufgeladen zu werden, um eine Vakuumröhre 114 leitend zu machen. Die Vakuumröhre 114 ist als mit der Kathode angeschlossene Röhre geschaltet, und ihre Kathode ist mit einem Neonlicht 116 verbunden. Es ist daher ersichtlich, daß der Kondensator 108 bei Aussendung verschiedener Stoßsignale ohne Empfang von Echos genügend aufgeladen wird, um die Vakuumröhre 114 leitend zu machen, so daß ein Strom durch sie hindurchfließt und das Licht 116 zündet. Der Beobachter des Höhenmessers wird somit unterrichtet, daß die Schallstoßsignale, die gesendet werden, nicht zu dem Höhenmesser reflektiert werden.
Um Messungen wiederholt in schneller Folge durchführen zu können, wird unverzüglich nach dem Empfang eines Echos ein Vorgang zur Erzeugung eines anderen Schallstoßes eingeleitet. Die Art der Einleitung solcher Vorgänge ist folgendermaßen: Der ins Negative gehende Impuls 74 der Schwellenschaltung 70 wird über eine Leitung 119 an einen Impulsgenerator 118 angelegt. Nach Empfang des ins Negative gehenden Impulses 74 bildet der Impulsgenerator 118 einen ins Positive gehenden Impuls 120 von im wesentlichen 2 Millisekunden Dauer.
Dieser 2 Millisekunden dauernde Impuls 120 wird an eine Differenzierschaltung 122 angelegt, um ein differenziertes Signal 124 mit positiven und negativen Spannungsspitzen zu bilden. Der negative Teil des differenzierten Signals 120 bewirkt, wenn er an den astabilen Multivibrator angelegt wird, die Erzeugung eines anderen 100-Millisekunden-Impulses 3 a (Fig. 2, A), der, wie früher erläutert, die Aussendung eines anderen Schallstoßes veranlaßt, um eine andere Abstandsmessung durchzuführen. Die Kombination des 2-Millisekunden-Impulsgenerators 118 und Differentiators 122 verzögert die Erzeugung eines neuen 100-Millisekunden-Impulses 3 a (F i g. 2, A), um ungefähr 2 Millisekunden und stellt sicher, daß die ansteigende Kippkurve 78 (F i g. 2, N) nicht beendet wird, bevor die ein Tor bildende Schaltung 80 wieder geschlossen ist. Sonst würde der Speicherkondensator 100 mit dem Kondensator 79 entladen werden.
Der 100-Millisekunden-Impuls 3 a, der durch den astabilen Multivibrator 2 erzeugt worden ist, wird, wie früher erläutert, an die Umkehrschaltung 34 angelegt, um einen ins Negative gehenden 100-Millisekunden-Impuls 38 zu erzeugen. Der ins Negative gehende 100-Millisekunden-Impuls 38 wird über eine Leitung 123 an das Gitter des Thyratrons 72 angelegt. Dieser ins Negative gehende Impuls bewirkt, daß das Thyratron 72, kurz nachdem der Echoimpuls empfangen worden ist, für etwa 100 Millisekunden unwirksam gemacht wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß in Anbetracht dessen. daß der erste Echoimpuls, der empfangen wird, von Interesse ist, spätere Echosignale, die empfangen werden können, wertlos sind und Verwirrung erzeugen würden. Die Anlegung des ins Negative gehenden 100-Millisekunden-Impulses 38 an das Gitter des Thyratrons 72 dient zur Verhütung von Echoimpulsen, die nach dem ersten Echo, von dem der Impuls 74 erzeugt ist auftreten. Es ist daher ersichtlich, daß die Schaltung unmittelbar nach der Aussendung eines Schallstoßes durch die Wirkung der die mit der Zeit veränderliche Verstärkung steuernden Schaltungen unwirksam wird. Der Zeitraum, unmittelbar nachdem ein Echo empfangen worden ist, wird auch als Empfangszeitraum ausgeschieden, und Echos nach dem ersten werden infolge der Wirkung des Thyratrons 72 unter dem vorspannenden Einfluß des ins Negative gehenden Impulses 38 nicht wahrgenommen.
In der Zeit, in welcher keine Echos empfangen werden, erzeugt der astabile Multivibrator 2 etwa jede Sekunde einen Impuls von 100 Millisekunden Dauer. Um einen solchen Impuls zu erzeugen, ist kein Auslösesignal 124 erforderlich. Es ist daher ersichtlich, daß ein Schallstoß automatisch ungefähr jede Sekunde ausgesendet wird, wenn keine Echos empfangen werden. Wenn ein Echo empfangen wird, wird ein Schallstoß unverzüglich nach dem Empfang des Echos ausgesendet.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ausscheidung des schwächeren von zwei zu verschiedenen Zeitpunkten auf einer Leitung auftretenden amplitudenverschiedenen Wechselspannungssignalen von gleicher Signalfrequenz, insbesondere des Empfangssignals in Echohöhenmessern mit Unterdrückung des Sendesignals im Empfangsteil, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das starke und schwache Signal zuerst gleichgerichtet werden, daß die Wechselstromkomponente beider Signale so weit reduziert wird, daß zwischen den Mittelwerten der beiden Signale eine hinreichend große Differenz und vorzugsweise zwischen den einander zugekehrten Amplituden der gleichgerichteten Signale ein Zwischenraum entsteht, daß durch eine innerhalb dieses Zwischenraumes liegende Sperrspannung alle Teile der Signale unterdrückt werden, die im absoluten Wert größer als diese Sperrspannung sind, und daß vorzugsweise das so ausgeschiedene schwächere Signal zur Unterdrückung der Gleichspannungskomponenten des stärkeren Signals einem geeigneten Filter zugeführt wird.
2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Signale über einen Kondensator (28) an eine Diode (26) angelegt werden, die an ein Bezugspotential (beispielsweise Masse) angeschlossen ist.
3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale zur Reduzierung der Wechselstromkomponente durch eine Widerstands-Kapazitäts-Schaltung (30, 31) geführt werden.
4. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verkleinerten Signale zur Ausscheidung des schwächeren Signals an die Steuerelektrode einer vorgespannten Elektronenröhre (32) angelegt werden.
5. Sende-Empfangs-Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere in Höhenmessern zur Bestimmung der Zeit zwischen der Aussendung eines scharfen Impulses, beispielsweise akustischer Energie, und dem Empfang des reflektierten Echoimpulses, gekennzeichnet durch einen dem Sende- und Empfangsteil gemeinsamen Teil (18, 20, 24), der sowohl die starken Wechselstromsignale des gesendeten Impulses als auch die schwachen Wechselstromsignale des empfangenen Echos führt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 958 090, 885 571, 914946, 903432, 907867, 908111, 916630.