DE846669C

DE846669C - Echoempfangsgeraet

Info

Publication number: DE846669C
Application number: DEB3176A
Authority: DE
Inventors: Henry T Winchel
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1947-04-25
Filing date: 1950-04-22
Publication date: 1952-08-14
Also published as: FR965268A; GB655196A; US2491020A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. AUGUST 1952

Il 3176ΙΊΙΙ b / 74d

Echoempfangsgerät

I lic Erfindung betrifft Echoeinpfaiigsgeräte zur Bestimmung von Entfernungen nach dem Kcholotv < rfahreii. Sie eignet sich besonders zur Bestimmung der W'assertiefe mittels Schall- und Überschau wellen.

1 lic Erliiidung lie/.weckt in erster Linie, einen einfachen und zuverlässigen Apparat zu schaffen, der genaue, klar bestimmte Signale erzeugt.

W eitere /.wecke ergehen sich aus der nachstehenden licsclireibiing der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt

Abb. ι eine schematische Darstellung eines Ausl'ühniiigsbeispiels der Erfindung und

Abb. _* eine schematische Darstellung einer Abänderung eines Teils der Anordnung nach Abb. I.

Das Gerät besteht aus folgenden Hauptteilen: einer Oszillatorvakuumröhre I, einem Verstärker 2, einem Elektrosehallumformer 3 für die Umwandlung der elektrischen Impulse in Schallimpulse und umgekehrt, einer Registrier- oder Anzeigevorrichlung 4 und einem Steuerumschalter 5.

Die Registriervorrichtung 4 umfaßt einen drehbaren Griffelarm 6, der einen an dessen Ende angebrachten Griffel über einem Registrierstreifen 7 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit fortbewegt. Der Arm 6 dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn und wird mit dem Steuerumschalter 5 gleichzeitig betätigt, was zur Folge hat. daß der Oszillator 1 dem Klektroschallumformer 3 zu einer mit Bezug auf die Drehung des Arms 6 vorlastimmten

Zeit elektrische Schwingungen mitteilt. Der Oszillator kann z. B. die Schwingungen dem Klektroschalliimformer 3 in dem Augenblick mitteilen, wo sich der Griffel des Arms'6 quer über dem S oberen Rand des Aufzeichnungsstreifens 7 bewegt. Der Elektroschallumformer 3 verwandelt die elektrischen Schwingungen in Schalldruckwellen, die durch das Medium hindurch ausgesandt werden, in dem die Entfernungen gemessen werden sollen. Der Apparat kann z. B. an Bord eines Schiffes angebracht sein, und der Elektroschallumformer 3 kann ins Wasser so eintauchen, daß er Schwingungen durch das Wasser hindurch überträgt. Die Welle wird an der Grenzfläche von Gegenständen von verschiedenem spezifischem Gewicht zurückgeworfen, und die zurückgeworfenen Wellen kehren zum Eleklroschallumformer 3 zurück, der sie dann in elektrische Schwingungen umwandelt. Diese elektrischen Schwingungen werden im Verstärker 2 verstärkt so und auf den Arm 6 und dann durch den am Arm 6 angebrachten Griffel auf den Registrierstreifen 7 übertragen, der so beschaffen ist, daß er infolge einer elektrischen Erregung des Griffels eine sichtbare Anzeige hervorruft. Da »5 die Zeit, welche die Welle vom Elektroschallumformei" 3 zum Reflexionspunkt und zurück zum Elektroschallumformer 3 braucht, vom Abstand zwischen dem Elektroschallumformer 3 und dem zurückwerfenden Gegenstand abhängt, so ist es klar, daß sich der Arm 6 zur Zeit der Erregung des Griffels und der Erzeugung eines Zeichens auf dem Streifen 7 um einen Betrag gedreht haben wird, der dem anzuzeigenden Abstand entspricht.

Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich von einem bekannten Gerät, das in der oben beschriebenen allgemeinen Weise arbeitet, dadurch, daß nur ein kurzer Wellenzug der Schwingung des Oszillators i, der unmittelbar dem Elektroschallumformer übermittelt wird, als Impuls benutzt wird, wobei während des Sendens eines Wellenzugs der Verstärker außer Betrieb gesetzt wird, damit dem Verstärker und dem Griffel keine großen Signalamplituden von Oszillator 1 direkt zugeführt werden. Die Erfindung betrifft ferner Einzelheiten der Vorrich-Hing, die zur Durchführung des neuen Verfahrens vorteilhaft benutzt wird.

Der Oszillator 1 kann von irgendeiner der zahlreichen bekannten Arten sein, aber die gezeigte Ausführungform, die sich als vorteilhaft erwiesen hat, besteht aus einer Tetrode 8 mit einer indirekt geheizten Kathode Q, einem Steuergitter 10, einem Schirmgitter 1 1 und einer Anode 12. Die Kathode 9 ist mit einem Abgriff 13 auf einem induktiven Widerstand 14 verbunden, der mit einem Abstimmungskondensator 15 den Schwingkreis des Oszillators bildet. Das eine Ende dieses Schwingkreises 14. 15 ist durch einen Kondensator 16 mit dem Steuergitter 10 verbunden, das selbst über einen Gitterableitwiderstand 17 geerdet ist. Im unerregten Zustand des Stromkreises ist das andere Ende des Schwingkreises durch einen Leiter 18 über Kontakte 19 eines Schalters 5 geerdet. Die Anode 12 ist durch eine Kopplungsinduktivität 20 mit der positiven Klemme einer Anodenstromquelle 21 verbunden. Das Schirmgitter 11 wird dadurch auf einem positiven Potential gehalten, das geringer ist als das Potential der Anode, da es über einen Widerstand 22 mit der Stromquelle 21 verbunden und ülx?r einen Widerstand 23 geerdet ist. Nebenschlußkondensatoren 24 und 25 sind zweckmäßig vorgesehen.

Die Anode 12 ist durch einen Kopplungskondensator 26 mit den Eingangsklemmen des Elektroschallumformers 3, außerdem mit den Eingangsklemmen des Verstärkers 2 durch einen Konden- sator 27 und einen Schwingkreis 28 unmittelbar verbunden, der auf die Schwingungsfrequenz des Oszillators abgestimmt ist. Wie dargestellt, besteht der Schwingkreis 28 aus einer angezapften Selbstinduktion 29 und einem Kondensator 30, die beide parallel geschaltet sind. Der vom Kondensator 27 kommende Leiter 32 ist mit dem .Abgriff 31 an dieser Selbstinduktion 29 mit dem Schwingkreis 28 verbunden. Das eine Ende des abgestimmten Schwingkreises 28 ist geerdet, und das andere Ende ist mit den Eingangsklemmen des Verstärkers 2 und mit einem Leiter 33 verbunden, der über Kontakte 34 des Schalters 5 geerdet ist.

Wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, kann der Registrierstreifen 7 von einer Spule 35 ab- und auf eine Spule 36 aufgewickelt werden, die durch eine Welle 37, ein Zahnrad 38 und ein Treibrad 39 mit einem Antriebsmotor 40 verbunden ist. Die Welle 37 trägt ferner ein Kegelrad 41, das ein Kegelrad 42 antreibt, durch welches ein Kegelrad 45 und eine Welle 46 angetrieben werden. Die Welle 46 treibt den Arm 6 durch ein Paar Kegelräder 47 und 48, und gleichzeitig treibt sie einen Nocken 49 durch ein Paar Kegelräder 50 und 51 synchron mit dem Arm 6 an. Einmal während jeder Umdrehung werden die Kontakte 19 und 34 durch den Nocken 49 vorübergehend geschlossen, um die Leiter 18 und 33 zu erden. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, werden diese Kontakte in dem Augenblick geschlossen, wo der Arm 6 den Griffel über dem oberen Rand des Aufzeichnungsstreifens 7 bewegt.

Durch das Schließen der Kontakte 19 wird der Schwingkreis 14, 15 geerdet und dadurch der Oszillator erregt. Dieser Oszillator ist von bekannter Art, wobei die Ein- und Ausgangskreise der Röhre 8 durch die Selbstinduktion 14 dadurch gekuppelt werden, daß die Kathode 9 mit dem Abgriff 13 der Selbstinduktion verbunden ist. Hierdurch werden Schwingungen im Anodenkreis der Röhre erzeugt und durch den Kondensator 26 den Eingangsklemmen des Elektroschalhmiforniers 3 zugeführt, in welchem sie in mechanische Schwingungen von entsprechender Frequenz verwandelt werden, die zur Aussendung gelangen.

Um die Leistungsübertragung des Oszillators iao zum Elektroschallumformer zu verbessern, ist es wünschenswert, einen Kondensator 81 und eine Selbstinduktion 82 mit den Eingangsklemmen des Elektroschallumformers parallel zu schalten, wobei die Werte der Kapazität und der Selbstinduktion so gewählt werden, daß sie den Blindwiderstand des

IClektroschallumfomiers 1 >ci der Arbeitsfrequenz ausgleichen und dem Oszillator eine Widerstandsbelastung von geeignetem Wert darbieten. DerElektroschallumformer für ein Arl>eiten mit 50000Hz kann von piezoelektrischer Art sein, dessen Wellenwiderstand einem Widerstand von ungefähr 4000hm in Reihe mit einer Kapazität von ungefähr o.V° l'l'" gleichkommt, wobei die Selbstinduktion 82 unter diesen Bedingungen einen Wert von 1111-gefahr 1 ml Iy und der Kondensator Sl einen Wert von ungefähr 7000 pE haben kann.

Es ist auch möglich, daß Schwingungen vom Oszillator 1 über den Kondensator 27 und den abgestimmten Schwingkreis 2S den Eingangsklemmen des Verstärkers 3 zugeführt werden. Jedoch strömt wenig Energie durch den Kondensator 27 zum abgestimmten Schwingkreis 2S, und die durchströmende Energie wild im wesentlichen kurzgeschlossen, weil der Leiter 33 über die Kontakte 34

jo geerdet ist. während der Oszillator durch das Schließen der Kontakte 19 erregt wird.

Protz des Kurzschlusses des Schwingkreises 28 während der ('bertragung von Signalen vom Oszillator zum Wandler wird eine verhältnismäßig geringe Leistung im Xebenschluß durch den Kondensator 2~ strömen, weil der Kondensator 27 sowie die Selbstinduktion 29 gegenüber dem ElektroschalL umformer einen verhältnismäßig hohen Wellenwiderstand besitzen. Der Kondensator 2J kann dann eine Kapazität von 100 pl·" und die Selbstinduktion 29 einen Gesamtwert von 17 niHy und der Kondensator 30 einen Wert von 600 pE erhalten.

Da die Kapazität des Kondensators 27 gegenüber der vereinigten Kapazität des Elektroschallumforniers und des Kondensators Si gering ist, verstimmt die Erdung des Leiters 33 den ElektroschalL umformerstroinkreis nur wenig.

ICs ist zu bemerken, daß es oft wünschenswert ist, am olK'ren Rand des Registrierstreifens 7 ein Zeichen anzubringen, um den Augenblick anzuzeigen, in welchem das Signal vom Elektroschallumformer 3 ausgesandt wird. Wegen der verhältnismäßig großen Amplitude der Signalimpulse, die vom Oszillator dem Elektroschallumtormer zugeführt werden, :

können im Griffel trotz des Kurzschlusses des Eingangskreises des Verstärkers wegen der Kopplung zwischen dem Oszillator 1 und dem Griffel Ströme von genügender Stärke erzeugt werden, um eine ' Grundlinie auf dem Streifen 7 aufzuzeichnen. Eine solche Grundlinie ist auf dem Streifen 7 mit 7" bezeichnet. Die Kontakte ig und 34 werden kurzzeitig durch den Xocken 49 geschlossen und für längere Zeit geöffnet. Hei geschlossenen Kontakten ig und 34 ist der Oszillator 1 erregt und der Verstärker 2 sehr unempfindlich, während bei geöffneten Kontakten der Oszillator ι sofort außer Betrieb und der Verstärker 2 in der Lage ist, die vom Elektroschallumtonner kommenden Signale zu verstärken. ICs ist ferner zu bemerken, daß der abgestimmte Schwingkreis 2S während des Empfangs einen Wellenwiderstand besitzt, der gegenüber dem Wellenwiderstand des Elektroschallumformerkreises hoch ist. und daß die· angezapfte Spule 29 den ; Wellenwiderstand des Elektroschallumformerkreises dem Wellenwiderstand des Verstärkereingangs anpaßt und «.lie dem Verstärker 2 zugeführte Spannung erhöht. ICs wird daher zwischen dem Elektroschallumformer und dem Verstärker während der Signalempfangsperiode eine wirksame Kopplung erhalten. Jo

Eür gewöhnlich werden dem Leiter 32 keine Signal impulse zugeführt, sobald der Oszillator 1 außer Tätigkeit gesetzt ist, bis ein Echoschallimpuls vain ICIektroschallumformer 3 empfangen wird. Ein

! solches Echo wird vom ICIektroschallumformer in eine elektrische Welle umgewandelt, die vom Verstärker 2 verstärkt und dem Griffelarm 6 und dem Griffel selbst zugeführt wird, um ein Zeichen auf dem Registrierstreifen 7 anzubringen. Da sich der Arm () mit gleichbleibender Geschwindigkeit dreht, gibt die Lage des Griffels 6 in dem Augenblick, in welchem das Echo empfangen wird, ein Maß ab für die Entfernung zwischen dem ICIektroschallumformer und dem das Echo hervorrufenden Gegenstand. Jede Drehung des Arms mit dem Griffel erzeugt eine kurze gekrümmte Linie auf dem Streifen 7, und die einzelnen gekrümmten Linien erzeugen zusammen eine Linie ~^b in der Längsrichtung des Streifens. Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der Stromkreis nach der Erfindung wegen der standigen Verbindung des Oszillators mit dem Elektroschallumformer verhältnismäßig einfach und zuverlässig ist. Außerdem wird die Erzeugung von am Ausgang des Verstärkers 2 infolge des Empfangs von Signalimpulsen unmittelbar vom örtlichen Oszillator hervorgerufenen übermäßigen Strömen dadurch verhindert, daß der Eingang zum Verstärker 2 gleichzeitig ' mit dem Erregerkreis des Oszillators geerdet wird.

Dadurch, daß der Steuerumschalter 5 nur dazu dient, zwei Stromkreise vorübergehend zu erden, kann dieser Schalter sehr einfach ausgeführt werden und sehr zuverlässig sein; ferner kann er auch leicht vein X'ocken betätigt werden. Bei bekannten Geräten wurden verhältnismäßig komplizierte und störende Umschalter u.dgl. verwendet, um zahlreiche Stromkreise in einer bestimmten Reihenfolge herzustellen und zu unterbrechen.

Abb. 2 zeigt eine Abänderung des Stromkreises, bei welcher der abgestimmte Schwingkreis 2S der Abb. ι durch einen Schwingungskreis ersetzt wird, dor aus einem induktiven Widerstand 90 und Xcbeuschlußkondensatoren 91 und 92 besteht. Die Selbstinduktions- und Kapazitätswerte werden so gewählt, daß die Blindwiderstände der drei Teile bei der Aibeitsfrequenz die gleichen sind, wobei der Schwingungskreis unter diesen Bedingungen eine Ibertragungsleitung mit % Wellenlänge bildet und die Erdung des Leiters 33 den Eingangswcllenwiderstand nicht wesentlich beeinträchtigt. Infolge- xao dessen wird die Abstimmung des IClektroschallumformerkreises durch die Erdung des Leiters 33 nicht geändert. Eür ein Arbeiten mit 50000 Hz kann die Selbstinduktion go einen Wert von loomHy und jeder der Kondensatoren gi und 92 einen Wert von 100 pE erhalten.

W enn auch für die Erläuterung der Erfindung eine besondere Ausführungsform beschrieben und dargestellt wurde, sind im Rahmen der Erfindung Abänderungen möglich, so daß sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ίο i. Echoempfangsgerät mit elektrischen Vorrichtungen, «lie einen Steuerstromkreis und einen Ausgangsstromkreis umfassen, in welchem bei Erregung des Steuerstromkreises elektrische Schwingungen erzeugt werden; ferner mit einem Elektroschallumformer, um diese elektrischen Schwingungen in Schallenergie und um Sehalleuergie in elektrische Schwingungen zu verwandeln, und mit einem Verstärker, der einen Ein- und einen Ausgangskreis besitzt, wobei der Ausgangskreis mit einem Anzeige- oder Registriermittel verbunden ist, das sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit längs einesRegistrierstreifens bewegt und auf den Empfang der genannten elektrischen Schwingungen anspricht, um dessen Lage auf dem Registrierstreifen im Augenblick des Echoempfangs anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß Kopplungsglieder (26,27,28, Abb. i, bzw. 27, 94 bis 91, 92, Abb. 2) vorgesehen sind, um den Ausgang des genannten elektrischen Impulserzeugers (1) mit dem Elektroschallumiormer (3) und mit dem Eingang des Verstärkers (2) ständig zu verbinden, sowie durch einen Steuerumschalter (5), um den Eingangskreis des elektrischen Impulserzeugers (ι) periodisch vorübergehend zu erregen und gleichzeitig den Verstärker (2) in entsprechenden Zeitintervallen außer Tätigkeit zu setzen, während sich das Anzeigemittel (6) in einer vorbestimmten Lage auf einem Registrierstreifen befindet.
2. Echoempfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerumschalter (5) den Verstärker (2) in periodisch sich wiederholenden Zeitintervallen dadurch außer Tätigkeit setzt, daß er den Eingangskreis dieses W'rstärkers erdet.
3. Echoempfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstimmungsniittel (81. S2) im Xebenschluß mit dem Elektroschallumformer (3) vorgesehen sind, um diesen auf die Frequenz der durch den elektrischen Impulsgeber (1) erzeugten elektrischen Schwingungen abzustimmen.
4. Echoempfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingkreismitlei (27, 28 bzw. 27, 04) zwischen dem Verstärkereingangskreis und der Verbindungsstelle des elektrischen Impulserzeugers (1) mit dem Elektroschallumformer (3) vorgesehen sind, um die Wirkung des Erdungskurzschlusses des Verslärkers (2) auf die Abstimmung des ElektroschallUmformers (3) abzuschwächen.
5. Echoempfangsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreismittel (27, 28) aus einem abgestimmten Schwingkreis (28, 30) mit einem Abgriff (31) bestehen im Nebenschluß mit dem Eingangskreis des Verstärkers, ferner aus Mitteln (27, 32), um den Abgriff (31) mit der Verbindungsstelle des elektrischen Impulsgebers (1) mit dem Elektroschallumformer (3) zu verbinden.
6. Echoempfangsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreismittel (27, 94) so bemessen sind, daß sie einer Viert el wellenübertragungslei tu ng entsprechen, die den Eingangsstromkreis des Verstärkers (2) mit der Verbindungsstelle des elektrischen Impulsgebers (1) mit dem Elektroschallumformer (3) verbinden.
7. Echoempfangsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ejektrische Impulsgeber (1) aus einem Oszillator mit einer Elektronenröhre (8) mit Kathode (9), Anode (12) und Steuergitter (10) besteht, wobei die Anode (12) mit dem Elektroschallumformer (3) und mit dem Eingangskreis des Verstärkers (2) verbunden ist, während ein .Schwingkreis (14, 15) mit dem Steuergitter (10) und der Kathode (9) der Röhre (8) verbunden ist und ein Stromkreis (20, 21) den Anodenstrom für die genannte Röhre (8) liefert.
8. Echoempfangsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenröhre eine Tetrode gewählt wird, deren Schirmgitter (11) mit der positiven Klemme einer Stromquelle (21) verbunden ist. deren negative Klemme geerdet ist.
9. Echoempfangsgerät nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (14, 15) einen Abgriff (13) aufweist, der mit der Kathode (9) in Verbindung steht, das eine linde des Schwingkreises mit dein Steuergitter (10) verbunden ist und das andere Ende des Schwingkreises (14, 15) durch einen Stcucrumschalter (5) in periodisch wiederholenden Zeitintervallen geerdet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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