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Einrichtung zur Messung von Entfernungen nach dem Echolotverfahren
Eine
Echoloteinrichtung arbeitet gewöhnlich in der Weise, daß ein dauernd umlaufender
Arm beim Passieren einer Nullstellung einen Ultraschallimpuls auslöst, der nach
Reflexion am Meeresboden im Empfänger einen elektrischen Impuls erzeugt. Während
der Laufzeit des Ultraschallimpulses vom Sender über dem Meeresboden bis zum Empfänger
ist der Arm um einen gewissen Winkel weitergelaufen. Die Messung dieses Winkels
und damit der Entfernung kann z. B. in der Weise erfolgen, daß auf dem Arm eine
Glimmlampe aufgesetzt wird, die im Augenblick des Echoimpulses aufleuchtet, oder
daß der Arm als Schleifkontakt ausgebildet ist, der aus einem Kranz von feststehenden
Schauzeichen eines auswählt und zum Aufleuchten bringt. Es sind auch Einrichtungen
bekannt, bei denen das Schauzeichen nicht nur für die Dauer des Echoimpulses erregt
wird, sondern nahezu für die Dauer eines Umlaufes erregt bleibt und dann kurzzeitig
erlischt und anschließend durch das nächste Echo wieder neu erregt wird. Derartige
Einrichtungen werden im folgenden als »stehende Anzeige« oder »Standanzeige« bezeichnet.
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Es hat nicht an Bemühungen gefehlt, die Genauigkeit von umlaufenden
Kurzzeitmessern zu erhöhen. Diese laufen meist darauf hinaus, den Weg des umlaufenden
Armes pro Lotperiode und damit auch die Skala möglichst lang zu machen, was natürlich
eine Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Armes bedeutet. Eine dieser Lösungen
besteht z. B. darin, den Arm pro Lotperiode statt einmal, mehrmals umlaufen zu lassen
und die zugehörige Skala als Mehrfachspirale auszubilden.
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Bei einer anderen Lösung, die sich das Prinzip der Uhr zunutze macht,
ist mit dem umlaufenden Arm ein zweiter, beispielsweise Iomal schneller umlaufender
Arm gekuppelt, so daß der erste Arm z. B. die Hundertereinheiten und der zweite
Arm die Zehner- und Einereinheiten angibt. Dabei werden also durch das Echo jeweils
zwei Schauzeichen gleichzeitig erregt, nämlich eines auf der Grobskala und eines
auf der Feinskala.
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Auf eine derartige Einrichtung bezieht sich die vorliegende Erfindung.
Es hat sich gezeigt, daß die Ablesung derartiger zweistufiger Kurzzeitmesser schwierig
wird, wenn pro Lotperiode mehr als ein Echo eintreffen, beispielsweise von einem
Fischschwarm und vom Meeresboden. In diesem Falle leuchten nämlich zwei Schauzeichen
auf der Grob- und zwei Schauzeichen auf der Feinskala auf. Erfolgt die Erregung
der Schauzeichen impulsartig, also nur während des Echos, so mag die richtige Zuordnung
für ein geübtes Auge noch möglich sein, da die Schauzeichen paarweise nacheinander
aufleuchten, nämlich zuerst das Schauzeichenpaar für den Fischschwarm und dann dasjenige
für den Meeresboden. Im Falle einer Standanzeige ist diese Zuordnung aber erheblich
schwieriger, da die Schauzeichen nahezu während des ganzen Umlaufes der Arme erregt
bleiben.
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Es ist bereits eine Echoloteinrichtung mit einer Standanzeige bekannt,
bei welcher der zurückkehrende Echoimpuls gleichzeitig einer Grob- und einer Feinanzeigeeinrichtung
zugeführt wird, die eine Standanzeige bewirken, indem vorgespannte Glimmlampen in
beiden Anzeigeeinrichtungen durch den zurückkehrenden Echoimpuls zum Zünden gebracht
werden und dann auf Grund ihrer Vorspannung weiterbrennen, bis ein dem Schaltarm
vorauseilender Kurzschlußkontakt die Glimmlampen unmittelbar vor dem Auftreten des
nächsten Echos zum Erlöschen bringt. Bei einer solchen Einrichtung ist der Grob-
und der Feinanzeigebereich gleichzeitig für den Echoimpuls ansprechbereit, so daß
der Impuls in beiden Bereichen eine Glimmlampe zum Aufleuchten bringt. Wenn nun
ein zweiter Echoimpuls in der gleichen Lotperiode, der von einem weiter entfernten
Objekt herrührt, eintrifft, so würde er in beiden Bereichen je eine weitere Glimmlampe
auslösen, so daß die Anzeige mehrdeutig würde, da nicht mehr ersichtlich wäre, welche
Feinanzeige zu welcher Grobanzeige gehört.
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Um dies zu vermeiden, wird bei der erwähnten Anordnung nur der jeweils
erste Echoimpuls angezeigt, indem der die Glimmlampe auslösende Stromstoß von einem
geladenen Kondensator geliefert wird, dessen Ladung sich dabei erschöpft und erst
beim Auslösen des nächsten Sendeimpulses erneuert wird, so daß pro Lotperiode nur
ein derartiger Stromstoß zur Verfügung steht. Die bekannte Einrichtung vermag also
immer nur den ersten Echoimpuls, der von dem nächstgelegenen Reflektor herrührt,
anzuzeigen. Eine solche Einrichtung genügt aber nicht mehr den Anforderungen, wenn
es beispielsweise darauf ankommt, außer dem Bodenecho noch das Echo eines Fischschwarmes
anzuzeigen. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Entfernungen
nach dem Echolotverfahren mit einer Grobanzeige und einer mehrfach schneller umlaufenden
Feinanzeige, deren Summe den Meßwert ergibt, bei der nach der Auslösung eines Sendeimpulses
bei Nulldurchgang eines Schaltarmes durch das eintreffende Echo auf der Grobskala
ein Schauzeichen erregt wird, das bis kurz vor dem Eintreffen des nächsten, von
folgendem Sendeimpuls erzeugten Echos erregt bleibt.
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Sie zeichnet sich dadurch aus, daß der Echoimpuls der Vorrichtung
zur Feinanzeige über einen auf dem umlaufenden Arm der Grobanzeige angeordneten
Kontakt zugeführt wird, der mit n feststehen den, längs der Bahn des Armes regelmäßig
verteilten und jeweils ein oder mehrere Grobschauzeichen überdeckenden Kontaktsegm
enten zusammenwirkt, an welche die n-mal schneller laufende Vorrichtung zur Feinanzeige
über einen Stufenschalter angeschlossen ist, der so eingestellt wird, daß die Feinanzeige
demjenigen Kontaktsegment zugeordnet wird, in dessen Bereich Grobschauzeichen erregt
sind, wobei die von der Nullstellung an zählende Ordnungszahl (o, I, 2, 3... n-I)
dieses Kontaktsegmentes bzw. die mit den entsprechenden Grobwerten der Entfernung
bezifferte Schalterstellung zusammen mit der Feinanzeige den genauen Meßwert ergibt.
Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Einrichtung sind also Grob- und Feinanzeige
in bezug auf das ankommende Echo nicht mehr untrennbar parallel geschaltet, sondern
das Echo wird der Feinanzeige über einen Kontakt des umlaufenden Armes der Grobanzeige
und einem Stufenschalter zugeführt, wobei der Stufenschalter die Feinanzeige nur
mit einem ausgewählten Kontaktsegment verbindet, und zwar mit demjenigen Kontaktsegment,
in dessen Bereich ein Grobschauzeichen aufleuchtet.
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Angenommen, die Meßeinrichtung sei für eine Wassertiefe von 1000 m
bestimmt. Dann wird man die Anzahl n der Kontaktsegmente gleich 10 wählen und die
Schalterstellungen dementsprechend mit »o bis Ion«, »I00 bis 200« ... »900 bis I000«
beschriften, während die Feinanzeige eine Teilung von o bis 100 erhält.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt,
und zwar zeigt Fig. I eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Meßeinrichtung, Fig.
2 einen Ausschnitt aus der zugehörigen Feinmeßeinrichtung und Fig. 3 ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die Einzelheiten der Schaltung erkennen läßt.
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Fig. I soll nur die äußere Ansicht der Meßeinrichtung und deren Handhabung
zeigen. In der Mitte befindet sich der Schalterknopf 3, dann folgt ein Kranz von
runden Leuchtfeldern, von denen eines mit I bezeichnet ist und schließlich ganz
außen die Feinskala, die mit 2 bezeichnet ist.
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Hinter den runden Feldern, welche die Grobskala
darstellen,
ist je ein Lämpchen angeordnet, die durch die anzuzeigenden Echos eingeschaltet
werden bzw. deren Licht in einer später noch zu beschreibenden Weise durch Öffnen
einer Blende freigegeben wird. Hinter diesen Fenstern bewegt sich der nicht sichtbare
umlaufende Arm, der bei Passieren der Nullstellung den Sendeimpuls auslöst und das
Echo einem der Grobschauzeichen zuführt und außerdem mit seinem Schleifkontakt über
die ortsfesten Kontaktsegmente schleift. Angenommen, die zu messende Tiefe betrage
183,5 m.
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Dann leuchtet zunächst nur das Grobschauzeichen »I00 bis 200« auf.
Dann wird der Schalter 3 von Hand auf dieses Feld eingestellt, so daß auch die Feinanzeige
2 zur Wirkung kommt, von der in Fig. 2 ein Ausschnitt dargestellt ist, der bei »83,5«
ein erregtes Schauzeichen zeigt. Der genaue Wert die Tiefe beträgt also Ion + 83,5
= I83,5 m. Die übrigen Einzelheiten der Fig. 2 werden später erläutert. Durch den
Schalter 3 ist die Feinanzeige an das zweite Kontaktsegment angeschlossen worden.
Insgesamt enthält die Einrichtung nach Fig. I acht Kontaktsegmente entsprechend
einem Meßbereich von o bis 800 m.
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Fig. 3 zeigt die Schaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung. Hinter
der Grobskala rotiert mit einer Geschwindigkeit von 11/15 Sekunden pro Umlauf, da
der Schall zum Durchlaufen des Wasserweges von zweimal 800 m diese Zeit benötigt,
ein Kontaktarm K, der mit einem leitenden Stift auf einer feststehenden Kontaktbahn
4 schleift. Diese Bahn ist in acht Segmente eingeteilt, die aus Metall bestehen
und durch kleine isolierende Zwischenstücke voneinander getrennt sind. Jedes Segment
ist mit einem entsprechenden feststehenden Kontakt des Bereichschalters 3 verbunden.
Beim Nulldurchgang des rotierenden Armes K wird in bekannter Weise der Sendeimpuls
ausgelöst. Aus einer Entfernung von z. B.
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I20 m möge ein Echo empfangen werden. Bei Eintreffen des Echos befindet
sich also der Kontaktarm K in der gezeichneten Stellung. Aus dem nicht dargestellten
Empfangsverstärker gelangt der hochfrequente Echoimpuls bei der Klemme 5 auf das
Gitter einer negativ vorgespannten Gasentladungsröhre 6, die sehr kurzzeitig geöffnet
wird und einen von einer Batterie 7 über einen Widerstand 8 aufgeladenen Kondensator
9 entlädt. Im Entladekreis der Röhre liegt ein auf dem Kontaktarm K befestigter,
mitrotierender Elektromagnet 10.
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Dieser Magnet erregt das mit I2 bezeichnete Grobschauzeichen, indem
er einen kleinen Eisenkolben aus einem radial gebohrten Zylinder herauszieht, wodurch
eine senkrecht zur Kolbenbewegungsrichtung gebohrte Öffnung freigegeben wird und
das helle Licht einer hinter der Anordnung angebrachten Beleuchtung sichtbar wird.
Der kleine Kolben des Schauzeichens I2 bleibt so lange in der Auf-Stellung, bis
er nach einem ganzen Umlauf des Armes K durch eine dem Magnet 10 vorauseilende (in
Fig. 3 nicht dargestellte) Feder wieder hineingedrückt wird, so daß die Anzeige
verschwindet. Sehr kurze, kaum merkliche Zeit später wird die Marke wieder durch
das neue Echo sichtbar gemacht. Die mit I2 bezeichneten Blenden sind alle 20 m angebracht,
so daß jedem Kontaktsegment 4 fünf derartiger Blenden zugeordnet sind.
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Hierdurch unterscheidet sich die Anordnung nach Fig. 3 von derjenigen
nach Fig. I, wo zu einem Kontaktsegment nur ein Grobschauzeichen gehört.
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Im Falle der Fig. 3 ist also die Grobanzeige als solche bereits genauer,
so daß man nicht unbedingt auf die Feinanzeige angewiesen ist bzw. nur dann, wenn
der genaue Wert wirklich interessiert. Die Feinanzeige selbst wird durch einen zweiten
umlaufenden Magneten bewirkt, der 8mal so schnell umläuft wie der Magnet 10. Von
diesem zweiten Magnet ist in Fig. 3 nur die Wicklung II dargestellt. Diese Wicklung
II ist zu dem Magneten 10 parallel geschaltet, jedoch gemäß der Erfindung nicht
unmittelbar, sondern über den umlaufenden Kontakt K, die feststehenden Kontaktsegmente
4 und dem Stufenschalter 3. Erst wenn der Stufenschalter 3 auf dasjenige Kontaktsegment
eingestellt ist, in dessen Bereich ein Echo einfällt, also ein Grobschauzeichen
aufleuchtet, kann der umlaufende Magnet 1 1 seinerseits ein Feinschauzeichen erregen.
Im vorliegenden Falle muß also der Schalter 3 aus der gezeichneten Stellung »o bis
100« um eine Stellung im Uhrzeigersinn weitergedreht werden. Die zu der Anordnung
nach Fig. 3 zugehörige Feinanzeige kann von derselben Art sein, wie sie bereits
im Zusammenhang mit Fig. I erwähnt und in Fig. 2 dargestellt ist.
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Hinter der Feinskala bewegt sich der 8mal schneller als der Kontaktarm
K umlaufende Arm A, der den Elektromagnet II trägt. Die Feinskala wird dargestellt
durch eine Vielzahl kleiner Blenden, die normalerweise durch kleine Kolben verschlossen
sind. Vier von diesen kleinen Kolben sind bei den Skalenstrichen 83, 83all2, 84
und 84'/2 angedeutet. Im gezeichneten Augenblick ist der zu dem Skalenstrich 831/2
gehörige kleine Kolben durch den Magneten II gerade herausgezogen worden. Er verbleibt
in dieser Stellung, bis er beim nächsten Umlauf des Armes A durch die dem Magneten
II etwas vorauseilende Feder I3 zurückgedrückt wird. Das Schauzeichen bleibt also
für die Dauer einer Umdrehung des Feinarmes sichtbar und wird erst in der nächsten
Lotperiode, d. h. nach sieben weiteren Umdrehungen des Armes A von neuem erregt.
Es liegt also bei der Feinanzeige keine hundertprozentige Standanzeige vor.
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Die Anzeige kann jedoch über die ganze Lotperiode ausgedehnt werden,
indem die voreilende Feder I3 in Fig. 2 durch einen zusätzlichen Elektromagneten
über eine zweite Kontaktbahn auf der Grobanzeige, ähnlich derjenigen in Fig. 3,
nur dann zum Löschen der Blenden freigegeben wird, wenn der der Bereichschalterstellung
entsprechende Umlauf des Armes A der Feinskala erfolgt. Dadurch ist dann auch im
Feinbereich eine wirklich stehende Anzeige für alle Echos möglich.
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Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht
beschränkt. Insbesondere
ist die Art der Schauzeichen und die Methode,
nach der sie vom unerregten in den erregten Zustand versetzt werden und umgekehrt,
für die Erfindung ohne Bedeutung. Auch der bei den Ausführungsbeispielen verwendete
umlaufende und durch das Echo erregte Elektromagnet ist nicht Bestandteil der Erfindung.
Er ist vielmehr schon bei einem anderen Echolotgerät in Verbindung mit einem Kranz
von schwingfähigen Zungen bekannt.
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Es braucht nicht näher ausgeführt zu werden, daß die erfindungsgemäße
Einrichtung, die besonders bei der Wrack- und Trümmersuche, zur Navigation sowie
zur Feststellung der Tiefe und Ausdehnung von Fischschwärmen geeignet ist, mit allen
bekannten Hilfseinrichtungen ausgerüstet werden kann, beispielsweise mit einem optischen
oder akustischen Warnsignal, das bei plötzlichen Tiefenänderungen innerhalb eines
einzustellenden Wertes ausgelöst wird. Auch ist der Anschluß eines über eine Vielzahl
kleiner Relais erregten Registriergerätes möglich, das die angezeigten Werte druckt
oder auf andere bekannte Weise, z. B. photographisch, festhält. Schließlich braucht
auch für die Grob- und Feinmessung nicht dasselbe Anzeigeprinzip verwendet zu werden.
So kann z. B. die Grobmessung mittels Glimm- oder Glühlampen, die Feinmessung aber
mit einer Braunschen Röhre durchgeführt werden oder umgekehrt.
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Werden die Schauzeichen abweichend von dem obigen Ausführungsbeispiel
nicht elektromechanisch, sondern rein elektrisch betätigt, so brauchen sie nicht
mehr kranzförmig um den umlaufenden Arm herum, sondern können auch in einem Tableau
in senkrechter oder waagerechten Reihen angeordnet werden.