-
Vorrichtung zur Entfernungsmessung mittels Schallwellen Bei der Entfernungsmessung
mittels Schallwellen wird die Laufzeit des Schalles als Maß für die zu messende
Entfernung benutzt. Bei den bisher gebräuchlichen nach diesem Verfahren arbeitenden
Entfernungsmessern wird dem Entfernungsmaßstab eine bestimmte Schallgeschwindigkeit
zugrunde gelegt. In Wirklichkeit ist aber die Schallgeschwindigkeit nicht konstant,
sondern mehr oder weniger starken Schwankungen unterworfen, da sie nicht nur von
der Art des Schallmittels (Luft, Wasser u.a.), sondern auch von dessen Zustandsgrößen,
wie Temperatur, Salzgehalt u. dgl., abhängig ist.
-
Um die durch Temperaturschwankungen verursachtenÄnderungen 4er Schallgeschwindigkeit
auszugleichen, ist es bekannt, bei mit einem Zeitgebermotor arbeitenden Echolotgeräten
die Drehzahl des Motors durch eine Fliehkraftbremse zu: regeln, deren Bnemsstellung
durch ein temperaturabhängiges Glied beeinflußt wird. Diese Regelung bat aber Nachteile
in mehrfacher Hinsicht. Zunächst ist sie durch die ständige Reibung des regelnden
temperaturabhängigen Bremsgliedes einer dauernden Abnutzung unterworfen, so daß
sich die Temperaturkorrektur im Laufe des Betriebes ändert und nachjustiert werden
muß. Man hat deshalb bei den gebräuchlichen Geräten bisher auf einen selbsttätigen
Temperaturausgleich verzichtet. Um dabei die durch Temperaturschwankungen verursachten
Messungsgenauigkeiten möglichst klein zu halten, hat man dem Entfernungsmaßstab
die einer mittleren Temperatur entsprechende Schallgeschwindigkeit zugrunde gelegt.
Für Entfernungsmesser mit Motor als Zeitgeber hat man auch schon vorgeschlagen,
die Meßeinrichtung
nach der jeweiligen Schallgeschwindigkeit einzustellen,
indem man zunächst aus den Zustandsgrößen des Schallmittels die Schallgeschwindigkeit
errechnet und danach die Drehzahl des Zeitgebermofors von Hand auf den entsprechenden
Wert einregelt. Nn dieser Äföglichkeit wird jedoch im praktischen Betrieb kein Gebrauch
gemacht, weil ein solches Korrekturverfahren viel zu umständlich und zeitraubend
ist und besondere Wartung erfordert.
-
Bei der Entfernungsmessung im Wasser sind die durch die Temperaturschwankungen
verursachten Änderungen der Schallgeschwindigkeit verhältnismäßig gering. Erhebliche
Temperaturunterschiede treten gleichzeitig meist-nur an weit voneinander entlegenen
Orten der Erdoberfläche oder an ein und demselben Ort nur in den verschiedenen Jahreszeiten
auf. Bei der Entfernungsmessung in der Luft machen sich dagegen die Temperaturschwankungen
sowohl zeitlich als auch räumlich in viel stärkerem Maße bemerkbar und können empfindliche
Beeinträchtigungen der Meßgenauigkeit hervorrufen.
-
Um nun bei Echolotgeräten mit Zeitgebermotor, insbesondere solchen
für die Höhenmessung auf Luftfahrzeugen, eine genaue und zuverlässige selbsttätige
Kompensation von Schwnakungen der Schallgeschwindigkeit durch Änderungen der Temperatur
oder der sonstigen die Schallgeschwindigkeit hestimmenden Zustandsgrößen des Schallmittels
zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein vom Zeitgebermotor angetriebenes Drehpotentiometer,
dessen Abgriffspannung bei Ankunft des Echos an einen Spannungsmesser gelegt wird,
und ein elektrischer Widerstand vorgesehen, dessen Größe von der Temperatur oder
den sonstigen die Schallgeschwindigkeit bestimmenden Zustandsgrößen des Schallmittels
abhängig ist bzw. dadurch gesteuert wird und der seinerseits bei unveränderter Drehzahl
des Motors und Drehpotentiometers die Größe des durch das Echo rom Drehpotentiometer
auf den Spannungsmesser gegebenen Strom-bzw. Spannungswertes regelt. Eine Veränderung
des Regelmaßes durch Abnutzung der Regeleinrichtung kann hierbei nicht auftreten
so daß eine hohe Betriebssicherheit und Genauigkeit der Regelung gewährleistet ist.
-
Ferner hesteht der Vorteil, daß das regelnde Glied nicht in unmittelharer
Nähe des Zeitgebermotor untergebracht werden muß, sondern an einer solchen Stelle
eingebaut werden kann, an der die für die Schallgeschwindigkeit maßgebende Außentemperatur
oder sonstige Zustandsgröße des Schallmittels vorhanden ist. Dadurch wird ebenfalls
die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Regelung erllöht.
-
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
-
Es zeigt: Fig. I einen Zeit- bzw. Entfernungsmesser mit Drehpotentiometer
als Zeitgeber, Fig. 2 und 3 Abänderungen der in Fig. I dargestellten Drehpotentiometerschaltung,
Fig. 4 das Anzeigegerät des neuen Zeitxnessers in einer Schaltung zur unmittelbaren
Temperaturbeeinflussung, Fig. 5 einen Zeit- bzw. Entfernungsmesser mit Zeitkries
als Zeitgeber.
-
Die dargestellten Vorrichtungen dienen zur Bestimmung der Flughöhe
auf Lufthahrzeugen, insbesondere beim Landen. Sie arbeiten nach der unbekannten
Echomethode. Hierbei wird die Zeit zwischen aem Aussenden des Schallimpulses und
der Rückkehr des Echos von der Erdoberfläche festgestellt. Das ankommende Echo löst
eine elektromagnetische Relaisanordnung aus, wodurch ein Schauzeichen auf der Höhenskala
des Anzeigegerätes erzeugt wird.
-
Als Anzeigegerät wird in allen Ausführungsbeispielen ein Strom- bzw.
Spannungsmeßgeerät 1 benutzt,d as bei Echoankunft durch ein vom Echo betätigtes
Relais 2 kurzzeitig an eine je nach der seit der Schallaussendung verflossenen Zeit
mehr oder weniger große Spannung gelegt wird. Parallel zum Spannungsmesser I liegt
ein kleiner Kondenstator, der die durch das Echo auf das Anzeigegerät geschaltete
Meß spannung jeweils bis zum nächsten Echo festhält, so daß der Zeiger des Spannungsmeßgerätes
auf dem jeweilig angezeigten Höhenwert bis zum nächsten Echo oder länger stehenbleibt.
-
Als Spannungs- oder Zeitgeber wird bei den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. I bis 3 ein Drehpotentiometer 4, 5 und nach der Fig. 5 ein sich aufladender
Kondensator 6 benutzt.
-
Das Drehpotentiometer Fig. 1 und 3 besteht aus einem mit gleichförmiger
Geschwindigkeit angetriebenen Kontaktarm 4, der auf einem kreisförmig angeordneten
Widerstand 5 Scheift, Der Widerstand 5 liegt an einer Spannungsquelle.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Potentiometerwiderstand
5 ein Widerstand 7 vorgeschaltet. Dieser Widerstand wird aus einem Widerstandsmaterial
mit negativem Temperaturlcoeffizienten, z. B. aus Kohle, hergestellt. Er ist so
angeordnet, daß er dem Einfluß der Außentemperatur ausgesetzt ist, so daß sein Widerstand
sich mit der jeweils herrschenden Außentemperatur ändert, und zwar nimmt der Widerstand
mit steigender Lufttemperatur -ah. Diese Temperaturabhängigkeit des Widerstandes
7 hat zur Folge, daß die Gesamtspannung
der Spannungsquelle sich
je nach der herrschenden Temperatur verschieden auf die beiden Widerstände 5 und
7 verteilt, derart, daß oder auf das Potentiometer entfailende Spannungsbereich
mit der Temperatur zum und abnimmt. Der Ausschlag des Spannungsmessers wird also
mit zunehmender Temperatur vergröß-ert, und zwar im gleichen Maße wie die Schallgeschwindigkeit
in der Luft zunimmt. Die Entfernungsanzeige ist damit von Temperaturschwankungen
unalbhängig gemacht.
-
Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Fig. I, wobei die
Spannung für das Drehpotentiometer von einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen
g und 10 abgeleitet wird. Dabei hat der Widerstand g wieder einen negativen Koeffizienten.
Die Spannung des anderen Widerstandes 10, an dem das Drehpotentiometer liegt, nimmt
infolgedessen, wie zum Ausgleich der Schallgeschwindigkeitsänderungen erforderlich,
mit zunehmender Temperatur zu.
-
Die Temperaturbeeinflussung kann statt durch Ausnutzung postive oder
negativer Temperaturabhängigkeit vershciedener Widerstandsmaterialien auch durch
Steuerung eines Regelwiderstandes 11 durch ein temperaturbeeinflußtes Glied, z.
B. durch einen Bimetallstreifen I2, erfolgen, wie in Fig. 3 veranschaulicht.
-
Ferner kann die Temperaturbeeinflussung auch am Anzeigegerät selbst
vorgenommen werden. Bei Verwendung als Spannungsmesser z. B. durch Anordnung des
Vorschaltwiderstandes I3. (Fig. 4) mit negativem Koeffizienten oder durch Anordnung
eines Nebenschlußwiderstandes 14 mit positivem Koeffizienten. Bei der letzteren
Schaltung ist zusätzlich zu dem Nehenschluß widerstand noch ein Vorwiderstand vorzusehen,
der einen negativen Koeffizienten hat oder temperaturunabhängig ist.
-
Die erforderliche Temperaturabhängigkeit läßt sich sinngemäß auch
beiKurzzeitmessern anderer Bauart, insbesondere auch bei Kurzzeitmessern mit anderen
Zeitgebereinrichtungen, durchführen. Fig.5 ziegt z.B. die Anwendung für Kurzzeitmesser
mit Zeitkreis als Zeitgeber. hierbei wird der Labewiderstand 15 durch die Temperatur
so beeinflußt, daß der Ladewiderstand mit zunehmender Tmeperatur kleiner wird, so
daß das Anzeigegerät I für gleiche Schallaufzeit bei höhe rer Temperatur eine größere
Entfernung anzeigt als bei niedrigerer Temperatur, und zwar eine in dem Maße größere
Entfeenung, als es der Zunahme der Schallgeschwindigkeit gegenüber der kleineren
Temperatur entspricht. Die Temperaturbeeinflussung kann wieder mittelbar durch einen
Bimetallstreifen 12 oder ummittelber, durch Verwendung temperaturabhängiger Widerstandsmaterialien
erfolgen.
-
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen
möglich. Insbesondere ließe sich auch bei dem Zeitkre.is die Temperaturabhängigkeit
durch Regelung der gesamten Ladespannung ähnlich wie in Fig. 2 und 3 erzielen. Bei
der Instrumentenregelung könnten gegebenenfalls auch die Elemente des Anzeigegerätes
selbst in dem für den Ausgleich der Schallgeschwindigkeitsschwankungen erforderlichen
Maße temperaturabhängig ausgebildet sein. Bei Flugzeugecholoten ist die unmittelbare
Instrumentenregelung besonders zweckmäßig, weil an der Einbaustelle des Anzeigegerätes
praktisch Außentemperatur herrscht, insbesondere bie Kriegsflugzeugen. Bei Kurzzeitmessern,
bei denen als Zeitgeber ein' Motor benutzt wird, kann die Motorgeschwindigkeit durch
ei neu temperaturbeeinflußten Widerstand in entsprechender Weise geregelt werden.
Statt des temperaturabhängigen Widerstands' materials oder Bimetallstreifens können
auch noch andere temperaturabhängige Einrichtungen verwendet werden. Schließlich
ist die, Erfindung auch sinngemäß bei der Schallübertragung zur Entfernungsmessung
in anderen Schallmitteln, z. B. auch im Wasser, anzuwenden. Bei der Schallübertragung
im Wasser kann ferner eine entsprechende Beeinflussung des Zeitmessers in Abhängigkeit
von dem Salzgehalt bzw. der Dichte des Wassers erfolgen, indem z. B. ein den Zeitgeber
beeinflussender elektrischer Widerstand durch einen Salzgehalbmesser gesteuert wird
Auch kann das Anzeigegerät beliebig anders als in den dargestellten Beispielen ausgeführt
sein.