DE920609C - Abstandsmesser, insbesondere Hoehenmesser, mit wenigstens zwei Messbereichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abstandsmesser, insbesondere einen Höhenmesser, mit wenigstens zwei Meßbereichen, bei dem an der Meßstelle in der Frequenz modulierte Schwingungen ausgesandt werden und die Frequenz der durch Schwebungen entstehenden Schwingungen zwischen den ausgesandten Schwingungen und den nach Reflexion durch eine reflektierende Oberfläche empfangenen Schwingungen ein Maß für den Abstand zwischen der Meßstelle und der reflektierenden Oberfläche bildet.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Umschaltung auf den. niedrigsten bzw. höchsten Meßbereich von zwei benachbarten Meßbereichen an der Meßstelle ein Relais vorhanden ist, das beim Umschalten den Frequenzhub der in der Frequenz modulierten Schwingungen auf einen höheren bzw. niedrigeren Wert bringt, indem eine Änderung der Amplitude der dem Sendermodulator zugeführten Schwingungen bewirkt wird.

Bei Abstandsmessern von der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, ist es bereits vorgeschlagen worden, den Übergang von einem der Meßbereiche der Anzeigeeinrichtung, die den zu messenden Abstand anzeigt, nach einem benachbarten Meßbereich selbsttätig entsprechend einer von dem zu messenden Abstand abhängigen Spannung erfolgen? zu lassen. Hierbei erfolgt die Umschaltung des Meßbereiches durch Änderung der Empfindlichkeit der Einrichtung, über welche die Schwebungsirequenz dem Anzeigegerät zugeführt wird.

Die Maßnahme gemäß der Erfindung zur Umschaltung des Meßgerätes hat demgegenüber den Vorteil, daß für wenigstens einen Teil der zu messenden Abstände die zum Übertragen der Schwebung zwischen den ausgesandten und de» reflek-

tierten Schwingungen erforderliche Bandbreite geringer und mithin das Rauschen -bei der gleichen Verstärkung geringer ist.

Bei einem Abstandsmesser von der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, nimmt nämlich die mittlere Frequenz der Schwebung zwischen den- ausgesandten Schwingungen und den nach Reflexion empfangenen Schwingungen proportional zum Abstand zu, wodurch die Einrichtung zum Übertragen ίο der Schwebung eine Bandbreite haben muß, die wenigstens der maximalen Sehwebungsfrequenz entspricht, die beim größten meßbaren Abstand auftritt. Bei großen zu messenden Abständen ist die Schwebungsamplitude gering, so daß eine große Verstärkung erforderlich ist. Die Maximalverstärkung und also der maximal zu messende Abstand wird aber durch das· im Verstärker auftretende Rauschen beschränkt, das im Zusammenhang mit der großen Bandbreite, die der Verstärker haben ao muß, beträchtlich ist.

Weil bei einem Abstandsmesser nach der Erfindung die Frequenzabweichung beim Übergang nach dem höheren zweiter benachbarter Meßbereiche, der zum Messen größerer Abstände dient, auf einen niedrigeren Wert gebracht wird, wird bei der Bestimmung von innerhalb des· !höheren Meßbereiches liegenden Abständen die zum Übertragen der Schwingung erforderliche B.andbreite kleiner, wOdurch das Rauschen bei der gleichen Verstärkung ebenfalls geringer ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die Fig. i, 2 und 3 zeigen Kurven, mit deren Hilfe die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, näher erläutert wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden an der Meßstelle in der Frequenz modulierte Schwingungen von einem Sender 1 über eine Antenne 2 in Richtung einer reflektierenden Oberfläche 3 ausgesandt, deren Entfernung von der Meßstelle ermittelt werden soll. Die Frequenzmodulation des Senders wird mittels eines Frequenzmoduktors 4 erhalten, der aus einem Magnetsystem 5 besteht, das von einem 'Wechselstrom, ζ. B. von 50 Perioden, der von einer Quelle 6 stammt, erregt wird. Dieses- Magnetsystem verursacht eine periodische hin und her gehende Bewegung einer 'beweglichen Kondensatorelektrode 7 eines Kondensators· 8, wodurch eine Kapazitätsänderung dieses Kondensators bewirkt wird. Der erwähnte Kondensator 8 bildet einen Teil eines' abgestimmten Kreises des Senders, wodurch sich die Frequenz der vom Sender erzeugten Schwingungen im Rhythmus der Frequenz der Welle 6 ändert.

Die ausgesandten, in der Frequenz modulierten Schwingungen treffen die Oberfläche 3, wo sie reflektiert werden. Die nach der Reflexion von einer Empfangsantenne 9 empfangenen Schwingungen werden zusammen mit duirch direkte Strahlung der Antenne 2 in der Antenne 9 auftretenden Schwingungen einer Mischstufe 10 zugeführt. Infolge des Unterschiedes in den Weglängen', die die durch direkte Strahlung und die nach Reflexion empfangenen Schwingungen zurückgelegt haben, besteht in* jedem Augenblick ein Frequenzunterschied zwischen den beiden empfangenen Schwingungen.4 so daß im Ausgangskreis der Mischstufe 10 eine Schwingung mit der Differenzfrequenz zwischen den· beiden Schwingungen auftritt, deren Mittelwert ein Maß für den Abstand zwischen der Meßstelle und der reflektierenden Oberfläche ist. Die im Ausgangskreis der Mischstufe auftretende Sehwebungsfrequenz wird über ©inen Verstärker 11 einem Frequenzmesser 12 zugeführt, der mit einer Anzeigevorrichtung 13 ausgestattet ist, die eine dem zu bestimmenden Abstand proportionale Anzeige gibt.

Die beschriebene Einrichtung hat zwei Meßbereiche, von denen sich der niedrigere von ο bis i'Oom erstreckt, während der höhere von 100 bis 1000 m und mehr reicht.

Die Umschaltung nach dem höheren bzw. niedrigeren Meßbereich wird dadurch bewirkt, daß die Maximalfrequenzausweichung der in der Frequenz modulierten auszusendenden Schwingungen auf einen niedrigeren bzw. höheren Wert gebracht wird. Zu diesem Zweck ist in den Kreis, über den die von der Quelle 6 erzeugte Schwingung dem Magnetsystem 5 zugeführt wird, ein Widerstand 14 aufgenommen, der bei der Bestimmung von Abstanden, die innerhalb des niedrigen Meßbereiches liegen, durch einen Sehaltkontakt 15 kurzgeschlossen: wird und der bei dear Ermittlung von Abständen, die innerhalb des hohen Meßbereiches liegen, durch öffnen des Kontaktes 15 eingeschaltet wird. Die Einschaltung des Widerstandes 14 bewirkt, daß das Magnetsystem 5 mit einem kleineren Strom erregt wird, wodurch die Amplitude, mit der sich die Kondensatorelektrode 7 hin und her bewegt, kleiner wird. Eine kleinere Amplitude der Bewegung der Kondensatorelektrode 7 hat eine kleinere Kapazitätsänderung des Kondensators 8 zur Folge, wodurch die maximale Frequenzausweichung der vom Sender 1 ausgesandten, in der Frequenz modulierten Schwingungen abnimmt. Das ist in Fig. 1 veranschaulicht, wo die maximale Frequenzausweichung als Funktion des zu bestimmenden Abstandes für zwei Meßbereiche gezeigt ist. Solange der zu messende Abstand im niedrigen Meßbereich und zwischen ο und 100 m liegt, beträgt die maximale Frequenzausweichung f_v und falls der zu ermittelnde Abstand größer als 100 m ist, so beträgt sie Z₂.

In Fig. 2 ist die mittlere Sehwebungsfrequenz f_z, die im Ausgangskreis der Mischstufe 10 auftritt, als Funktion des zu bestimmenden Abstandes· D angegeben. Wenn, dieser Abstand zwischen ο und 100 m liegt, so nimmt mit zunehmendem Abstand die mittlere Sehwebungsfrequenz zu; wenn der zu bestimmende Abstand 100 m übersteigt, so wird der Kurzschluß des Widerstandes 14 mittels des Schalters 15 aufgehoben, wodurch die Sehwebungsfrequenz infolge der geringeren· Maximalfrequenzausweichung der ausgesandten, in der Frequenz modulierten Schwingungen bis auf einen kleineren

Wert f_z j herabgesetzt wird, der nun bei weiter zunehmendem Abstand zwischen ioo m und z. B. iooo m ununterbrochen entsprechend der flacheren Geraden ansteigt.
Zur weiteren Erläuterung .ist in Fig. 3 die Frequenz f der ausgesandten frequenzmodulierten Schwingungen' als Funktion der Zeit ί dargestellt. Wenn die Frequenz der modulierten Tragerwelle f_c beträgt, so wird infolge der Modulation durch die Quelle 6 bei überbrückten! Widerstand 14 die Frequenz als Funktion der Zeit so verlaufen, wie es durch die Kurve α dargestellt ist. Vom Sender 1 im Augenblick ί = 0 ausgesandte Schwingungen werden nach einer gewissen Zeit t — τ, die von dem zu bestiimmenden Abstand abhängig ist, empfangen. In dieser Zeit τ ist die Frequenz der vom Sender erzeugten, in der Frequenz modulierten Schwingungen verändert und beträgt z. B f_{c v} wodurch im Empfänger eine Schwebungsfrequenz f_el —f_c ao entsteht.

,Bei einem Abstand z. B. von 100 m würde die Schwebungsfrequenz dann z. B. f_cz —f_c betragen. Die maximale Schwebungsfrequenz würde, falls keine Umschaltung stattfinden würde, bei zunehmendem Abstand weiter ansteigen und z. B. bei einem Abstand von 1000 m f_cs-—f_c betragen; in diesem Falle ist im Empfänger eine Bandbreite von f_cs-—■/,. erforderlich.

Wenn aber bei einem Abstand von 100 m der Kurzschluß des Widerstandes 14 aufgehoben wird, so wird die Frequenz der ausgesandten Schwingungen infolge der Modulation durch die Quelle 5 als Funktion der Zeit verlaufen, wie durch die Kurve b in Fig. 4 dargestellt wird; diese Kurve zeigt eine kleinere maximale Frequenzabweichung als die Kurve a.

Unter diesen Umständen wird bei einem Abstand von 100 m die maximale Schwebungsfrequenz f_ci —f_c betragen, die bei zunehmendem Abstand ansteigt und z. B. bei einem Abstand von 1000 m f_c5 —fc beträgt. In diesem Falle ist im Empfänger nur eine Bandbreite von f_cs —f_c erforderlich, die beträchtlich schmaler ist, als wenn keine Umschaltung der maximalen Frequenzausweichung erfolgen würde.

Bei der in- Fig. 4 dargestelltem Einrichtung wird der Kurzschluß des Widerstandes 14 mittels eines den Kontakt 15 betätigenden Umschaltrelais 16 aufgehoben· bzw. herabgesetzt, das in einen Kreis aufgenommen ist, der eine Spannungsquelle 17 und einen Kontakt 23 enthält, wobei das Ümschaltrelais 16 bei der Messung von innerhalb des höheren Meßbereiches liegenden Abständen durch das Schließen des Kontaktes 23 erregt und der Kurzschlüß des Widerstandes 14 aufgehoben wird, während bei geöffnetem Kontakt 23 der Widerstand 14 kurzgeschlossen und die Einrichtung zum Messen von innerhalb des niedrigeren Meßbereiches liegenden Abständen eingerichtet ist.

Zur selbsttätigen Umschaltung des Meßbereiches entsprechend einer von der mittleren· Schwebungsfrequenz abhängigen Spannung wird eine Steuerspannung dem Ausgangskreis des Frequenzmessers 12 entnommen, in dem eine der mittleren Schwebungsfrequenz proportionale Spannung auftritt, die als Funktion des zu messendem Abstandes einen Verlauf hat, wie durch die Kurve in Fig· 2 dargestellt ist. Bei einer Zunahme bis oberhalb des größten Abstandes innerhalb des raedciigeren Meßbereiches wird der Kurzschluß des Widerstandes 14 aufgehoben, bei einer Abnahme bis unterhalb des kleinsten Abstandes innerhalb des hohen Meßbereiches wird der .Widerstand 14 über den Kontakt 15 kurzgeschlossen.

Wenn die betreffende Steuerspannumg direkt dem Erregerkreis des Umschaltrelais 16 zugeführt wird, so kann beim Übergang nach einem anderen Meßbereich die nachstehend beschriebene Erscheinung auftreten.

Wenn z. B. bei zunehmendem Abstand zwischen der Meßstelle und der reflektierenden Oberfläche der größte innerhalb des niedrigen Meßbereiches liegende Abstand erreicht wird, so wird das Umschaltrelais 16, weil die dem Frequenzmesser 12 entnommene Regel spannung die Anspiechspannung des Relais überschreitet, erregt und der Kurzschluß des Widerstandes 14 aufgehoben, wodurch diie Maximalfrequenzabweiichung der auszusendenden Schwingungen herabgesetzt wird. Dies hat eine Abnahme der mittleren Frequenz der Schwebungsschwingung und also auch eine Abnahme der im Auisgangskreis des Frequenzmessers 12 auftretenden, dem Ümschaltrelais 16 zugeführten· Steuerspannung zur Folge. Die durch die Umschaltung des Meßbereiches herbeigeführte Abnahme der Steuerspannung kann so groß sein, daß diese Spannung bis unter die Abfallspannung des Relais absinkt, wodurch das Umschaltrelais 16 unmittelbar nach Umschaltung des Meßbereiches abfällt und den Kurzschluß des Widerstandes 14 wieder aufhebt, was die soeben bewirkte Umschaltung wieder rückgängig macht. Weil aber der zu messende Abstand größer als der größte im niedrigsten Meßbereich liegende Abstand ist, so wird das Umschaltrelais 16 wieder erregt, und der beschriebene Vorgang wiederholt sich periodisch.

Um diese unerwünschte Erscheinung zu verhüten, wird 'bei der Schaltung 'nach Fig. 4 die Umschaltung des Meßbereiches durch ein Organ bewirkt, das durch die Auisgangsspannung des· Frequenzmessera 12 gesteuert und dessen Empfindlichkeit bei der Umschaltung des Meßbereiches derart geändert wird, daß durch die bei der Umschaltung des Meßbereiches auftretende Änderung der Steuerspannung die Umschaltung nicht rückgängig gemacht wird.

In der dargestellten Aus führ uings form wird das erwähnte Organ durch ein Steuerrelais 19 gebildet, das in den Ausgangskreis einer Entladungsröhre 20 aufgenommen ist, deren Gitter die Ausgangaspannung des Frequenzmessers¹12 mit negativer Polarität zugeführt wird. Zum Ändern der Empfindlichkeit des Steuerrelais 19 ist ein Widerstand 21 angeordnet, der mittels eines Ruhekontaktes 22 parallel zur Erregerwicklung geschaltet werden kann. Ein zweiter Ruhekontakt 23 des Steuerrelais 19

befindet sich in dem Stromkreis, der die Spannungsquelle 17 und das Umschaltrelais 16 enthält, das bei Erregung dien Kurzschluß des Widerstandes 14 aufhebt.

Bei der Bestimmung von innerhalb des niedrigen Meßbereiches liegenden Abständen ist die der Röhre 20 zugeführte negative S teuer spannung so niedrig, daß der Anodenstrom der Röhre hinreichend groß zur Erregung des Steuerrelais 19 ist. Bei einer Zunähme der S teuer spannung bis oberhalb desjenigen Wertes, der dem größten innerhalb des niedrigen Meßbereiches meßbaren Abstand entspricht, ist dies aber nicht mehr der Fall, und es fällt das Steuerrelais 19 ab, wodurch der Kontakt 22 den; Wider-

stand 20 parallel zum Steuerrelais 19 schaltet, während der Kontakt 23 den Stromkreis des Umschaltrelais 16 schließt. Durch die Erregung des Umschaltrelais 16 wird der Kurzschluß des Widerstandes 14 aufgehoben, was eine Abnahme der empfangenen Schwebungsfrequenz zur Folge hat. Dabei nimmt dann zwar die dem Gitter der Röhre 20 zugeführte negative Gitterspannung wieder ab, und der Anodenstrom der Röhre nimmt zu. Durch die vorher erfolgte Einschaltung des Widerstandes 21 parallel zur Erregerwicklung des Relais 19 ist aber die Empfindlichkeit dieses Steuerrelais 19 derart verringert, daß das Relais trotz Zunahme des Erregerstromes nicht neu erregt wird, so daß die Umschaltung des Meßbereiches bei Aufhebung des Kurzschlusses des Widerstandes 14 bestehenbleibt. Es ist hierbei wesentlich, daß die Empfindlichkeitsverringerung des Steuerrelais 19 vor Umschaltung des Meßbereiches (Verringerung der Maximalfrequenzabweichung der ausgesandten Schwingungen) erfolgt; hierfür ist das Umsehaltrelai's 16 vorzugsweise verzögert gegen das Steuerrelais 19.

Bei der Bestimmung von innerhalb des höchsten Meßbereiches liegenden Abständen ist das Steuerrelais 19, wenn auch im Anodenkreis der Röhre 20 Strom fließt, nicht erregt. Wenn aber der zu messende Abstand bis unterhalb des kleinsten Abstandes abnimmt, der innerhalb des hohen Meßbereiches liegt, so nimmt der Anodenstrom der Röhre 20 bis zu einem Wert zu, der hinreicht, um das Steuerrelais 19, trotz der verringerten: Empfindlichkeit, zu erregen, wodurch die Schaltung des Widerstandes 21 parallel zum Steuerrelais. 19 und darauf der Kurzschluß des< Widerstandes 14 aufgehoben, wird. Dabei ist selbstverständlich, daß sich hoher und niedriger Meßbereich überlappen oder wenigstens berühren. Die Maximalfrequenzabweichung wird also auf den dem niedrigsten Meßbereich entsprechenden Wert gebracht. Die hierdurch auftretende Zunahme der dem Gitter der Röhre 20 zugeführten negativen Gitterspannung hat aber nicht zur Folge, daß das Steuerrelais 19 abfällt, weil vorher die Empfindlichkeit des Steuerrelais 19 durch Abschaltung des Widerstandes 21 gesteigert worden ist. Auch in diesem Falle wird also vermieden, daß duirch die bei der Umschaltung des Meßbereiches auftretende Steuerspannungsändeirung die Umschaltung rückgängig gemacht wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche: _6s

   i. Abstandsmesser, insbesondere Höhenmesser, mit wenigstens zwei Meßbereichen, bei dem an der Meßstelle in der Frequenz modulierte Schwingungen ausgesandt werden und die Frequenz der durch Schwebungen entstehenden Schwingungen; zwischen den ausgesandten Schwingungen und den nach Reflexions durch eine reflektierende Oberfläche empfangenen Schwingungen- ein Maß für den Abstand zwischen der Meßstelle und der reflektierenden Oberfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung nach dem niedrigeren bzw. höheren zweier benachbarter Meßbereiche an der Meßstelle ein Umschaltrelais (15, 16) vorhanden ist, welches beim Umschalten den Frequenzhub der frequenzmodulierten Schwingungen auf einen höheren bzw. niedrigeren Wert bringt, indem eine Änderung der Amplitude der dem Sendermodulator (4) zugeführten Schwingungen bewirkt wird.
2. 2. Abstandsmesser nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfänger eine sich mit dem gemessenen Abstand ändernde Steuerspannung entnommen wird, durch die das genannte Umschaltrelais betätigt wird.
3. 3. Abstandsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (16) durch ein Hilfssteuerorgan betätigt wird, das so eingerichtet ist, daß der Unterschied zwischen der Spannung, bei der das Hilfssteuerorgan die Umschaltung vom niedrigeren nach dem höheren zweier benachbarter Meßbereiche bewirkt, und der Spannung, bei der das Organ die Umschaltung vom höheren nach dem niedrigeren der erwähnten Meßbereiche bewirkt, größer ist als die infolge der Umschaltung des Meßbereiches auftretende Änderung der Steuerspannung.
4. 4. Abstandsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Meßbereiches erst erfolgt, nachdem die Empfindlichkeit des Hilfssteuerorgans gegenüber der Regelspannung geändert ist.
5. 5. Abstandsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerorgan durch ein Steuerrelais (19, 22, 23) gebildet wird, dessen Empfindlichkeit mittels eines Widerstandes (21) geändert wird, der durch einen eigenen Ruhekontakt (22) dieses Steuerrelais parallel zur Relaiswicklung (19) geschaltet werden kann, während die Änderung des Frequenzhubes mittels eines verzögerten Umschaltrelais (16) erfolgt, das durch einen Kontakt (23) des Steuerrelais ein- oder ausgeschaltet wird.

   Angezogene Druckschriften: The Wireless World, 44, 1939, S. 100 bis 102.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen