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Verfahren zum Signalisieren durch Druckimpulse. Die Aufgabe der Erfindung
ist die Ausmerzung von Geräuschen bei einem Signalisieren mit Druckimpulsen von
Hörfrequenz, insbesondere beim Unterwassersignasis,eren.
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Es ist beim Unterwassersignalisieren üblich. Mikrophone oder Magnettelephone
(Hydrophone) anzuwenden, die unterhalb des Wasserspiegels am schwimmenden Fahrzeug
angebracht sind. Die Instrumente unterliegen Störungen durch Geräusche von der Maschinenanlage
des Schiffes und durch die Einwirkung des Wassers auf das fahrende Schiff wie auch
infolge der gegen das Schiff anschlagenden Wellen. Die störenden Geräusche können
so laut werden, daß sie den Empfang der Unterwassersignale ausschließen. Die bekannten
Mittel zur Verringerung der Störungen haben Nachteile im Gefolge. Eine Unterbringung
der Hydrophone in Behältern im Schiffsinnern beeinträchtigt die Empfindlichkeit.
Die Schallaufnahme durch eine große Anzahl 'on Hydrophonen, die so angeordnet und
verbunden waren, daß die Störungsgeräusche in dein verschiedenen Aufnehmern genügend
außer Phase waren und durch Interferenz geschwächt wurden, ist umständlich und im
Ergebnis unsicher.
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Unterwassersignale wurden meist durch. Anschlagen. von Glocken unter
Wasser oder durch elektromagnetische Vorrichtungen (z. B. Fessenden-Oszillator)
erzeugt. - Beide Mittel erzeugen Druckimpulse einer ziemlich genau bestimmten Frequenz,
die Glocken im hohen Maße gedämpfte und die Oszillatoren ungedämpfte Impulse. Zahllose
Versuche sind bestrebt, Nutzen aus der Bestimmtheit der Frequenz zu ziehen; mechanische
Einrichtungen sollten in Resonanz zur Schallweslenfrequenz stehen und außer Resonanz
zu den Störungsgeräuschen. Ein Erfolg wurde nicht erzielt, weil die Resonanz in
dem ein Mikrophon enthaltenden System kaum aufrechtzuerhalten ist, und weil. die
zusammengesetzten Störungsgeräusche auch auf das Resonanzsystem ,einwirkende Frequenz
enthalten. Auch zwischen Hydrophon und telephonischen Empfängern eingeschaltete
elektrische Filter aus Kondensatoren und Induktanzspulen, die
dem
Stromkreis Resonanz nur für die Ströme von der Frequenz der Druckimpulsquelle verleihen
sollten, versagten, weil sie nicht nur die Intensität des Signals verminderten,
sondern ebenfalls auf die zusammengesetzten Störungsgeräusche ansprachen.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Filtereinrichtung beseitigt
im praktischen Betriebe auch unter ungünstigsten Voraussetzungen die Mängel der
mechanischen und elektrischen Resonanzsysteme sowie der bisher angewendeten Filter.
Gemäß der Erfindung werden die in Hörfrequenz ausgesendeten Druckimpulse am Empfangsort,
wie üblich, in elektrische Schwingungen umgewandelt und zwecks Ausscheidung der
Störungsgeräusche durch Verstärkerröhrenkreise abgestimmt und gleichzeitig verstärkt.
Die
Verstärkerröhrenkreise weisen dabei die bekannte Rückkopplung auf, wobei
insbesondere der zweite Rückkopplungskreis Schwingungen. niederer Freguenz erzeugt;
diese selbst erzeugten ' Schwingungen werden der vorhergehenden Verstärkungsstufe
aufgedrückt. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, den elektrischen Einrichtungen
in bezug auf Induktanz, Widerstand und Kapazität derartige Bemessungen zu geben,
daß alle störenden Geräusche, außer Tönen von niedriger Hörfrequenz, ausfiltriert
werden.
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Beim Signalisieren mit ultrasonoren Frequenzen ist eine Verwendung
von Verstärkerröhrenkreisen zwecks Ausscheidung störender Geräusche schon in Vorschlag
gebracht worden. Die Verwendung von Hörfrequenzen bringt demgegenüber den wesentlichen-
Vorteil, daß eine Umwandlung der ultrasonoren Frequenzen in Hörfrequenzen im Empfangsgerät
überflüssig wird. Gleichrichter werden unnötig, und die Signale werden nach dem
Verfahren der Niederfrequenzverstärkung verstärkt.
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Die Zeichnung stellt ein Schaltungsschema für einen zur Ausübung des
Verfahrens besonders geeigneten Stromkreis beispielsweise dar. Das Mikrophon oder
ein sonstiger Impulsempfänger i o liegt in Reihe mit einer Batterie i i und der
Terziärspule 12 eines Eisenkerntransformators T1. Dieser besitzt außerrdem eine
Sekundärspule 13, deren äußeres Ende über Draht 13o an die Platte 15 der Verstäxkerröhre
B angeschlossen ist, und deren inneres Ende über Draht 131 mit dem positiven Pol
der Batterie 2o verbunden ist. Das innere Ende der Primärspule 14 ist über Draht
14o an das Gitter 16 und das äußere Ende über Draht 141 an den Faden 17 der Röhre
gelegt. 18 ist die Heizbatterie der Röhre. i 9 und 21 sind veränderliche Widerstände,
und 22 ist ein Amperemeter. In Brücke zur Wicklung 14 liegt der veränderliche Kondensator
31, dem durch den Arm 35 einer der Kondensatoren 32-3q. parallel geschaltet werden
kann.
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Von der Zuleitung zum Gitter 16 führt eine Abzweigung 23 zur Sekundärwicklung
36 des einen Transformators T2, der ein Stellkondensator 37 parallel geschaltet
ist. Das innere Wicklungsende ist über Draht 24 mit dem Gitter 38 der zweiten Verstärkerröhre
C verbunden, deren Faden 39 von der Batterie 18 über Draht 25 und den Widerstand
51 Heizstrom bezieht. Die Platte 4o der Röhre C ist über die veränderliche Induktanz
52 und den veränderlichen Kondensator 53 in Verbindung mit dem Gitter 38 und über
den Draht 26 mit dein äußeren Ende der Wicklung 54. des Transformators T2.
Das innere Ende dieser Wicklung ist über Draht 27 an den Hörer 55 angelegt, dessen
zwei Klemmen über Draht 28 an den positiven Pol der Batterie 2o gelegt sind. Hörer
und Anodenbatterie sind durch den Stehkondensator 56 überbrückt. Für die in den
Stromkreisen eintretende Rückkoppelwirkung ist die Beachtung der Anschlüsse an »innere«
und »äußere« Spulenenden der Transformatoren von Wichtigkeit.
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Zwischen den Spulen 13 und 14 besteht eine sehr feste und zwischen
beiden Spulen und der Spule 12 eine sehr lose Kopplung. Bei praktisch ausgeführten
Transformatoren ist die Spule 14 mit i--oo Wicklungen eines 0,53111111 Emailledrahtes
und mit einer Induktanz von 25 Millihenrys gewickelt, die Spule 13 mit i
2 5 o Wicklungen .eines gleichen Drahtes und 133 Millihenrys. Die Kopplung zwischen
den Spulen betrug o,99. Die lose Kopplung der Spule 12 kann durch Aufwickeln der
Spule. 12 auf eine Röhre erzielt werden, die über den Transformator T1 geschoben
wird, oder es kann die. Spule getrennt neben den Transformator gestellt werden;
für die praktische Ausführung würde die Spule aus nur 17 Windungen eines 0,53 mm
Drahtes mit einer Induktanz von 0,o.1 Millihenrys ausgeführt und einer Kopplung
der Spule 13 von o,88. In dem Stromkreis der Röhre B und des Transformators T1 mit
den Kondensatoren wird die regenerative Wirkung zwischen Spulen 13 und 14 bei einer
von der Einschaltung der Kondensatoren 32, 33 und 34 abhängigen Frequenz ein heftiges
Pfeifen verursachen. Diese Kondensatoren sind so eingestellt, daß sie das System
auf eine der drei üblichen Grundfrequenzen abstimmen, z. B. 54o, io5o, 1215 Schwingungen.
Für die angegebenen Spulenwer@e braucht man dazu Kondensatoren von 0,73
bzw.
o,2o und o,io Mikrofarad. Der Kondensator 31 dient zur Feinabstimmung.
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Im zweiten Teile des die Röhre C und den
Transformator
T° und den Hörer 55 umfassenden Stromkreises wird die regenerative Wirkung im Transformator
T= eine von der Konstanten des Transformators, des Kondensators 37 sowie von. der
Induktanz 52 und dem Kondensator 53 bestimmte Schwingung erzeugen.
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Gute Ergebnisse sind erzielt mit einer Wicklung 54 aus 2400 Windungen
von o,22 mm Emailledraht sowie mit 8ooo Wicklungen eines o,38 mm Drahtes für die
Spule 36 und einer Kapazität von i Mikrofarad für den Kondensator 37. Wenn die zweite
Röhre allein. in Tätigkeit ist, so werden hierbei gegen 5 bis 12 Schwingungen in
der Sekunde erzeugt. Je größer die Kapazität des Kondensators 37 ist, um so größer
ist die Frequenz.
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Die ankommenden Signale bewirken eine Veränderung der elektrischen
Schwingungen in der Spule 12. Diese Schwingungen werden durch den Transformator
T' umgeformt, wirken auf das Gitter 16 und rufen entsprechende Veränderungen im
Anodenkreis hervor. Die Spule 13 bewirkt die Rückkopplung auf das Gitter 16, bis
der Sättigungsstrom erreicht ist. Gleichzeitig hat der abgestimmte Fadengitterkreis
die ankommenden Signale teilweise abgestimmt und einen Teil der Störungsgeräusche
ausgeschaltet. Die Schwingungen der ersten Röhre werden durch den Transformator
T2 auf das Gitter der zweiten Röhre übertragen und werden in der Röhre C verstärkt.
Der Ortsstromkreis 40, 53, 52, 24, 38 samt die ankommenden Signale vollkommen scharf
ab und scheidet alle Störungsgeräusche, aus, so daß im Hörer 53 ein reiner Empfang
erfolgt. Die Röhre C bewirkt gleichzeitig eine Rückkopplung von unter dem Hörerbereich
liegenden Schwingungen auf die erste Röhre, wodurch diese an dem Punkt gehalten
wird, wo die eingehenden Signale sie veranlassen, die Schwingungserzeugung zu beginnen
(Superregeneration2.
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Wird die Röhre B allein in Tätigkeit gesetzt, so wird beispielsweise
bei. einer Frequenz von io5o Schwingungen ein Pfeifen eintreten. Wird dann die zweite
Röhre eingeschaltet und allmählich stärker beheizt, so erreicht man einen Punkt,
bei dem Röhre B aufhört, Schwingungen zu erzeugen, während in C noch Schwingungen
vorhanden sind. An dieser Stelle werden ankommende Signale verstärkt und Geräusche
unterdrückt, aber es erfolgt eine Veränderung oder Modulierung auf die Frequenz
der Schwingungen der Röhre C. Bisweilen ist das nicht störend. In anderen Fällen,
insbesondere bei Glockensignalen, ist es erwünscht, die Signale möglichst mit den
eigenen kennzeichnenden Merkmalen zu empfangen. Hierfür wird der Fadenstrom in den
Röhren B und C stufenweise erhöht, wodurch zuerst B veranlaßt wird, Schwingungen
zu erzeugen, worauf dann die Schwingungen durch Verstärkung des Heizstromes in C
zerstört und gleichzeitig Kondensator 53 und Induktanz 52 eingestellt werden, bis
der gewünschte Zustand erreicht wird, in welchem die Signale fast mit ihren eigenen
charakteristischen Merkmalen empfangen und erheblich verstärkt werden, während irgendwelche
Geräusche vollständig unterdrückt sind. Diese Unterdrückung würde nur dann nicht
möglich sein, wenn die Störungsgeräusche das System fortgesetzt durch Impulse erregen
würden, die genau in der Frequenz erfolgen, auf die das System abgestimmt ist. Dieser
Zustand wird jedoch kaum jemals praktisch gegeben sein.