DE418091C

DE418091C - Device for measuring distances with the aid of acoustic waves

Info

Publication number: DE418091C
Application number: DEA38935D
Authority: DE
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Publication date: 1925-08-26

Description

Einrichtung zur Messung von Entfernungen mit Hilfe von akustischen Wellen. Es ist vorgeschlagen worden, Entfernungen dadurch zu messen, daß man in regelmäßigen Intervallen von einem Ende der zu messenden Strecke aus Schallsignale aussendet und auf eine Empfangseinrichtung am anderen Ende der Strecke einwirken läßt, wobei im Augenblicke der Signalabgabe und der Ankunft ein Meßstromkreis geschlossen oder unterbrochen wird. Die Dauer der Stromschließung im Meßkreise ist dann gleich der Zeit, die der Schall zur Zurücklegung der unbekannten Strecke braucht. Die Angaben eines in dem Meßstromkreise eingeschalteten Anzeigeinstrumentes können als Maß für die Schallzeit und damit für die Entfernung benutzt werden. Einer der Hauptnachteile dieses Verfahrens liegt darin, daß für die Stromschließung und Unterbrechung mechanische Schaltvorgänge erforderlich sind, welche eine gewisse Unsicherheit in die Zeitbestimmung hineinbringen. Andererseits hängt die Stärke des im Meßstromkreise fließenden Stromes von der Güte der Kontakte, welche geschlossen und unterbrochen werden, ab. Diese Nachteile zu überwinden und auf einfachere Weise zum "Ziel zu gelangen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.Device for measuring distances with the help of acoustic Waves. It has been proposed to measure distances by looking in sound signals at regular intervals from one end of the line to be measured sends out and acts on a receiving device at the other end of the line leaves, with a measuring circuit closed at the moment of signal delivery and arrival or is interrupted. The duration of the current closure in the measuring circuit is then the same the time it takes for sound to cover the unknown distance. The information a display instrument switched on in the measuring circuit can be used as a measure for the sound time and thus used for the distance. One of the main drawbacks this method is that mechanical for the current closure and interruption Switching operations are required, which creates a certain uncertainty in the timing bring in. On the other hand, the strength of the current flowing in the measuring circuit depends on the quality of the contacts that are closed and interrupted. These Overcoming disadvantages and "reaching the goal in a simpler way" is that Object of the present invention.

Das Wesen derselben besteht darin, daß am Anfang der zu messenden Strecke in regelmäßigen Zwischenräumen Signale bestimmter Frequenz ausgesandt werden, die durch Einwirkung auf eine Empfangseinrichtung am Ende der zu anessenden Strecke einen elektrischen Schwingungskreis zu selbständigen Schwingungen anregen, deren Löschung in denselben Zeiträumen erfolgt wie die Aussendung der Signale. Die Dauer, während der die Schwingungen aufrechterhalten werden, ist gleich der Zeit zwischen Ankunft der Signale und Löschung der Schwingungen, !, also abhängig von der "Zeit, die das Signal zum Durchlaufen der zu messenden Entfernung braucht. Ein von den Schwingungen betätigtes Anzeigeinstrument wird über die während der einzelnen Intervalle ausgeübte Einwirkung integrieren, und seine Angaben können als Maß für die Entfernung dienen.The essence of this consists in the fact that at the beginning of the to be measured Signals of a certain frequency are sent out at regular intervals, by acting on a receiving device at the end of the route to be attached stimulate an electrical oscillating circuit to oscillate independently, whose Deletion takes place in the same time periods as the transmission of the signals. The duration, during which the vibrations are maintained is equal to the time between Arrival of the signals and extinction of the vibrations,!, Thus depending on the "time, that the signal needs to travel the distance to be measured. One of the Vibrations operated display instrument is over the during the individual intervals integrate the action exerted, and its information can be used as a measure of the distance to serve.

Am besten erfolgt die Aussendung eines neuen Signals gleichzeitig mit der Löschung der durch das vorangegangene Signal im ; Schwingungskreise erregten Schwingungen durch synchron laufende Kontaktgeber. Diese Kontaktschließungen und -unterbrechungen erfolgen nicht im eigentlichen Meßstromkreise und haben infolgedessen auf die Angabe des Anzeigeinstrumentes keinen unmittelbaren Einfluß.It is best to send out a new signal at the same time with the deletion of the previous signal im; Oscillating circles excited Vibrations from synchronously running contactors. These contact closings and -interruptions do not occur in the actual measuring circuit and consequently have has no direct influence on the indication of the display instrument.

Wenn es sich darum handelt, den Abstand einer die Signale reflektierenden Fläche zu bestimmen, bietet es keine Schwierigkeit, die Signalaussendung und die Löschung der Schwingungen synchron vorzunehmen, da sich dann Sende- und Empfangseinrichtung am selben Ort oder in nächster Nachbarschaft voneinander anordnen lassen. Wenn Sende-und Empfangsort weit voneinander liegen, muß Synchronismus auf andere Weise hergestellt werden, wie später noch erörtert wird.When it comes to the distance of one of the signals reflecting To determine the area, there is no difficulty in determining the signal emission and the To delete the vibrations synchronously, since the sending and receiving device can be arranged in the same place or in the immediate vicinity of each other. If send and The receiving locations are far from each other, synchronism must be established in another way as will be discussed later.

Das Prinzip der Erfindung möge an den Abb. i und 2 näher erläutert werden.The principle of the invention should be explained in more detail in Figs will.

Die Abb. 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.Fig. 3 is a schematic representation of an exemplary Embodiment of a device for carrying out the method.

Als Abszisse ist in Abb. r und 2 die Zeit und als Ordinate beispielsweise der durch das Anzeigeinstrumnt fließende Strom aufgetragen. Im Punkte U möge :die Abgabe eines aus einer bestimmten Anzahl von Schwingungen bestehenden Signals erfolgen. Die Schwingungen können zum Beispiel akustische sein. Nach Duschläufen der zu messenden Entfernung treffen sie zur Zeit r am Empfänger ein und regen dort ein auf die Frequenz der Signale abgestimmtes Schwingungssystem zu selbständigen Schwingungen an. Diese Schwingungen werden aufrechterhalten, z. B. bis zur Zeit 5, wie dies die schraffierte Fläche darstellt. Während der Zeit zwischen r und 5 erfolgt also eine Einwirkung auf das im Schwingungskreis liegende bzw. mit ihm gekoppelte Anzeigeinstrument. Nun wiederholt sich der Vorgang in derselben Weise. Zur Zeit 5 werden die Schwingungen gelöscht und gleichzeitig von dem Sender ein neues Signal ausgesandt. Dieses kommt zur "Zeit G wieder am Empfänger an und erregt dort selbständige Schwingungen, die bis zur Zeit ro aufrechterhalten werden usw.The abscissa in Fig. R and 2 is the time and the ordinate, for example the current flowing through the display instrument is plotted. In point U may: die Output of a signal consisting of a certain number of oscillations take place. The vibrations can be acoustic, for example. After the shower runs to be measured Distance, they arrive at the receiver at time r and stimulate the frequency there the signals coordinated vibration system to independent vibrations. These Vibrations are maintained, e.g. B. up to time 5, as hatched Represents area. There is therefore an action during the time between r and 5 on the display instrument located in the oscillation circuit or coupled to it. Now the process is repeated in the same way. At time 5 the vibrations become deleted and at the same time sent out a new signal from the transmitter. This is coming at the "time G back to the receiver and excites there independent vibrations that to be maintained until time ro, etc.

Die Signalabgabe und die Löschung der Schwingungen erfolgt in Zeiträumen von fünf "Leiteinheiten. Von diesen fünf Zeiteinheiten braucht das Signal eine Zeiteinheit zur Zurücklegung des Weges, und die Schwingungen sind während der übrigen vier Zeiteinheiten aufrechterhalten. Würde die vom Signal zurückzulegende Entfernung größer sein, etwa doppelt so groß, so würden die Schwingungen nur dreier Zeiteinheiten aufrechterhalten werden. Im ersteren Falle erfolgt also eine Einwirkung von bestimmter Stärke auf die Anzeigevorrichtung während einer längeren Zeit als im zweiten Falle Das Anzeigeinstrument, z. B. ein im Schwingungskreis liegendes Strommeßinstrument,wird im ersteren Falle also einen größeren Ausschlag ergeben als im letzteren Falle. Die Größe des Ausschlages ist ein Maß für die Entfernung. je nach der Art des Anzeigeinstrumentes wird naturgemäß die Abhängigkeit von den während der einzelnen Intervalle bestehenden Schwingungen verschieden sein. Im wesentlichen kommt es auf das Verhältnis der Zeiten an, zu denen Schwingungen erfolgen und zu denen keine Schwingungen im Meßstromkreis erfolgen.The signal delivery and the deletion of the Vibrations takes place in periods of five "lead units. Of these five units of time takes the signal is a unit of time to cover the distance, and the vibrations are maintained during the remaining four time units. Would be the one to be traveled by the signal If the distance were greater, about twice as great, the vibrations would only be three Units of time are maintained. In the former case, there is an action of a certain strength on the display device for a longer time than in the second case the display instrument, e.g. B. one lying in the oscillation circuit Current measuring instrument, will result in a larger deflection in the former case than in the latter case. The size of the rash is a measure of the distance. Depending on the type of display instrument, the dependence on the vibrations existing during the individual intervals may be different. Essentially it depends on the ratio of the times at which vibrations occur and to where no oscillations occur in the measuring circuit.

I11 Abb. 2 ist derselbe Fall wie in Abb. i verzeichnet. Die Aussendung der Signale und die Löschung der Schwingungen erfolgt jedoch nicht gleichzeitig, sondern das Löschen der Schwingnngen ist um eine Zeiteinheit früher gelegt als das Senden des nächsten Signals. Für dieselheEntfernung wie im Falle i ergeben sich dann kürzere Schwingungszeiten. Wenn die gegenseitige Verschiebung bekannt ist, kann das Anzeigeinstrument entsprechend geeicht werden. Man hat dann bei Benutzung eines solchen Instrumentes nur dafür zu sorgen, claß tatsächlich bei der Messong auch die bei der Eichung zugrunde gelegte Verschiebun,,- zwischen Signalabgabe und Löschung der `Schwingungen besteht. Welcher Art der Schwingungskreis ist und welche Methoden -rur Anzeige benutzt «-erden, ist für die Erfindung belanglos. Als selbständiges Schwingung sgebilde kö-men z. B. Mikrophönstuntnervorrichtungen oder Elektronenröhrenschwingungskreise Verwendung finden, die praktischerweise so abge:.;tiinlnt sind, claß sie nur auf den Signalton finit Sicherheit ansprechen.I11 Fig. 2 is the same case as shown in Fig. I. The broadcast the signals and the cancellation of the vibrations do not take place at the same time, but the deletion of the oscillations is a unit of time earlier than that Sending the next signal. For the same distance as in case i, the following results are obtained then shorter oscillation times. If the mutual shift is known, the display instrument can be calibrated accordingly. You then have when you use it To just take care of such an instrument is really a fact in the Messong also the shift on which the calibration is based - between signal output and Cancellation of the `vibrations exists. What kind of oscillation circle is and which one Methods - used only for display "- are irrelevant to the invention. As a self-employed Vibration structures come e.g. B. Mikrophönstuntnervorrichtungen or electron tube oscillation circuits Find use that are conveniently so:.; Tiinlnt, just leave them on address the signal tone finite safety.

In Abb. 3 ist als Beispiel eine Vorrichtung darg'estellt, wie sie etwa zur Messung des Abstandes des Beobachtungsortes von einer reflektierenden Fläche mit Hilfe von Schallwellen benutzt werden kann. Der Beobachtungsort, auf welchem Dias Sende- und Empfangsgerät aufgebaut ist, möge ein Schiff, welches die Meerestiefe bestimmen will', oder ein Flugzeug, welches seine Höhe bestimmen will, sein. Der Schallsender i wird von der Wechselstromquelle 2 gespeist und sendet Schallsignale bestimmter Frequenz aus, sobald die beiden Kontakte 3 und d. durch einen auf der rotierenden Welle 5 sitzenden Kontaktgeber 6 geschlossen wird. Die Schallwellen gehen nach dem Boden 7, werden dort zurückgeworfen und gelangen zum Empfänger 8, z. B. einem Mikrophon, welches seinen Strom von der Batterie 9 erhält. Die durch die Schallschwingungen erzeugten Stromschwankungen werden im Verstärker io verstärkt und induktiv auf den aus der Selbstinduktion i i und der Kapazität 12 bestehenden Schwingungskreis übertragen. Eine Zuleitung der Kapazität 12 ist über die Batterie 13 mit dem Gitter 14. der Elektronenröhre 15 verbunden, während die andere Zuleitung an der Kathode 16 liegt. Die Kathode wird durch die Batterie 17 gespeist. Mit der Anode 18 ist eine Kupplungsspule i9 verbunden, welche von der Selbstinduktionsspule i i beeinflußt `wird. Ferner liegt im Anodenkreise die Batterie 2o und das Anzeigeinstrument 2i. Die Kopplungsspule i9 kann durch Kurzschließung der beiden Kontakte 22 und 23 mit Hilfe des auf der rotierenden @@"elle 5 sitzenden Kontaktgebers 24 kurzgeschlossen werden. Durch richtige Wahl der Kopplung zwischen i i und 19 und geeignete Gittervorspannung mit Hilfe der Batterie 13 .kann erreicht werden, daß an sich die Röhre keine Schwingungen ausführt, daß sie aber sofort zu schwingen anfängt, sobald Schwingungen der Abstimmungsfrequenz vom Empfäner her induziert werden. Beim Einsetzen der' Schwingungen steigt der Anodent' welcher durch das Anzeigeninstruinent 2i angezeigt wird, plötzlich auf einen größeren Wert an, z. B. auf das Zehnfache, und behält diesen Wert, solange die Schwingungen aufrechterhalten werden. Die Löschung der Schwingungen erfolgt durch Kurzschließen der Kopplungsspule finit Hilfe der Kontakte 22, 23. In dem Augenblick sinkt der Anodenstrom auf seinen normalen niedrigen Wert zurück. Wenn die Welle 5 z. B. 1i Uindrehungen in der - Sekunde macht, so wird durch das auf der Scheibe tä sitzende Kontaktsegment 25 der Sender n-mal in der Sekunde zur Abgabe von Schallsignalen veranlaßt und ebensooft die Röhre 15 zu selbst.gen Schwingungen angeregt. Die Löschung der Schwingungen erfolgt im selben IZlivtliiiitis wie die Aussendung der Signale durch Kurzschluß der Kopplungsspule mit Hilfe des Kontaktsegmentes 26. Der durch (las Anzeigeinstrument 21 fließende Anodenstrom wird also n-inal pro Sekunde auf einen höheren Wert ansteigen, diesen eine Zeitlang behalten und dann wieder auf den niedrigen Wert zurückfallen, wie dies in Abb. i dargestellt ist. je nach dem Verhältnis .der schwillgungslosen Zeit der Röhre zur Schwingzeit wird das Instrument sich auf einen anderen Wert einstellen. Das Verhältnis dieser beiden Zeiten ist aber nur abhängig von der Entfernung, die das Signal zu durchlaufen hat. Die Angaben des Instrumentes sind also unmittelbar ein Maß für diese Entfernung.In Fig. 3 a device is shown as an example, as they for example to measure the distance between the observation site and a reflective surface can be used with the help of sound waves. The observation site on which The transmitting and receiving device is set up, like a ship, which the depth of the sea want to determine ', or be an airplane that wants to determine its altitude. Of the Sound transmitter i is fed by the alternating current source 2 and sends sound signals certain frequency as soon as the two contacts 3 and d. by one on the rotating shaft 5 seated contactor 6 is closed. The sound waves go to the floor 7, are thrown back there and get to the receiver 8, z. B. a microphone, which receives its power from the battery 9. By the current fluctuations generated by the sound vibrations are amplified in the amplifier io and inductively to the one consisting of the self-induction i i and the capacitance 12 Transmit the oscillation circuit. A feed line for the capacity 12 is via the battery 13 connected to the grid 14 of the electron tube 15, while the other lead is at the cathode 16. The cathode is fed by the battery 17. With the Anode 18 is connected to a coupling coil i9, which is from the self-induction coil i i influenced `. Furthermore, the battery 2o and the display instrument are located in the anode circuit 2i. The coupling coil i9 can by short-circuiting the two contacts 22 and 23 short-circuited with the help of the contactor 24 seated on the rotating @@ "elle 5 will. By correct choice of coupling between i i and 19 and suitable grid prestress With the help of the battery 13 it can be achieved that the tube itself does not vibrate explains that it begins to oscillate immediately as soon as oscillations of the tuning frequency induced by the recipient. At the onset of the 'vibrations, the anodent rises' which is displayed by the display instrument 2i suddenly changes to a larger one Value, e.g. B. tenfold, and retains this value as long as the vibrations be maintained. The vibrations are canceled by short-circuiting the coupling coil finitely with the help of the contacts 22, 23. At that moment, the Anode current to its normal low value. When the shaft 5 z. B. 1i If you turn in the second, then what is sitting on the disk becomes Contact segment 25 of the transmitter n times per second to emit sound signals causes and just as often excites the tube 15 to self.gen vibrations. The deletion The vibrations take place in the same vitality as the transmission of the signals by short-circuiting the coupling coil with the help of the contact segment 26. The through (The anode current flowing through the display instrument 21 is thus n-inal per second go up a higher value, hold it for a while, and then up again fall back to the low value, as shown in Fig. i. depending on Ratio. Of the non-vertebrate Time of the tube to the oscillation time the instrument will adjust to a different value. The ratio of these both times is only dependent on the distance that the signal has to travel through Has. The information provided by the instrument is therefore a direct measure of this distance.

Zweckmäßig werden die Kontaktgeber 25 und 26 direkt auf die Achse der Wechselstroinmaschine gesetzt, die den Strom für den Sender liefert.The contactors 25 and 26 are expediently placed directly on the axle the alternating current machine, which supplies the power for the transmitter.

De Zahl der Sigliale,in der Sekunde richtet sich nach der zu messenden Entfernung. Um eindeutige Angaben zu erhalten, darf nämlich der Zeitraum zwischen zwei Signalen nicht kleiner sein als die "Zeit, die der Schall zum Durchlaufen der zu messenden Strecke benötigt. Man wird zweckmäßig für verschiedene Größen der zu irressenden Entfernungen stufenweise veränderliche Signalzahlen pro Sekunde wählen und entsprechend das Anzeigeinstrument mit verschieden geeichten Skalen versehen.The number of sigliale per second depends on the distance to be measured. In order to obtain clear information, the period between two signals must not be less than the "time that the sound needs to travel the distance to be measured. It is advisable to select gradually variable numbers of signals per second for different sizes of the distances to be eroded and accordingly provide the display instrument with differently calibrated scales.

Handelt es sich nicht um die Bestimmung der Entfernung einer reflektierenden Fläche, solidern uni die Messung einer Entfernung, wo Sende- und Empfangsort weit auseinander entfernt liegen, so ist folgende Anordnung getroffen Man sendet an der Sendestelle in denselben "Zeiträumen, in denen die Schallsignale ausgesandt «-erden, drahtlose Signale aus, welche an der Empfangsstelle aufgenommen werden und vermittels eines Relais den elektrischen Schwing lngskreis kurzschließen. Zu dieseln Zweck wird an der Sendestelle an die Kontaktbürsten 22 und -23 die drahtlose Sendestation angeschlossen, so daß, wenn das Kontaktsegment 26 die beiden Bürsten kurzschließt, ein drahtloses Signal ausgesandt wird. Zur Aufnahme desselben ist an der Empfangsstelle eine Antenne vorgesehen, welche diese Signale aufnimmt und gegebenenfalls nach Verstärkung auf ein Relais einwirken läßt, welches für kurze Zeit, etwa solange das Signal dauert, den Schwingungskreis bzw. die Kopplungsspule i9 kurzschließt, so claß Löschung der Schwingung eintritt.It is not a matter of determining the distance of a reflective Area, solidify uni the measurement of a distance where the sending and receiving locations are far are at a distance, the following arrangement is made. Send to the Transmitting station in the same "time periods in which the sound signals are sent out" - wireless signals, which are received at the receiving point and mediated short-circuit the electrical oscillating circuit of a relay. For diesel purpose becomes the wireless transmission station at the transmission point to the contact brushes 22 and -23 connected so that when the contact segment 26 shorts the two brushes, a wireless signal is sent. To record the same is at the receiving point an antenna is provided which picks up these signals and, if necessary, after amplification can act on a relay, which for a short time, about as long as the signal lasts, the oscillation circuit or the coupling coil i9 short-circuits, so the deletion of the Vibration occurs.

Claims

PATEN T-AN SPRAY: i. Device for measuring still distances finite aid fully acoustic waves, characterized by a transmitting device at the beginning of the distance to be measured, which sound signals of a certain frequency in sends out regular intervals and by their action on a receiving device at the end: to make an electrical oscillation circuit independent of the distance to be measured Excites vibrations, the cancellation of which occurs in the same time intervals as the transmission the signals takes place.

2. Method for measurements with a device according to claim i, characterized in that the ratio of the duration of each sound signal independent vibrations triggered during the period between emission of the sound signal and triggering the independent vibrations during each of said time intervals serves to assess the distance covered by the sound signal.

3. Procedure for measurements with a device according to claim i, characterized in that for different values of the distance to be measured the number of signals for the time unit is changed. d ..

Device according to claim i, characterized in that that the independent vibrations at the moment of the emission of the next sound signal or with a known or ascertainable advantage or lag compared to this Points in time deleted «- earth.

5. Device according to claim i for measuring the distance reflective surfaces, characterized by a device by means of which the signals thrown back from the surface in question represent the independent vibrations trigger.

6. Device according to claim z, characterized in that a through a rotating shaft (5) with contact segments controlled sound transmitter and a finitely independent oscillation circles coupled sound receiver is provided, in which the independent vibrations by short-circuiting their oscillation circuits can be deleted by means of contaIts segments on the shaft (5).