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Einrichtung zur selbsttätigen Anzeige beim Peilen mittels einer Empfängergruppe
und eines Kompensators Es sind Einrichtungen zur Richtungsbestimmung mittels einer
Gruppe von Empfängern bekannt, die mit einem Kompensator verbunden sind; der Kompensator
hat dabei den Zweck, die Wellenlaufzeitdifferenzen der einzelnen Empfänger der Gruppe
untereinander auszugleichen. Derartige Einrichtungen werden insbesondere zur akustischen
Peilung verwendet, und zwar sowohl in der Erde als auch im Wasser, als auch in der
Luft.
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Die Einstellung erfolgte bisher entweder nach einem Minimum- oder
Maximumverfahren oder nach dem binauralen Verfahren. Die bekannten Einrichtungen
haben sämtlich den Nachteil, daß sie keine selbsttätige objektive, beispielsweise
optische Anzeige ermöglichen.
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Die Eingabelung des richtigen Peilwertes erfolgte vielmehr bisher
stets von Hand.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, bei einer Peileinrichtung, die aus
einer Empfängergruppe und einem Kompensator besteht, eine selbsttätige objektive,
beispielsweise optische Anzeige zu schaffen. Es ist hierfür statt der Einstellung
des Kompensators von Hand eine ständige Drehung des Kompensators mit gleichbleibender
Geschwindigkeit, beispielsweise mittels eines besonderen Antriebsmotors, vorgesehen.
Die Schwierigkeit, die sich hierbei ergibt, besteht darin, daß bei einem gewöhnlichen
Kompensator, wie er bisher benutzt wurde, keine Drehgeschwindigkeiten auftreten
dürfen, bei denen die Verschiebungszeiten der einzelnen Kontakte irgendwie vergleichbar
mit den entsprechenden Schallaufzeiten zwischen den einzelnen Empfängern werden;
bei derartig niedrigen Drehgeschwindigkeiten lassen sich jedoch keine genügend großen
Anzeigehäufigkeiten in der Zeiteinheit erzielen. Insbesondere ist es unmöglich,
ein stehendes Bild bei einem umlaufenden Schauzeichen zu erzielen, das jeweils in
der richtigen Peilstellung in Wirkr samkeit tritt.
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Gemäß der Erfindung wird zur Lösung der gestellten Aufgabe ein Streifenkompensator
verwendet, dessen einzelne zu den Verzögerungsketten
führende Kontaktstreifen
eine derartige Gestalt und Anordnung besitzen, daß die in ein und derselben Normalebene
zur Schallrichtung liegenden Empfänger über die mit gleichbleibender Umlaufzeit
umlaufenden Kontakte jeweils an denselben Streifen angeschlossen sind. An die Stelle
der beispielsweise bei einem ebenen Streifenkompensator parallel zueinander verlaufenden
geradlinigen Streifen tritt also gemäß der Erfindung eine solche Streifenanordnung,
bei der die Verschiebung der Kontakte innerhalb der Schallaufzeitdifferenzen der
Empfängergruppe wieder ausgeglichen ist.
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An Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der Einrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt ist, sei der Erfindungsgedanke näher
erläutert.
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In Abb. I bedeuten I bis 12 die zu einer Kreisgruppe angeordneten
Unterwasserschallempfänger einer Schiffspeilanlage. Die Schallwellen treffen in
Richtung des Pfeiles I3 auf die Empfänger. Jeder der Empfänger ist über einen Schleifkontakt
mit einem elelitrischen Streifenkompensator verbunden.
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Dabei bilden die Schleifkontakte in an sich belcannter Weise unter
sich eine Anordnung, die der Anordnung der Empfänger I bis 12 entspricht. Hierdurch
ist jeder der Empfänger an eine entsprechende Verzögerungskette angeschlossen, und
zwar bedeuten die Ordinaten I4, I5, I6, 17, I8, I9, 20 die Verzögerungswerte, die
die Ketten besitzen, an die beziehungsw,eise die Empfänger I, 2 und 12, 3 und 11,
4 und I0, 5 und 9, 6 und 8, 7 gelegt sind. Hierdurch werden gleichsam sämtliche
Empfänger 1 bis 12 auf eine gemeinsame senkrecht zur Schallrichtung 13 verlaufende
Gerade 21 projiziert; sie bilden also miteinan der eine Wellenfront.
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Die Verhältnisse ändern sich jedoch, sobald die Schleifkontakte in
Richtung des Pfeiles 22 mit konstanter Geschwindigkeit gedreht werden. Während nämlich
bei stillstehendem Kompensator die Empfänger I bis 12 auf die durch Kreise gekennzeichneten
Stellen der Geraden 21 projiziert werden, ziehen sich die Projektionspunlite beim
Drehen der Kontaktstreifen in die durch Kreuze gekennzeichneten Punkte auseinander.
Die Projektionspunkte bilden also keine Wellenfront mehr miteinander. Dies liegt
daran, daß während der Zeit, die der Schall braucht, um vom Empfänger I bis zum
Empfänger 7 vorzudringen, sich bereits die Schleifkontakte um einen gewissen Betrag
vorwärts bewegt haben, und zwar in dem Sinne, daß die Kontakte der Empfänger 7 bis
I2 an Ketten mit größerer Verzögerungszeit, jedoch die Kontakte der Empfänger 2
bis 6 an Ketten mit geringerer Verzögerungszeit verschoben sind.
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Die Differeuzwerte erhält man durch folgende Konstruktion. Es mögen
jetzt die Empfänger 1 bis 12 unmittelbar als die Kontakte betrachtet werden, die
ja dieselbe Anordnung wie die Empfänger besitzen. Dann bedeuten die Striche 2' bis
12' diejenigen Stellungen, in denen sich jeder Kontakt jeweils dann befindet, wenn
der zu ihm gehörige Empfänger - - die gleiche Phase hat, wie sie der Empfänger I
zu Beginn der Drehung besaß. Alsdann bedeuten die punktierten Geraden die positiven
bzw. negativen Verzögerungszeiten, um die die einzelnen Kontakte falsch eingestellt
sind, d. h. um die die Projektionen der Emplänger von der Wellenfront 21 abweichen
niid die durch die Kreuze angedeutet sind.
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An Hand der Abb. 2 sei nun erläutert, wie die in der Abb. 1 dargestellten
Fehler gemäß der Erfindung durch eine veränderte Anordnung der Streifen des Kompensators
vermieden werden. Es wird hierbei die Yoraussetzung fallen gelassen, daß die Empfängergruppe
als eine Kreisgruppe ausgebildet ist, die Empfänger können vielmehr beliebig in
einer Fläche angeordnet seill. P1 und P2 btdeuteii die Stellungen zweier Kontakte,
d. h. die Stellungen zweier auf einen ebenen Streifenkompensator projizierter Empfänger,
die den größten Abstand R vom Drehmittelpunkt des Kompensators besitzen. Um den
Drehmittelpunkt o des Kompensators drehen sich alle Kontakte mit gleicher Winkelgeschwindigkeit
in Richtung des Pfeiles 22. Die Schallrichtung ist wiederum durch den Pfeil 13 angedeutet.
Senkrecht zur x-Achse verlaufen also die Wellenfronten, deren eine durch die Verbindungsgerade
voll mit /'2 dargestellt wird. Diese beiden Punkte müßten bei feststehendem Kompensator
auf ein und demselben Streifen liegen, der zu einem bestimmten Punkt x1 der unten
angedeuteten Verzögerungskette K führt. In der Zeit, die der Schall braucht, um
vom Punkt R bis zum Punkt x1 der x-Achse vorzudringen, haben sich die Kontakte von
P1 bzw. P2 nach P1, bzw. P2' bewegt. Gemäß der Erfindung, muß also die zu diesen
beiden Punkten gehörige Streifenbahn so beschaffen sein, daß sie durch die beiden
Punkte Pj' und P2, hindurchgeht. Dieselbe Überlegung kann nun für beliebig viele
auf den Verbindungsgeraden P1, P2 liegende Kontakte angestellt werden. die sich
alle mit P1 und P2 zusammen auf Kreisbahnen bewegen, und zwar mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
Das Stück, um das sich jeder dieser Punkte in derselben Zeit verschiebt, ist dem
schraffierten Sektor zu entnehmen und beträgt αx1 # r, wobei r den jeweiligen
Abstand eines Kontaktes vom Drehpunkt
o bedeutet. Trägt man die
innerhalb der schraffierten Sektoren gestrichelten Bögen von der Verbindungsgeraden
P1, P2 aus in Richtung des Pfeiles 22 auf den entsprechenden Kreisen ab, so erhält
man die Orte, durch die gemäß der Erfindung der Kontaktstreifen 23 des Streifenkompensators
hindurchgehen muß.
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Dieselbe Konstruktion, die eben für den einen Kontaktstreifen 23
unter Zugrundelegung eines Winkels αx1 durchgeführt worden ist, läßt sich
für alle übrigen Streifen unter Zugrundelegung weiterer Drehwinkel αx durchführen.
Dabei ergibt sich die Berechnung des Winkels a, aus folgender Betrachtung. Haben.
sich in der Schallaufzeit tR -die Kontakte um den Winkel a, weitergedreht, so ist
allgemein für jedes beliebige x αx = w # tR-x, wobei w die Winkelgeschwindigkeit
bedeutet, mit der sich die Kontakte bewegen. Wird die Drehungszahl je Sekunde mit
n bezeichnet, so ist also w = 2#n. Es ist ferner die Schallanfzeit t@ = ### wobei
@ c die Schallgeschwindigkeit in dem betreffenden Medium, d. h. im Ausführungsbeispiel
in Wasser bedeutet. Es ergibt sich hieraus 2#n die Formel αx = # (R-x). c
In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel maßstäblich mit folgenden Daten gezeichnet:
R = 1,2 m Uml. ii = 10 sec. m c = 1500 sec. mm Zeichenmaßstab = 100 . m Unter diesen
Voraussetzungen ist nach obiger Formel 2# # 10 # 1,2 R # αx = # (1,2-x) m
= 0.05 # (1,2-x) m.
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1500 Die neuen Streifen wurden nach dieser Formel für die Punkte
x1 = 4, x2 = -6, x3 = -10 punktweise konstruiert. Wie die Abbildung zeigt, ergibt
sich in allen Fällen mit großer Genauigkeit eine geneigte gerade Linie. Diese geraden
Linien (in der Abbildung stark gezeichnet) bedeuten die Kontaktstreifen des Streifenkompensators.
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Es ist aus der Abbildung zu ersehen, daß die konstruierten Linien
nicht mehr genau durch die betreffenden x-Werte hindurchgehen. Der entstehende Fehler
ist aber in allen praktisch vorkommenden Fällen vernachlässigbar klein, besonders
da er erst bei den letzten Streifen (r = - 12) in Erscheinung tritt, die nur noch
geringe Laufzeitkorrekturen bewirken.
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Aus dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 ergibt sich zugleich eine
angenäherte Lösung der Aufgabe nach der Erfindung, die darin besteht, die Kontaktstreifen
geradlinig auszuführen. Eine weitere angenäherte Lösung besteht darin, alle Streifen
unter sich parallel auszuführen und ihnen eine konstante mittlere Neigung gegenüber
der x-Achse zu geben. Dies entspricht gleichzeitig dem Fall, daß man an sich einen
normalen Streifenkompensator verwendet, dessen Streifen also nicht versetzt sind,
und nur mit umlaufenden Schauzeichen, beispielsweise einer umlaufenden Glimmlampe,
eine konstante Vorauisverschiebung erteilt, die die in Abb. I dargestellte Schrägheit
der durch die Kreuze gebildeten Ellipse gegenüber der Wellenfront 21 ausgleicht.
Hierbei muß allerdings eine gewisse Peilungenauigkeit in Kauf genommen werden.
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Wie sich aus der Abb. I ergibt, läßt sich die Peilgenauigkeit dabei
verbessern, wenn man die der Schallrichtung abgewandte Zone der Empfängergruppe
jeweils abschaltet. Im übrigen bezieht sich diese Ausführungsform auf einen beliebigen
Kompensator und ist nicht an die Form eines Streifenkompensators oder eines Einkettenkompensators
gebunden.
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Auch die übrigen Ausführungsformen, die an sich einen Streifenkompensator
voraussetzen, sind nicht auf einen ebenen Streifenkompensator beschränkt.
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Als Anzeigevorrichtung eignet sich an sich jede beliebige Anzeigevorrichtung,
beispielsweise eine umlaufende Glimmröhre, eine sonstige umlaufende Lichtschleuse,
ein Braunsches Rohr o. dgl. Besonders einfach gestalten sich die Verhältnisse, wenn
man unmittelbar ein Glimmrohr oder eine Lichtschleuse mit den auf den Streifen des
Kompensators umlaufenden Schleifkontakten kuppelt. Unter Umständen wird es jedoch
nötig sein, eine Fernübertragung zwischen dem Kompensator und dem Anzeigegerät vorzusehen.
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Bei der Verwendung einer optischen Anzeigevorrichtung ist es zweckmäßig,
die Drehung des Kompensators so schnell vorzunehmen, daß er ein stehendes Bild erzeugt,
d. h. den Kompensator mit einer Tourenzahl von mindestens 12 Umdrehungen in der
Sekunde zu drehen. Indessen ist die Erfindung nicht
auf die Verwendung
eines optischen Anzeige gerätes beschränkt, es kann auch ein mechanischer Zeiger
oder eine Registri ervorrichtung oder eine akustische Anieigevorrichtung damit verbunden
sein, die nur in einem solchen Augenblick ertönt, in dem überhaupt irgen,dein Aufleuchten
des Schauzeichens vorkommt.
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Es ist ferner zweckmäßig, zwei Rompensatoren, nämlich einen Kompensator
nach der Erfindung und einen Kompensator alter Bauart für Handbetrieb, bei ein und
derselben Empfängergruppe derart gemeinsam zu verwenden, daß sie entweder gleichzeitig
oder abwechselnd benutzt werden können.