CH559914A5 - - Google Patents

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CH559914A5
CH559914A5 CH1781872A CH1781872A CH559914A5 CH 559914 A5 CH559914 A5 CH 559914A5 CH 1781872 A CH1781872 A CH 1781872A CH 1781872 A CH1781872 A CH 1781872A CH 559914 A5 CH559914 A5 CH 559914A5
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Hoffmann La Roche
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52003Techniques for enhancing spatial resolution of targets
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
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Description


  
 



   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Echoloten mittels eines konvergenten Ultraschallbündels mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt, wobei Massnahmen getroffen sind, um die Echos von Reflektoren, die ausserhalb des Konzentrationsbereiches des Ultraschallbündels liegen, zu verringern.



   Es ist bereits ein Verfahren bekannt, das eine gute Fokussierung eines Ultraschallbündels über eine grosse Tiefe ermöglicht. Es hat jedoch den Nachteil, dass relativ grosse Seitenmaxima auftreten, d. h. dass unerwünschte Echos von seitlich der Achse liegenden Reflektoren eine relativ grosse Amplitude haben können.



   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, indem die Seitenmaxima verringert werden.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält einen im wesentlichen ringförmigen Ultraschallwandler, der aus mehreren gleichgrossen segmentförmigen Wandler elementen zusammengesetzt ist, deren Abstrahlungsflächen zur
Ringachse hin geneigt sind, eine elektrische Signalquelle zur Erregung des Ultraschall wandlers.



   einen Phasenschieber, der mehrere Ausgänge mit verschie dener Phase aufweist, eine Gruppe von ersten Schaltern zum wahlweisen Ein schalten des Phasenschiebers zwischen die Signalquelle und die
Wandlerelemente, eine in einer Schalterstellung einer simultan mit den ersten
Schaltern betätigbaren Gruppe von zweiten Schaltern mit den
Wandlerelementen verbundene Additionsschaltung, eine   üher eine Gleichrichterschaltung    an diese angeschlos sene Verzögerungsschaltung, eine zweite in der anderen Schalterstellung über Phasen drehglieder mit den Wandlerelementen verbundene Additions schaltung,
Mittel zur phasenrichtigen Gleichrichtung, eine mit dem Ausgang der Mittel zur phasenrichtigen Gleichrichtung und der Verzögerungsschaltung verbundene Subtraktionsschaltung und eine Anzeigeeinheit.



   Im folgenden sind anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen aus 12 Sektoren zusammengesetzten ringförmigen Ultraschallwandler
Fig. 2 ein Blockschema einer Sendeschaltung,
Fig. 3 ein Blockschema einer Empfangsschaltung,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Signalamplituden,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 ein Blockschema einer modifizierten Empfangsschaltung,
Fig. 7 ein Blockschema einer weiteren modifizierten Empfangsschaltung.



   Der in Fig. 1 gezeigte ringförmige Ultraschallwandler 20 besitzt ein ringförmiges Gehäuse 21 mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei die   Symmetrieachse    der Querschnittsfläche gegen die Ringachse geneigt ist und diese in einem bestimmten Abstand schneidet. Die offene Seite des Uförmigen Querschnitts ist diesem Schnittpunkt und damit der Ringachse zugewandt. In der ringförmigen Vertiefung des Gehäuses 21 sind 12 gleich grosse, segmentförmige, zusammen einen Ring bildende Wandlerelemente 1-12 angebracht. Diese Wandlerelemente bestehen aus einer auf einem Dämpfungsblock aus Epoxyharz/Wolfram aufgebrachten piezoelektrischen Schicht. Die Wandlerelemente sind durch Korkplatten 22 akustisch vom Gehäuse 21 und voneinander isoliert.

  Dem elektrischen Anschluss der Wandlerelemente dient einerseits eine aufgedampfte, mit dem Gehäuse verbundene metallische Schicht auf der Vorderseite und andererseits einzelne durch Bohrungen im Gehäuse und in den Dämpfungsblocks zu den Rückseiten der piezoelektrischen Schichten führende Anschlussleitungen (nicht gezeigt). Zur Anpassung der Schallimpedanz an Wasser und zum mechanischen Schutz der piezoelektrischen Schwinger dient eine Schicht 23 aus Epoxyharz.



   Im Betrieb sendet jeder piezoelektrische Schwinger ein Ultraschall-Teilbündel aus. Das auf diese Weise entstehende Ultraschallbündel fokussiert auf der Ringachse, wobei der Abschnitt der Ringachse, in dem der Ultraschall eine vorgegebene Intensität erreicht, als Brennlinie definiert wird. Die Länge der Brennlinie bestimmt die Tiefe, über die eine gute laterale Auflösung erreicht wird. Der Abstand der Brennlinie vom Ultraschallwandler ist im wesentlichen durch die Neigung der piezoelektrischen Schwinger gegen die Ringachse bestimmt. Die Länge der Brennlinie wird vor allem durch die Breite der piezoelektrischen Schwinger bestimmt.

  Die Form des von den piezoelektrischen Schwingem ausgesendeten Ultraschallbündels lässt sich durch die Schnittfläche charakterisieren, die es mit einer beliebigen, beispielsweise zwischen Wandler und Brennlinie liegenden, zur Achse senkrechten Ebene bildet und die im folgenden als Querschnittsfläche des Ultraschallbündels bezeichnet werden soll. Diese Querschnittsfläche ist im vorliegenden Fall im wesentlichen ringförmig, wobei der Durchmesser des Ringes mit der Entfernung vom Wandler bis zur Brennlinie stetig abnimmt.



   In dem in Fig. 2 gezeigten Blockschema der Sendeschaltung sind die Wandlerelemente 1-12 symbolisch durch ihre Nummern in Blöcken angegeben. Ihre Speisung erfolgt aus einem Generator 25 über Verstärker 26-31 und Schalter 32-37, wobei sich alle Schalter gemeinsam entweder in Stellung I oder in Stellung II befinden können und je nach Stellung der Schalter zwei verschiedene Verbindungswege zwischen Generator und Wandlerelementen bestehen. Der erste Verbindungsweg besteht aus der Leitung 38 und dient der direkten Verbindung des Generators 25 mit den Kontakten I der Schalter 32-37 und damit über die Verstärker 26-31 der phasengleichen Ansteuerung aller Wandlerelemente 1-12. Der zweite Verbindungsweg enthält eine Verzögerungsleitung 39 mit einer Reihe von Anzapfungsstellen, die mit den Kontakten
II der Schalter 32-37 verbunden sind.

  Die Anzapfungsstellen sind so gewählt, dass ihr zeitlicher Abstand einer Phasendifferenz der Sendefrequenz von   60 entspricht.    Bei der gezeichneten Zuordnung der Wandlerelemente senden in der
Schalterstellung II die Wandlerelemente 2 und 8 um +   60 ,    die Wandlerelemente 3 und 9 um +   120q    die Wandlerelemente 4 und 10 um +   180 ,    die Wandlerelemente 5 und 11 um   240"und    die Wandlerelemente 6 und 12 um   300    gegenüber den von den Wandlerelementen 1 und 7 gesendeten
Ultraschallwellen phasenverschobene Ultraschallwellen.



   Die Wandlerelemente 1-12 dienen gleichzeitig zum Empfang von reflektierten Ultraschallwellen. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind sie in der gleichen Gruppierung wie beim Senden über Verstärker 41-46 mit Schaltern 47-52 verbunden. Die Schalter 47-52 können gemeinsam entweder in der Stellung I oder in der Stellung II sein. Ausserdem schalten sie gemeinsam mit den Schaltern 32-37 der Sendeschaltung in die entsprechenden Schaltstellungen I oder II. Die Kontakte I der Schalter 47-52 sind mit einer Additionsschaltung 53 verbunden, an deren Ausgang über eine Gleichrichterschaltung 53a eine Verzögerungsleitung 54 angeschlossen ist. Die Verzögerungsleitung 54 ist so bemessen, dass ihre Verzögerungszeit dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Sendeimpulse entspricht. 

  Der Ausgang der Verzögerungsleitung 54 ist mit einer Subtraktionsschaltung 55 verbunden, an deren Ausgang ein Kathodenstrahloszillograph 56 angeschlossen ist. Die Kontakte II der Schalter 4852 sind mit Phasendrehgliedern   15761    verbunden, deren Ausgänge zu einer Additionsschaltung  62 führen. Der Kontakt II des Schalters 47 ist direkt mit einem Eingang der Additionsschaltung 62 verbunden. In den Phasendrehgliedern 57-61 wird den von den Paaren von Wandlerelementen kommenden Empfangssignalen eine Phasenverschiebung von gleicher Grösse wie beim Senden mit umgekehrtem Vorzeichen vermittelt. Der Ausgang der Additionsschaltung 62 ist über eine Gleichrichterschaltung 62a mit der Subtraktionsschaltung 55 verbunden.



   Die Arbeitsweise der aus dem ringförmigen Ultraschallwandler, der Sendeschaltung und der Empfangsschaltung bestehenden Einrichtung ist wie folgt: Zunächst stehen alle Schalter sowohl der Sendeschaltung als auch der Empfangsschaltung in der Stellung I. Ein vom Sender 25 erzeugtes Signal gelangt über die Leitung 38, die Schalter 32-37 und die Verstärker 26-31 zu den Wandlerelementen 1-12, die alle gleichphasig erregt werden. Jedes der Wandlerelemente sendet ein Ultraschallbündel aus, deren Querschnittsfläche im wesentlichen ein Ringsegment darstellt. Das gesamte Schallbündel, das sich aus den von den einzelnen Wandlerelementen gesendeten Teilbündeln zusammensetzt, hat demnach eine im wesentlichen ringförmige Querschnittsfläche. Alle von den einzelnen Wandlern abgestrahlten Ultraschallbündel sind in Phase.

  Reflektierte Ultraschallwellen werden wiederum von den Wandlerelementen 1-12 aufgenommen, in den Verstärkern   4146    verstärkt und über die Schalter 47-52 der Additionsschaltung 53 zugeführt. In der Additionsschaltung 53 werden alle Signale addiert, in der Gleichrichterschaltung 53a gleichgerichtet und in die Verzögerungsleitung 54 eingegeben.



   Nun werden alle Schalter 32-37 und 47-52 in die Stellung II umgeschaltet. Nach der Umschaltung wird vom Sender 25 ein zweiter Impuls abgegeben, der mit Hilfe der angezapften Verzögerungsleitung 39 in 6 Signale aufgespalten wird, die die vorstehend beschriebene Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen. Mit Hilfe dieser Signale werden die Wandlerelemente 1-12 wie angegeben paarweise angesteuert. Der Ultraschallwandler strahlt somit ein Ultraschallbündel aus, dessen Querschnittsfläche sich aus einer Anzahl von gegeneinander phasensverschobenen Teilbündeln zusammensetzt.



   Reflexionen des zweiten Ultraschallimpulses werden wiederum durch die Wandlerelemente 1-12 empfangen, in elektrische Signale umgewandelt und durch die Verstärker   41--46    verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 41 wird direkt der Additionsschaltung 62 zugeführt. Die Ausgangssignale der Verstärker 42-46 werden den Phasendrehgliedern 57-61 zugeführt und dort mit einer der Phasenverschiebung beim Senden betragsmässig gleichen Phasenverschiebung jedoch mit negativem Vorzeichen versehen. Die phasenverschobenen Ausgangssignale der Phasendrehglieder 57-61 werden ebenfalls der Additionsschaltung 62 zugeführt. In der Additionsschaltung 62 werden die von den Paaren von Wandlerelementen kommenden Signale miteinander addiert.



  Das Ausgangssignal der Additionsschaltung 62 wird gleichgerichtet und der Subtraktionsschaltung 55 zugeführt. Gleichzeitig mit diesem Signal kommt vom Ausgang der Verzögerungsleitung 54 das Empfangssignal von Reflektionen des ersten Ultraschallimpulses an der Subtraktionsschaltung 55 an. Die beiden Signale werden nun voneinander subtrahiert und das Resultat auf dem Kathodenstrahloszillographen sichtbar gemacht. Bei diesem resultierenden Signal sind die Amplituden der Echos vom Reflektoren im Bereich der Seitenmaxima wesentlich geringer als bei einem einfachen aus einem einzigen Schritt bestehenden Verfahren.



   Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird für jedes Wandlerelement eine Phasenverschiebung gewählt, die jeweils dem Winkel   ,    des Wandlerelementes auf dem Ring proportional ist. Als Winkel   n    des n-ten Wandlerelementes wird beispielsweise der Winkel zwischen dem Mittelpunkt des n-ten Wandlerelementes und dem Mittelpunkt des ersten Wandlerelementes definiert, wobei willkürlich für den Mittelpunkt des Wandlerelementes 1   °   = 0 festgelegt wird.



   Das Verfahren mit der sich stufenweise von einem Wandlerelement zum nächsten ändernden Phasenverschiebung für den zweiten bzw. die weiteren Impulse stellt eine Approximation des generellen Prinzips dar, bei dem sich die Phase kontinuierlich über den ringförmigen Ultraschallwandler, d. h. proportional zum Winkel   Q >     von gedachten infinitesimalen Wandlerelementen ändert.



   Allgemein lässt sich das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens aufgrund der nachstehenden vereinfachten theoretischen Überlegungen beschreiben. Der zweite bzw. die weiteren Impulse werden mit einem ringförmigen Ultraschallwandler gesendet, dessen (infinitesimale) Elemente also mit der Phase    =2 (1)    schwingen, wobei   a    den Winkel eines Elementes auf dem Ring bedeutet. Das entstehende Ultraschallbündel lässt sich wiederum durch seine Querschnittsfläche charakterisieren.



  Diese weist eine mit dem Winkel   dj    proportional veränderliche Phase auf. Die Schallamplitude a(r) im Bereich der Brennlinie für diese Anordnung ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:
EMI2.1     

Hier bedeuten   J    die Besselfunktion zweiter Ordnung, A die Wellenlänge des Ultraschalls im verwendeten Medium, ru den Radius des ringförmigen Wandlers, r die Radialkoordinate der Amplitudenverteilung von der Achse aus gemessen und R den Abstand vom Ring.



   Die Signale der empfangenen Echos werden nun mit dem Phasenfaktor   ei      4 >     multipliziert, wobei   Q >     wiederum den Winkel des betreffenden Elementes bedeutet. Man erhält dann für die Amplitude s2(r) des empfangenen Echos
EMI2.2     
 wenn die Reflektoren mit einem Schallfeld gemäss Gleichung (2) beschallt werden. s2(r) hat den Wert 0 auf der Achse, d. h. es liefert nur die Echos von Reflektoren im Bereich der Seitenmaxima.



   Für die Amplitude des Echosignals des ersten Impulses, der ohne Phasenschub gesendet und empfangen wurde, erhält man
EMI2.3     
   Subtrahiert man nun Gleichung (3), d.h. die Echos von    Reflektoren in den Seitenmaxima von Gleichung 4, d. h. von den Echos von Reflektoren auf der Achse plus den Echos von Reflektoren in den Seitenmaxima, so erhält man
EMI2.4     
  
Die Amplitude   stO,(r)    des resultierenden Signals ist in Fig. 4 zusammen mit   sO(r)    dargestellt. Man sieht, dass die Seitenmaxima vom   s",t(r)    wesentlich schneller abfallen als die Seitenmaxima von   sO(r).   



   Wie aus   Fig. 4    ersichtlich, hat die so erhaltene Punktantwort noch immer gewisse Seitenmaxima. Die Punktantwort kann verbessert werden, wenn man noch zusätzliche Impulse sendet, bei denen jedes Element mit einer Phase   k < P schwingt,    beim Empfang mit dem Phasenfaktor   e-'k      tt    multipliziert, die erhaltenen Signale mit einem Faktor Ck multipliziert und addiert oder subtrahiert. Hierbei ist k eine ganze Zahl. Man erhält dann als totales Signal
EMI3.1     
 wobei   Jk    die Besselfunktion k-ter Ordnung bedeutet.



   Neben der beschriebenen Ausführungsform, mit der die Phasenverschiebung der einzelnen Bündel des Ultraschallfeldes elektronisch hergestellt wird, eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auch eine Vorrichtung, bei der für (a) das Senden und Empfangen des Ultraschallimpulses ohne Phasenverschiebung, für   (h)    das Senden des Ultraschallimpulses, bei dem die einzelnen Teilbündel eine Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen und für (c) das Empfangen der Reflexionen dieses Ultraschallimpulses, bei dem die einzelnen Bündel des Ultraschallfeldes eine Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen, mit drei verschiedenen, voneinander unabhängigen, ringförmigen Ultraschallwandlern vorgenommen wird.

  Bei dieser Ausführungsform ist ein geringerer Schaltungsaufwand, dafür aber ein grösserer Aufwand zur Herstellung des bzw. der Ultraschallwandler erforderlich. In Fig. 5 ist eine solche Vorrichtung schematisch dargestellt. Es sind drei ringförmige Ultraschallwandler 63, 64 und 65 vorgesehen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der mittlere Wandler 63 dient zum Senden und Empfangen der Ultraschallwellen ohne Phasenverschiebung und ist über den Kontakt I eines Schalters 66 mit einem Sender 67 und über den Kontakt I eines Schalters 68 mit einem Verstärker 69 verbunden. An den Ausgang des Verstärkers 69 ist eine Gleich   richterschaltung    69a und an diese ein Schalter 70 angeschlossen, dessen Kontakt I mit einer Verzögerungsleitung 71 verbunden ist.

  Der Ausgang dieser Verzögerungsleitung 71 führt zu einer Subtraktionsschaltung 72, an deren Ausgang ein Kathodenstrahloszillograph 73 angeschlossen ist.



   Der Wandler 64 dient zum Senden eines Ultraschallbündels mit ringförmiger Querschnittsfläche deren Phase sich proportional zum Winkel   °    ändert. Zu diesem Zweck ist der Wandler auf eine schrauben- oder wendelförmige Erhöhung montiert, deren Ganghöhe so gewählt wird, dass die gewünschte Phasenverschiebung erzielt wird. Der Wandler 64 ist mit dem Kontakt II des Schalters 66 verbunden.



   Der Wandler 65 dient zum Empfang von Reflexionen des vom Wandler 64 gesendeten Ultraschallfeldes. Da durch diesen Wandler den empfangenen Signalen eine der Phasenverschiebung des gesendeten Signals betragsmässig gleiche Phasenverschiebung, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, vermittel werden soll, ist der piezoelektrische Schwinger auf eine schrauben- bzw. wendelförmige Vertiefung der gleichen Ganghöhe wie beim Sendewandler 64 montiert. Der Wandler 65 ist mit dem Kontakt II des Schalters 68 verbunden. Der Schalter 70 weist einen Kontakt II auf, der direkt zu einem Eingang der Subtraktionsschaltung 72 führt.



   In Betrieb befinden sich für einen ersten Impuls alle Schalter 66, 68 und 70 in der Stellung I. Ein erster Impuls gelangt vom Sender 67 zum Ultraschallwandler 63, wodurch dieser eine Ultraschallwelle aussendet, die über die gesamte Querschnittsfläche in Phase ist. Von einem Reflektor zurückgestrahlte Echos werden wiederum mit dem Wandler 63 empfangen und über den Schalter 68 dem Verstärker 69, die Gleichrichterschaltung 69a und den Schalter 70 der Verzögerungsleitung 71 zugeführt. Anschliessend werden alle Schalter in die Stellung II umgeschaltet. Ein zweiter Impuls des Senders 67 gelangt zum Wandler 64, der eine Ultraschallwelle aussendet, deren Phase in der Querschnittsfläche proportional zum Winkel   °    ist.

  Die von einem Reflektor zurückgestrahlten Ultraschallwellen werden vom Ultraschallwandler 65 empfangen und dabei mit einer Phasenverschiebung, die der beim Senden entgegengesetzt ist, versehen. Die vom Wandler 65 abgegebenen elektrischen Signale werden über den Schalter 68, den Verstärker 69 die Gleichrichterschaltung 69a und den Schalter 70 der Subtraktionsschaltung 72 zugeführt. Gleichzeitig mit diesem Signal kommt das verzögerte Empfangssignal vom ersten Impuls in der Subtraktionsschaltung 72 an. Hier werden die beiden Signale voneinander subtrahiert und das Resultat wird auf dem Kathodenstrahloszillographen sichtbar gemacht. Man erhält das gleiche Ergebnis wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.



   Eine andere Möglichkeit, eine kontinuierlich vom Winkel abhängige Phasenverschiebung beim Sendewandler 64 und beim Empfangswandler 65 zu realisieren, besteht darin, dass man vor diese Wandler Ringe aus einem geeigneten Material, z. B. Acrylglas, montiert, deren Dicke als Funktion des Winkels   4 >     variiert.



   Eine andere Lösung mit einer sich stufenförmig ändernden Phase ist die, dass die Wandler aus einzelnen Sektoren bestehen und stufenweise in der Tiefe gegeneinander versetzt sind. Eine andere Variante besteht darin, die Wandler in Sektoren aufzuteilen und in den elektrischen Zuleitungen Phasendrehglieder fest einzubauen.



   Die anhand der Fig. 3 beschriebene Empfangsschaltung stellt insofern ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel dar, als sie einfache Gleichrichtungsschaltungen zur Gleichrichtung der Echosignale enthält. Diese vereinfachte Schaltung gibt bei der Untersuchung einfacher Objekte brauchbare Ergebnisse. Für die Untersuchung komplizierter Strukturen ist es häufig vorteilhaft, anstelle der einfachen Gleichrichtung eine phasenrichtige Gleichrichtung vorzusehen. Eine entsprechend modifizierte Empfangsschaltung für den 12-teiligen Ultraschallwandler ist in Figur 6 gezeigt. Der Ausgang der Addierschaltung 62 ist mit den Eingängen von 2 Multiplizierschaltungen 74 und 77 verbunden, an deren zweiten Eingängen die Signale   coswt    und sinwt anliegen.

  Der Ausgang der Multiplizierschaltung 74 ist über einen Tiefpass 75 mit einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 76, der Ausgang der Multiplizierschaltung 77 über einen Tiefpass 78 mit einer Subtraktionsschaltung 79 verbunden. Die beiden Tiefpässe dienen zur Eliminierung des Frequenzanteils um die Sendefrequenz. In entsprechender Weise ist der Ausgang der Addierschaltung 53 mit den Eingängen zweier Multiplizierschaltungen 80 und 83 verbunden, an deren zweiten Eingängen wiederum die Signale coswt und sinwt anliegen. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 80 ist über einen Tiefpass 81 und eine Verzögerungsschaltung 82 mit dem zweiten Eingang der
Subtraktionsschaltung 76 verbunden, während der Ausgang der Multiplizierschaltung 83 über einen Tiefpass 84 und eine Verzögerungsschaltung 85 mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung 79 verbunden ist. 

  Die Ausgänge der beiden Subtraktionsschaltungen 76 und 79 sind mit je einem Eingang einer Rechenschaltung verbunden, die die Wurzel aus der Quadratsumme der beiden subtrahierten Signale bildet.



  Der Ausgang der Rechenschaltung 86 ist mit dem Kathodenstrahl-Oszillographen 56 verbunden.  



   Eine andere Möglichkeit für eine Empfangsschaltung mit phasenrichtiger Gleichrichtung für den 12-teiligen Ultraschallwandler ist in Figur 7 gezeigt. Der Ausgang der Addierschaltung 62 ist mit einer Multiplizierschaltung 88 verbunden, an deren zweiten Eingang über einen Schalter 87 wahlweise das Signal coswt oder sinwt angelegt werden kann. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 88 ist über einen Tiefpass mit einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 90 verbunden. In entsprechender Weise ist der Ausgang der Addierschaltung 53 mit einem Eingang eines Multiplizierers 92 verbunden, an dessen zweiten Eingang über einen Schalter 91 wahlweise das Signal   cosa > t    oder sinwt angelegt werden kann. Der Ausgang des Multiplizierers 92 ist über einen Tiefpass 93 und eine Verzögerungsschaltung 94 mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung 90 verbunden. 

  Bei dieser Alternative bleiben die beiden Schalter 87 und 91 während zwei Pulsen in einer Schaltposition A und hierauf während zwei weiteren Pulsen in der zweiten Schaltposition B. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 90 ist über eine Gleichrichterschaltung 75 mit dem Kathodenstrahl-Oszillographen 56 verbunden. Auf dem Kathodenstrahl-Oszillographen 56 wird mit dieser Empfangsschaltung die Summe aus den Absolutwerten der beiden aus dem ersten Impulspaar und dem zweiten Impulspaar gewonnenen addierten Signale dargestellt, die ungefähr der Wurzel aus der Quadratsumme gleich ist. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Vorrichtung zum Echoloten mittels eines konvergenten Ultraschallbündels mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt, wobei Massnahmen getroffen sind, um die Echos von Reflektoren, die ausserhalb des Konzentrationsbereiches des Ultraschallbündels liegen, zu verringern, gekennzeichnet durch: - einen im wesentlichen ringförmigen Ultraschallwandler (20), der aus mehreren gleichgrossen segmentförmigen Wandlerelementen (1-12) zusammengesetzt ist, deren Abstrahlungsflächen zur Ringachse hin geneigt sind, - eine elektrische Signalquelle (25) zur Erregung des Ultraschallwandlers, - einen Phasenschieber (39),
    der mehrere Ausgänge mit verschiedener Phase aufweist, - eine Gruppe von ersten Schaltern (32-37) zum wahlweisen Einschalten des Phasenschiebers zwischen die Signalquelle und die Wandlerelemente, - eine in einer Schalterstellung einer simultan mit den ersten Schaltern (32-37) betätigbaren Gruppe von zweiten Schaltern (47-52) mit den Wandlerelementen verbundene Additionsschaltung (53), - eine über eine Gleichrichterschaltung (53a) an diese angeschlossene Verzögerungsschaltung (54), - eine zweite in der anderen Schalterstellung über Phasendrehglieder (57-61) mit den Wandlerelementen verbundene Additionsschaltung (62), - Mittel (62a) zur phasenrichtigen Gleichrichtung, - eine mit dem Ausgang der Mittel zur phasenrichtigen Gleichrichtung und der Verzögerungsschaltung verbundene Subtraktionsschaltung und - eine Anzeigeeinheit (56).
    UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (39) zur Ansteuerung ausgewählter Wandlerelemente mit gegeneinander phasenverschobenen Signalen aus einer in gleichmässigen Abständen angezapften Verzögerungsleitung besteht.
    2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter zwecks gemeinsamer Umschaltung so gekoppelt sind, dass die direkte Verbindung vom Generator zu den Wandlerelementen gleichzeitig mit der Verbindung von den Wandlerelementen zur ersten Additionsschaltung und die Verbindung über den Phasenschieber gleichzeitig mit der Verbindung über die Phasendrehglieder zur zweiten Additionsschaltung besteht.
    3. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler aus zwölf gleichgrossen Wandlerelementen (1-12) besteht, von denen jeweils zwei über die erste Gruppe von Schaltern mit jeweils einem Ausgang des Phasenschiebers und über die zweite Gruppe von Schaltern mit jeweils einem Phasendrehglied verbindbar sind.
    4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge des Phasenschiebers jeweils 60 Phasendifferenz gegeneinander aufweisen und die Phasendrehglieder die gleiche Phasenverschiebung mit umgekehrten Vorzeichen vermitteln.
    5. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur phasenrichtigen Gleichrichtung Multiplizierer zur Multiplikation der addierten Signale mit cos wt und sin cot, Tiefpässe zur Eliminierung der Frequenzen um die Sendefrequenz und eine Rechenschaltung zur Bildung der Wurzel aus der Quadratsumme enthalten.
    6. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur phasenrichtigen Gleichrichtung Multiplizierer zur Multiplikation der addierten Signale mit cos a > t und sin wt, Tiefpässe und einen Gleichrichter enthalten.
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