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Die Erfindung betrifft ein Taucher-Hilfssystem nach Anspruch 1.
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Beim Tauchsport gilt die allgemeine Regel, dass man nie alleine, sondern immer mit einem Partner (Buddy) tauchen sollte. Die beiden Tauchpartner haben die Aufgabe, sich im Falle eines Notfalles gegenseitig zu helfen, da auch ein kleinerer Zwischenfall bei entsprechenden Tauchtiefen schnell lebensgefährliche oder gar tödliche Folgen haben kann. Damit die beiden Tauchpartner die Aufgabe der gegenseitigen Hilfeleistung erfüllen können, ist es notwendig, dass der Abstand der beiden Tauchpartner eine bestimmte Distanz nicht überschreitet.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Taucher-Hilfssystem zur Verfügung zu stellen, welches Tauchern dabei hilft, eine vorgegebene oder vorgebbare Distanz zu ihrem Tauchpartner nicht zu überschreiten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Taucher-Hilfssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Taucher-Hilfssystem basiert auf der Laufzeitmessung von Signalen, vorzugsweise von Schallwellen. Das erfindungsgemäße Taucher-Hilfssystem weist wenigstens zwei portable Einheiten auf, wobei jede dieser Einheiten von einem Taucher getragen werden kann. Zur Messung der Distanz von einer ersten Einheit zu einer zweiten Einheit sendet die erste Einheit ein erstes Signal aus, welches von der zweiten Einheit empfangen wird. Nach Empfangen dieses ersten Signals sendet die zweite Einheit ein zweites Signal aus, welches von der ersten Einheit empfangen wird. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Senden des ersten Signals und dem Empfangen des zweiten Signals lässt sich bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale (dies ist in der Regel die Schallgeschwindigkeit im Wasser) und bekannter Verarbeitungszeit der zweiten Einheit der Abstand der beiden Einheiten – und somit der beiden Taucher – berechnen. Diese Berechnung wird durch eine Auswerte- und Ausgabeeinheit erledigt, welche bedarfsweise und/oder dauerhaft eine Information ausgibt. Diese Information kann ein Abstandswert auf einem Display und/oder ein Warnsignal, beispielsweise in Form eines Vibrationsalarmes sein.
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Vorzugsweise nach Anspruch 2 sind erste und zweite Signale voneinander unterscheidbar, so dass zwischen zurückgesendeten Signalen und reflektierten eigenen Signalen unterschieden werden kann.
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Weiter vorzugsweise nach Anspruch 3 sind beide Einheiten derart symmetrisch zueinander aufgebaut, dass jede Einheit den Abstand von der jeweils anderen Einheit bestimmen kann.
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Weiter vorzugsweise weisen beide Einheiten jeweils ein Kommunikationsmodul, beispielsweise in Form eines Bluetooth-Moduls auf, mit denen die beiden Einheiten zu Beginn eines Tauchgangs aufeinander abstimmt werden können.
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Das erfindungsgemäße Taucher-Hilfssystem kann vollautomatisch arbeiten, so dass die Taucher keine Aufmerksamkeit darauf verwenden müssen.
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Eine portable Einheit zur Verwendung in einem solchen Taucher-Hilfssystem ist in Anspruch 8 angegeben.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein zwei portable Einheiten aufweisendes Taucher-Hilfssystem in einer stark schematisierten Darstellung,
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2 das Taucher-Hilfssystem aus 1 in einem ersten Betriebszustand und
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3–5 das Taucher-Hilfssystem aus 1 bei einem Zyklus eines Signalaustauschs unter Wasser.
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Mit Bezug auf die 1 werden zunächst die Bestandteile eines Taucher-Hilfssystems erläutert. Die erste portable Einheit 10 weist eine erste Sendeeinheit 12 mit einer ersten Sendeantenne 12a, eine erste Empfangseinheit 14 mit einer ersten Empfangsantenne 14a, eine erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 und ein erstes Kommunikationsmodul 18, beispielsweise in Form eines Bluetooth-Modules auf. Die erste Sendeeinheit 12 ist hierbei derart mit der ersten Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 verbunden, dass sie von dieser angesteuert werden kann. Die erste Empfangseinheit 14 ist derart mit der ersten Auswerte- und Ausgabeeinheit verbunden, dass die erste Auswerte- und Ausgabeeinheit Signale von der ersten Empfangseinheit 14 empfangen kann. Erstes Kommunikationsmodul 18 und erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 sind bi-direktional miteinander verbunden. Die erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 besteht vorzugsweise aus einem ersten Mikrocontroller 16a und einem ersten Display 16b sowie einem ersten Vibrator 16c. Alternativ oder zusätzlich zum Display und zum Vibrator könnten auch andere Signalerzeugungsgeräte, wie insbesondere ein Tongenerator oder eine Warnlampe vorgesehen sein.
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Die zweite portable Einheit 20 ist identisch zur ersten portablen Einheit 10 aufgebaut, nämlich mit einer zweiten Sendeeinheit 22 mit einer zweiten Sendeantenne 22a, einer zweiten Empfangseinheit 24 mit einer zweiten Empfangsantenne 24a, einer zweiten Auswerte- und Ausgabeeinheit 26 mit einem zweiten Mikrocontroller 26a, einem zweiten Display 26b und einem zweiten Vibrator 26c, sowie einem zweiten Kommunikationsmodul 28.
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Im beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel dienen die Sendeeinheiten und die Empfangseinheiten zum Senden und Empfangen von Schallwellen, insbesondere zum Senden von Ultraschall- oder Infraschallwellen, welche vom Menschen nicht gehört werden können. Das System würde jedoch auch mit hörbaren Schallwellen funktionieren. Somit sind die Sendeantennen Schallerzeuger und die Empfangsantennen Schallempfänger, also Mikrophone. Die Verwendung von anderen Signalträgern, insbesondere von elektromagnetischen Wellen, wäre grundsätzlich auch möglich, Schallwellen sind jedoch am besten geeignet. In den Mikrocontrollern 16a, 26a sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel verschiedene Signalmodulationen, beispielsweise nach Art von Morsesignalen, in einer elektronischen Liste hinterlegt. Das Zusammenwirken der einzelnen Bestandteile und somit das Funktionieren des gesamten Taucher-Hilfssystems wird nun mit Bezug auf die 2–5 näher erläutert.
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Die 1 zeigt einen Initialisierungszustand. Werden zwei Geräte, welche sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, eingeschaltet, so können die beiden Kommunikationsmodule 18, 28 miteinander kommunizieren und ein sogenanntes „Handshake” der beiden portablen Einheiten 10, 20 durchführen, so dass sich diese beiden Einheiten 10, 20, solange sie eingeschaltet bleiben, als zueinander gehörend erkennen. Hierzu tauschen die beiden portablen Einheiten 10, 20 über ihre Kommunikationsmodule 18, 28 Informationen darüber aus, wie die Signale, welche zur Abstandsmessung dienen, kodiert sind. Hierfür kann beispielsweise die Einheit mit der niedrigeren Gerätenummer, welche auf dem ersten Mikrocontroller hinterlegt sein kann, seine Signalkodierung vorgeben und die andere Einheit wählt aus einer Liste eine beliebige andere Signalkodierung. Nachdem der Handshake abgeschlossen ist, ist das aus den beiden portablen Einheiten 10, 20 bestehenden Taucher-Hilfssystem einsatzbereit. Der eigentliche Betrieb des Taucher-Hilfssystems wird nun mit Bezug auf die 3 bis 5 erläutert:
Eine der beiden portablen Einheiten, gezeigt ist hier die erste portable Einheit 10, beginnt mit dem Senden eines ersten Signals mittels der ersten Sendeeinheit 12, welche hierzu entsprechend durch die erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 angesteuert wird. Welche der beiden Einheiten mit dem Senden beginnt, kann ebenfalls durch das oben erläuterte Handshake-Verfahren zwischen den beiden portablen Einheiten 10, 20 vereinbart werden. Das erste Signal hat eine bestimmte Kennung in Form einer Amplitudenmodulation, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Pulse zeigt (3). Zu dem Zeitpunkt, zu dem die erste Sendeeinheit 12 ihr erstes Signal sendet, beginnt die erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 mit einer Zeitmessung. Nach einer entsprechenden Propagation der Schallwelle wird das erste Signal von der zweiten Empfangseinheit 24 der zweiten portablen Einheit 20 empfangen und die zweite Empfangseinheit 24 sendet ein der empfangenen Schallwelle entsprechendes elektrisches Signal an die zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit 26. Diese prüft, ob es sich um das im Handshake-Verfahren vereinbarte erste Signal (hier zwei Impulse) handelt. Handelt es sich beim empfangenen Signal um das vereinbarte erste Signal, so steuert die zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit 26 die zweite Sendeeinheit 22 an, welche ein zweites Signal, welches vom ersten Signal unterscheidbar ist, aussendet. Im vorliegenden dargelegten Ausführungsbeispiel hat das zweite Signal drei Pulse (4). Empfängt hingegen die zweite Sendeeinheit 22 ein Signal, welches nicht dem im Handshake-Verfahren vereinbarten ersten Signal entspricht, so ignoriert die zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit 26 dieses Signal. Die Prüfung, ob es sich beim empfangenen Signal um das vereinbarte erste Signal handelt oder nicht, bildet ein elektronisches Unterscheidungsmittel.
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Die zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit 26 beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Signal durch die zweite Sendeeinheit 22 gesendet wird, ebenfalls eine Zeitmessung. Das zweite Signal propagiert durchs Wasser und erreicht die erste Empfangseinheit 14, welche daraufhin ein entsprechendes Signal an die erste Auswerte- und Ausgabeeinheit 16 generiert. Diese prüft zunächst, ob es sich bei dem empfangendem Signal um das erwartete zweite Signal – hier drei Pulse – handelt. Handelt es sich um ein anderes Signal, so wird es ignoriert, handelt es sich um das erwartete Signal so geschieht zweierlei: Zum einen wird die Zeitmessung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Anfangs- und Endpunkt der Zeitmessung bestimmt. Zum anderen wird die erste Sendeeinheit 12 angesteuert, welche wieder ein erstes Signal erzeugt. Wird dieses weitere erste Signal durch die zweite Empfangseinheit 24 empfangen und durch die zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit 26 als „richtiges” Signal erkannt, so wird auch die hier laufende Zeitmessung gestoppt und die vergangene Zeit bestimmt und es wird erneut ein zweites Signal ausgesendet, welches dann wieder von der ersten Empfangseinheit 14 empfangen wird und so weiter, bis der Tauchgang beendet ist.
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Aus der gemessenen Zeit, welche vom Senden des eigenen Signals bis zum Empfangen des Rücksignals (also des Signals der jeweils anderen portablen Einheit) vergeht, lässt sich der Abstand d der beiden portablen Einheiten 10, 20 wie folgt berechnen:
, wobei
- d
- die zu bestimmende Distanz zwischen den beiden portablen Einheiten,
- v
- die Schallgeschwindigkeit in Wasser,
- tgem
- die gemessene Zeitdauer zwischen Senden des eigenen Signals und Empfangen des Rücksignals der anderen portablen Einheit und
- tverz
- die Verarbeitungszeit in der anderen portablen Einheit, welche zwischen Empfang des Signals der jeweils anderen portablen Einheit und Senden des jeweils eigenen Signals vergeht,
ist.
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Diese Berechnung wird von den Mikrocontrollern automatisch durchgeführt. Der ermittelte Wert von d kann fortlaufend auf dem Display 16b angezeigt werden, weiterhin ist es sinnvoll, dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Abstandswertes ein Alarmsignal erzeugt wird, beispielsweise dadurch, dass der Vibrator 16c, 26c betätigt wird.
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Es ist klar, dass erste und zweite Signale zeitlich begrenzt und vorzugsweise klein gegen eine typische Laufzeit sein müssen.
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Das eben beschriebene System arbeitet synchronisiert, das heißt, jede portable Einheit sendet immer dann ein Signal aus, wenn es von der anderen portablen Einheit ein Signal erhalten hat. Jedes ausgesendete Signal hat während des laufenden Betriebs hierbei eine Doppelfunktion: Das Aussenden des Signals dient dem Start der eigenen Zeitmessung und das Ankommen des Signals dient dem Stopp der Zeitmessung der anderen portablen Einheit. Eine solche Art der Synchronisation ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend: Es wäre auch möglich, dass jede portable Einheit in einem bestimmten Rhythmus ein Signal (erstes Signal oder Hin-Signal) aussendet, auf welches die jeweils andere portable Einheit antwortet (zweites Signal oder Antwort-Signal), wobei dieses Antwortsignal nicht die eigene Zeitmessung startet. In diesem Fall gibt es vorzugsweise vier unterscheidbare Signalmodulationen: Jeweils eine für jedes Hin-Signal und für jedes Antwort-Signal).
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Soll auf Kommunikations-Module verzichtet werden, so ist es auch möglich, zwei portable Einheiten fest aufeinander einzustellen.
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Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass nur ein Signaltyp verwendet wird. Dies hätte jedoch folgende Nachteile: Zum einen wäre es schwierig, reflektierte von zurückgesendeten Signalen zu unterscheiden, zum anderen könnten sich Systeme von in der Nähe tauchenden Tauchpartnern gegenseitig stören.
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Das System arbeitet vollautomatisch, die beiden Taucher brauchen sich nicht darum zu kümmern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste portable Einheit
- 12
- erste Sendeeinheit
- 12a
- erste Sendeantenne
- 14
- erste Empfangseinheit
- 14a
- erste Empfangsantenne
- 16
- erste Auswerte- und Ausgabeeinheit
- 16a
- erster Mikrocontroller
- 16b
- erstes Display
- 16c
- erster Vibrator
- 18
- erstes Kommunikationsmodul
- 20
- zweites portable Einheit
- 22
- zweite Sendeeinheit
- 22a
- zweite Sendeantenne
- 24
- zweite Empfangseinheit
- 24a
- zweite Empfangsantenne
- 26
- zweite Auswerte- und Ausgabeeinheit
- 26a
- zweiter Mikrocontroller
- 26b
- zweites Display
- 26c
- zweites Vibrator
- 28
- zweites Kommunikationsmodul
