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Verfahren zum Untersuchen von unter Wasser befindlichen Erdschichten
Zur Untersuchung von tiefgelegenen Erdschichten, insbesondere zum Auffinden von
Bodenschätzen wie Erdöl und dergleichen, werden unter anderem auch seismische Methoden
angewendet. Häufig ergibt sich die Notwendigkeit, insbesondere die Tiefe und Neigung
X on festen Erdschichten zu untersuchen, die sich unter einer von Flüssigkeit bedeckten
Fläche befinden. Dieser Fall liegt z. 13. vor, wenn der Untergrund von Seen oder
Leeren untersucht werden soll. Die normalen. auf dem festen Land verwendeten Untersucbungsmethoden
lassen sich nicht ohne weiteres zur Untersuchung und Messung des Meeresbodens anwenden,
weil einerseits die Meßergebnisse zu ungenau und andererseits die Kosten zu hoch
werden.
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Es ist bekannt, von Schiffen aus akustische Impulse auf den Meeresboden
zu senden und mit Hilfe der reflektierten Wellen die Struktur des Meeresbodens festzustellen.
Für diese Zwecke der Navigationshilfe wird eine Impulsfrequenz von etwa 12 000 bis
60 000 Hz gewählt. Die Wiederholungsfrequenz ist hierbei relativ niedrig, damit
die empfangenen Echoimpulse innerhalb geringer Zeitintervalle zum Empfänger zurückkehren
und damit die Reflexmessung gestatten. Die relativ hohen Frequenzen werden vorwiegend
an der Oberfläche des Meeresbodens reflektiert und dringen nicht in denselben ein.
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Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung wesentlich niedrigerer Impulsfrequenzen
die akustischen Wellen in den Erdboden tief eindringen und daß hiermit die Alöglichkeit
der Untersuchung des Untergrundes von Seen, Meeren usw. gegeben ist. Es kann hiermit
die Schichtdicke, ihre Lage sowie die Dichte gegenüber den benachbarten Erdschichten
festgestellt werden. Man hat dieses Verfahren auch mit Vorteil in der Fischerei
angewendet und z. B. Austernbänke oder Schwärme von Fischen damit festgestellt.
Darüberhinaus ist es möglich, die Eigenschaften von unter Wasser gelegenen Erdschichten
zu erforschen und geologische Schlüsse auf Bodenschätze zu machen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Untersuchen der
Tiefe und Neigung von unter Wasser befindlichen festen Erdschichten mit Hilfe von
im Wasser erzeugten und nach unten in Richtung auf die zu untersuchenden Flächen
gerichteten Druckimpulsen.
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Erfindungsgemäß wirken die Druckimpulse in perioditscherWiederhotlutng
von etwa 20 Impulsen pro Sekunde unmittelbar auf eine teilweise eingeschlossene
\Vassermenge und werden mittels der teilweise eingeschlossenen Wassermenge dem unterhalb
dieser Wassermenge befindlichen Wasser und somit auch dem darunterliegenden Erdboden
mitgeteilt, und die in den Erdboden eingedrungene und an den unterirdischen Schichtgrenzen
reflektierte Energie wird aufgenommen, gemessen und aufgezeichnet. Vorteilhaft haben
die Impulse die Form von Schwingungen von einer Frequenz vqn etwa 5000 Hertz und
großer Amplitude.
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Es sei bemerkt, daß die Frequenz der Druckimpulse nach oben und unten
von der angegebenen Zahl von 20 Hz abweichen kann. Ferner wurde gefunden, daß bei
einer Leistung von 1000 kW für die Druckimpulse die seismische Energie ausreicht,
um mehrere hundert bis tausend Meter in die festen Erdschichten unter dem Meeresboden
einzudringen. Die reflektierte Welle wird fortlaufend aufgenommen und in elektrische
Zeichen umgewandelt. Neben der Tiefenbestimmung erhält man auch eine Anzeige ihres
Neigungswinkels.
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Ferner werden Dichteunterschiede gegenüber den benachbarten Schichten
angezeigt.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, Salzdome, die auf das
Vorkommen von Erdöl schließen lassen, unterhalb des Meeresbodens festzustellen und
die Empfindlichkeit reicht soweit, daß diese Salzdome noch in Tiefen von mehreren
tausend Metern unter dem Meeresboden nachweisbar sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem offenen
zylindrischen Gehäuse ein magnetostriktiver Zylinder mit einem negativen magnetostriktiven
Koeffizienten vorgesehen. Der Zylinder ist auf der Außenseite mit einem schalldämpfenden
Material umgeben. Um den Magnetostriktionssender ist
ein kegelförmiger
Reflektor angeordnet, dessen Achse mit der Achse des Senders übereinstimmt. Der
Reflektor ist akustisch an das Wasser angepaßt, so daß beim Erregen des magnetostriktiven
Elementes ein einzelner Impuls erzeugt wird.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zum Aufzeichnen der erzeugten und empfangenen Zeichen in zeitlicher Folge. Der .Rufzeichner
ist in Tiefeneinheiten geeicht und die Eigenart der empfangenen Zeichen wird festgestellt
Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird diese nunmehr an Hand der Zeichnung
im einzelnen naher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine akustische Untersuchungsschaltung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Aufzeichnung von reflektierten Wellen durch eine
Kathodenstrahlröhre.
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Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Umsetzers nach Fig. 1.
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Fig. 4 ist ein Schnitt des Umsetzers längs der Linie 4-4 der Fig.
3.
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Fig. 5 zeigt einen akustischen Ausgangs impuls der Schaltung nach
den Fig. 1, 3 und 4.
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Fig. 6 stellt die Schaltung eines Impulserzeugers dar.
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Fig. 7 zeigt im Querschnitt einenKristall-Umsetzer.
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Fig. 8 stellt die Schaltung eines Impulserzeugers für den Umsetzer
nach Fig. 7 dar.
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Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des LTmsetzers.
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Fig. 10 stellt im einzelnen die Schaltung des Empfängers 20 der Fig.
1 dar.
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Fig. 11 zeigt im Grundriß die Spannungen, die durch die Schaltung
nach Fig. 1 erzeugt werden.
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Fig. 12 stellt die Schaltung eines elektronisch gesteuerten Systems
dar.
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Die in Fig. 1 abgebildete, akustischeUntersuchungseinrichtung ist
in ein Schiff oder eine Schleppanordnung 10 eingebaut, wie in der Zeichnung angedeutet.
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Die Anordnung enthält den Sender 11 und den Empfänger 12, die in das
Wasser getaucht sind. Der Sender 11 wird von einer Stromquelle, wie z. B. einem
Impulserzeuger 13, gespeist, der scharf geformte, elektrische Impulse liefert. Die
elektrischen Impulse werden durch den Sender 11 in seismische Impulse umgewandelt,
die in das Wasser, das über den Schichten 14, 15 und 16 liegt, gesendet werden.
Diese Impulse laufen z. B. über die Wege 17 zu der unter Wasser befindlichen Fläche
und dringen auch in den Boden ein und werden an den Grenzflächen zwischen den Schichten
14 bis 16 und darunter reflektiert. Die reilektierte Welle läuft dann zurück und
wird von einer Empfangsvorrichtung 12 aufgenommen, die sie wieder in elektrische
Zeichen umsetzt. Die so erzeugten elektrischen Zeichen werden dem Empfänger 20 zugeführt,
dessen Ausgang über die Kopplungswiderstände 21 und 22 an die Regelschaltung 30
angeschlossen ist.
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Der Sender 11 und die Regelschaltung 30 sprechen auf Zeitzeichen
an, die von der Nockenscheibenanordnung 31 a des Registriergerätes 31 erzeugt werden.
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Die Nockenscheibenanordnung enthält zwei einstufige Nockenscheiben
32 und 33 und eine vielzahnige Nokkenscheibe 34, die auf einer gemeinsamen Achse
35 sitzen, die mit einer mit einer Spirale 48 versehenen Walze 36 gekoppelt ist
und von der Achse 37 des Motors 38 angetrieben wird. Die Geschwindigkeit des Rotors
38 wird sorgfältig geregelt, so daß sich die Ävale 36 und somit die Nockenscheiben
32 und U3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, z. 13.
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720 Umrd./Min., drehen. Hierdurch entstehen bei-
spielsweise zwölf
Impulse in der Sekunde in den Spulen 40 und 41. Die Nockenscheibe34 ist mit 20 Zähnen
oder Windungen versehen, so daß in der Spule42 ein 240 Hertz-Zeichen erzeugt wird.
Die Spulen 40 bis 42 sind auf Permanentmagnet-Kernen angebracht, die an den den
zugehörigen Nockenscheiben 32 bis 34 benachbarten Stellen enden. Die Änderungen
im Widerstand der magnetischen Fluß-Wege lassen Spannungen in den Spulen 40 bis
42 induzieren.
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Durch diese so erzeugten Spannungen wird der Sender 11 zwölfmal in
der Sekunde erregt, und von den Grenzflächen unter Wasser werden Zeichen reflektiert
und gelangen nach Umformung in elektrische Zeichen zum Empfänger 20, von wo sie
einer Kathodenstrahlröhre 45 zugeführt werden, damit sie im einzelnen sichtbar betrachtet
und aufgezeichnet werden. Die Zeichen vom Empfänger 20 werden auch über den Kanal
46 zu einer Schneidenelektrode 47 geführt, die parallel zu und neben der Spiralwalze
36 liegt.
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Die auf dem Kanal 46 auftretende Ausgangsspannung des Empfängers 20
ist derart, daß sie einen Strom über das elektrisch empfindliche Aufzeichnungspapier
nießen läßt, das zwischen die Schneide der Elektrode 47 und die erhabene Spirale
48 auf dem Umfang der Walze 36 gezogen wird. Die in den Spulen 40 bis 42 induzierten
Spannungen treten synchron mit der Drehung der Walze 36 auf, so daß, wenn die obere
Kante der Spirale 48 mit dem oberen Ende der Elektrode 47 übereinstimmt, in diesem
Augenblick der Sender 11 einen akustischen Impuls erzeugt. Da sich die Walze 36
mit konstanter Geschwindigkeit dreht, ist die fortschreitende Bewegung der Spirale48
abwärts längs der Schneide der Elektrode 47 proportional der Zeit, und somit bewegt
sich die Stromübergangsstelle längs der Elektrode 47 zwischen der Elektrode und
der Spirale 48 fortschreitend längs einer Zeitskala, proportional dem zeitlichen
Verlauf, der der Erzeugung eines akustischen Impulses durch den Sender 11 folgt.
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Der elektrisch empfindliche Papierstreifen 50 wird mit konstanter
Geschwindigkeit von einer Vorratsrolle 51 über die Vorschubrollen 52 und 53 zur
Aufnahmerolle 54 gefördert. Wenn sich das Schiff 10 mit konstanter Geschwindigkeit
durch das Wasser bewegt, ist die Länge des Streifens 50 proportional der Entfernung.
Somit kann auf dem Streifen eine zeitliche Aufnahme der akustischen Energie erfolgen,
die von der oberen Schicht 14 wie auch von den Grenzflächen zwischen den unter Wasser
befindlichen Schichten 14 bis 16 reflektiert werden.
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Durch die Darstellung der akustischen Untersuchungsdaten auf dem
Streifen 50 werden wertvolle Angaben bezüglich der Tiefe und der Lage der unter
Wasser liegenden Formationen geliefert. Die Eindringtiefe der akustischen Energie
hängt natürlich von der vom Impulserzeuger 13 an den Sender 11 gegebenen Energie
und von dem elektromechanischen Wirkungsgrad des Senders ab. Reflektierte Wellen
aus einer Tiefe von 100 m und darüber können mit der später im einzelnen beschriebenen
Anordnung erfaßt werden. Die so gewonnenen Aufzeichnungen zeigen klar die Struktur
der unter Wasser liegenden Bodenschichten.
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Zusätzlich zu der Darstellung von seismischen Angaben in Form einer
fortlaufenden Aufzeichnung auf dem Streifen 50 ist eine Abbildung auf dem Bildschirm
des Oszillographen 45 vorgesehen, welche die zeitlichen Änderungen der Druckwellen
erkennen läßt, die vom Empfangsumsetzer 12 aufgenommen werden.
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Fig. 2 zeigt im einzelnen das Bild der reflektierten Wellen in zeitlicher
Abhängigkeit auf dem Bildschirm
des Oszillographen 45. Zehn waagerechte
Zeilen treten auf der Fläche des Oszillographen 45 auf, die eine fortlaufende Zeitskala
darstellen. Vorteilhaft entspricht jeder Abschnitt der Zeitskala der Laufzeit eines
akustischen Impulses über eine Wegstrecke von 6 m in der Flüssigkeit. Der Zeitpunkt
60 auf der ersten Zeile entspricht dem Einsatz der Erzeugung eines akustischen Impulses
durch den Sender 11. Der deutlich erkennbare kleine Wellenzug 62 entspricht der
reflektierten Welle von der Oberfläche der Schicht 14. der Wellenzug 63 der reflektierten
Welle von der Grenzfläche zwischen den Schichten 14 und 13, der \Vellenzug 64 der
reflektierten Welle von der Grenzfläche zwischen den Schichten 15 und 16. Der Wellenzug
65 stellt eine Reflexion von einer tiefergelegenen Grenzfläche dar.
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Eine Abbildung der empfangenen Welle, wie sie in Fig. 9 dargestellt
ist. kann in der Praxis zeitweilig verwickelter als diese sein. Dennoch wird die
Ankunftszeit jedes gesonderten Wellenbündels genau aufgezeichnet und somit kann
die Zeit, die erforderlich ist, damit die akustische Welle vom Sender zu jeder reflektierenden
Zwischenfläche und wieder zurückläuft, gemessen werden. Eine sorgfältige Untersuchung
des Charakters der reflektierten Wellen und ihres zeitlichen Verlaufs ermöglicht
ein Bestimmen der Art der reflektierenden Schichten. Hierzu kann der Bildschirm
des Oszillographen 45 periodisch beim Überqueren des zu untersuchenden Untergrundes
durch das Schiff 10 photographiert werden, so daß die Art der Reflexion festgehalten
wird.
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Wie später erläutert wird, ist eine Schaltung zum Erzeugen eines
akustischen Impulses durch den Sender 11, der ohne Resonanzfrequenz arbeitet und
vorzugsweise eine einzelne Periode der Druckschwingung aussendet, vorgesehen, so
daß die Phasen- und Amplitudenbeobachtungen auf dem Oszillographen 45 unmittelbar
dazu verwendet werden können, die Reflexionen festzustellen und diese mit den Abmessungen
und physikalischen Eigenschaften der unter Wasser liegenden Schichten in Beziehung
zu bringen.
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Es ist aber auch möglich, die Anordnung so auszubilden, daß das Registriergerät
31 über die Synchronisiereinrichtung 31 a periodisch die Aufzeichnungskarte 50 abtastet
und bei jedem Abtastumlauf bei Vorhandensein einer Angabe auf der Karte50 über eine
Steuerschaltung 30 (Fig. 1) einen elektrischen Impuls erzeugt, der in Übereinstimmung
mit den am Untergrund reflektierten Wellen in der Kathodenstrahlröhre 45 zur Anzeige
gebracht wird.
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Die bauliche Ausgestaltung des die elektrischenImpulse in seismische
Impulse verwandelnden Umsetzers mit Rücksicht auf seine Umgebung ist von besonderer
Bedeutung, damit die erwähnten Ziele erreicht werden.
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Ein brauchbarer Umsetzer für diese Zwecke ist in den Fig. 3 und 4
dargestellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das Gehäuse 70 des Senders 11 bzw. des Empfängers 12 besteht aus
einer ziemlich kurzen Trommel, die an dem einen Ende durch die Platte 71 abgeschlossen
ist, und deren anderes Ende eine kreisförmige Öffnung 72 aufweist. Ein Kegel 73
ist gegen das Wasser abgedichtet, z. B. an seinen Kanten mit der Endplatte 71 verschweißt.
Der Kegel 73 mit seiner Endplatte 71 bildet einen luftgefüllten Raum. Die Innenseite
der Trommel 70 ist mit einer Schicht 75 eines schalldämpfenden Stoffes verkleidet.
Der eigentliche Schallwellenerzeuger bzw. Umsetzer ist an der Innenseite der Schicht
75 angebracht und enthält zwei Lagen 76 von magnetostriktiven Metallblechen. Bei
einer
beispielsweisen Ausführungsform des Kernes 76 weist der Umsetzer eine aus zwei
Windungen bestehende Wicklung eines Nickelstreifens von etwa 15 cm Breite und 0,4
cm Stärke auf. Eine Toroidwicklung 77 ist um den Kern 76 gewunden, und von dem Kern
durch die dünne, isolierende Schicht 78 getrennt. Bei einer Ausführungsform enthält
die Toroidwicklung z. B. annähernd 440 Windungen aus Kupferdraht, der mit einer
Isolation aus grauem Gummi und einer äußeren Decke aus einem gummiartigen Kunststoff
versehen ist.
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Der Kern 76 besitzt einen negativen magnetostrikti ven Koeffizienten,
der sich somit beim Anlegen eines elektrischen Impulses an die Ringwicklung 77 zusammenzieht
und eine Druckwelle erzeugt, die nach der Oberfläche des Kegels 73 läuft. Die akustische
Energie wird dann abwärts zu den unter Wasser liegenden Zwischenflächen 14 bis 16
reflektiert. Der Zylinder 70 ist mit Ansätzen 80 versehen, damit das Ausrichten
der Öffnung 72 auf die Schicht 14 erleichtert wird, so daß die akustische Energie
abwärts vom Sender ausgestrahlt wird.
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Der Sender nach Fig. 4 und 5 liefert bei passendem Aufbau und Erregen
einen akustischen Impuls ohne Resonanz in das ihm benachbarte Wasser. Der in Fig.
5 dargestellte Impuls weist die gewünschte Eigenschaft auf und ist durch einen plötzlichen
Anstieg bis zum Maximum 86 gekennzeichnet, dem eine negative Halbwelle87 folgt.
Der Unterschied der Erfindung, soweit sie die Arbeitsweise des Schallwellenerzeugers
betrifft, gegenüber der Arbeitsweise bekannter Vorrichtungen ist aus einem Vergleich
der Impulsart 85 mit der gestrichelt eingezeichneten Resonauzwelle 88 zu ersehen.
Die Welle 88 ist im allgemeinen kennzeichnend für die Arbeitsweise bekannter Systeme,
bei denen ein pulsierender Generator verwendet wird, um einen Umsetzer zu erregen,
oder bei denen Umsetzer selbst infolge ihres Aufbaues eine Resonauzwelle erzeugen.
Durch passende elektrische und/oder mechanische Anpassung und Dämpfung des Schallerzeugers
kann gemäß der Erfindung ein relativ einfacher akustischer Impuls erzeugt werden.
Die b;esondere Art, wie ein bevorzugter Grad an Anpassung und Dämpfung festgelegt
wird, wird später im einzelnen beschrieben.
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Der Sender 11 wird vom Impulserzeuger 13 (vgl.
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Fig. 1) erregt, dessen Schaltung aus Fig. 6 zu entnehmen ist.
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Der Impulserzeuger (vgl. Fig. 6) weist einen Aufladekreis mit der
Batterie90, einen Widerstand 90 a, einen Speicherkondensator90b, eine Induktivität
90c und die Wicklung 77a des Senders 11 auf. Die Wicklung77a und der Kern 76 a entsprechen
den Schaltelementen 77 und 76 der Fig. 3 und 4. Der Kondensator 90b speichert eine
Ladung, so daß die Spannung an ihm gleich aber entgegengesetzt gerichtet ist wie
die Spannung der Batterie 90. Der Kondensator wird dann über die gasgefüllte, gittergesteuerte
Röhre 93 entladen, so daß ein Impuls zu dem magnetostriktiven Kern 76 a gegeben
wird.
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Die Steuerschaltung für die Röhre 93 enthält die Schirmgitterröhre
94, deren Kathode über den Widerstand 94a geerdet ist, und deren Anode mit dem positiven
Pol B der Spannungsquelle über den Widerstand 94 b verbunden ist. Ihr Gitter ist
über den Widerstand 94c geerdet und ihr Schirmgitter liegt über den Kondensator
94 d an Erde und über den Widerstand 94e am positiven Pol B der Spannungsquelle.
Die Anode ist an das Gitter der Röhre 93 über den Übertrager 95 angeschlossen, dessen
Selcundärwicklung in Reihe mit dem Kondensator 93 a und dem Widerstand 93 b liegt.
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Wenn ein Impuls dem Gitter der Röhre 94 zugeführt wird, wird die Gittervorspannung
von der Batterie 93c des Gitters der Röhre 93 aufgehoben und somit die Leitfähigkeit
der Röhre 93 eingeleitet. Durch die plötzliche Entladung des Kondensators 90b über
die Vicklung 77 a wird das Kernmaterial von 76 a zusammengezogen, wodurch ein akustischer
Impuls, vgl. die Wellen 76 b, entsteht.
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In der Praxis wird der Umsetzer nach Fig. 3 und 4 akustisch an die
angekoppelte Flüssigkeit empirisch angepaßt. indem er in einen Wasserbehälter gesetzt
wird, der im Vergleich zur Wellenlänge des zu erzeugenden Schalls geräumig ist,
und indem er wiederholt durch Zünden der Röhre 93 betätigt wird und die sich ergebende
Wellenform beobachtet wird.
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Es sollen Impulse ohne Resonanz wie der Impuls 85 nach Fig. 5 erzeugt
werden. Wenn ein Umsetzer nach Fig. 3 Impulse liefert, die eine Resonanzfrequenz
aufweisen, vgl. die Wellenform 88, ist dies ein Zeichen für zu starkes magnetostriktives
Material in den Lagen 76 (vgl. Fig. 3). Die Verwendung von dünneren Kerublechen
verringert die Resonanz des Ausgangsimpulses. Versuche und Mißerfolge, die ein Auftreten
oder Nichtauftreten von einem Impuls ohne Resonanz zeigen, führen zu einer optimalen
Impulsform, die als ein Kriterium für die richtige Anpassung zwischen dem Sender
und der erregten Flüssigkeit dient.
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Es ist zu beachten, daß eine hinreichende Windungszahl in der Wicklung
77 und eine geeignete eIektrische Stromquelle für ihre Speisung vorgesehen sein
müssen, damit der magnetostriktive Kern vollständig gesättigt wird. Eine zu starke
Dämpfung oder die Verwendung eines zu kleinen Kernmaterials werden Amplitudenverluste
der empfangenen Impulse ergeheu. Somit kann durch Verändern der Kernmaterialgröße
eine Anpassung erreicht werden. Die akustische Anpassung zwischen dem Umsetzer und
der Flüssigkeit ist frequenzabhängig, so daß die Anstiegzeit oder die Phase des
Impulses 75 hauptsächlich durch das oben beschriebeneAnpassungsverfahren geregelt
wird.
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Der Kondensator 90 b und die Induktivität 90c mit dem induktiven
Widerstand der Wicklung77a (vgl.
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Fig. 6) sollen derart bemessen sein, daß die elektrische Resonanzfrequenz
ihres Entladungskreises der Frequenz entspricht, bei der der Umsetzer richtig an
die Flüssigkeit angepaßt ist.
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Eine weitere Ausführungsform des Umsetzers ist im Schnitt in Fig.
7 dargestellt In dieser Ausführnngsform werden die Wellen abwärts von einem umgekehrten
Kegel 96 gerichtet, der zusammen mit einem kurzen, geschlossenen Metallzylinder
96a einen akutischen Reflektor bildet. Ein piezoeIektrischer Kristall 96 b ist innenseitig
und koaxial mit dem Kegel 96 angebracht. Ein Bolzen 96 c ist an dem Kristall 96
b zusammen mit den isolierenden und haltenden Gliedern befestigt. Der Winkel des
Kegels 96 beträgt 90°, so daß die beim Anlegen der Spannungen an die inneren und
äußeren Flächen erzeugten, waagerecht vom Kristall 96 b laufenden Druckwellen abwärts
auf die zu rntersuchenden Schichten gerichtet sind.
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Der Kristall 96 b weist beispielsweise etwa 15 cm Länge, 7.5 cm Durchmesser
und eine Wandstärke von annähernd 1 cm auf. Der Kristall besteht aus einer Barium-Titan-Verbindung
und ist an die berührende Flüssigkeit dadurch angepaßt, daß eine begrenzte Nu enge
eines akustisch leitenden Materials vorgesehen ist. dessen räumlicher Elastizitätskoeffizient
zwischen dem des Kristalls selbst und dem der Flüssigkeit außerhalb des Kegels liegt.
Insbesondere ist der Raum 97 mit einer Mischung von Rizinusöl und Sand ange-
füllt
und dann durch eine dünne Gummimembran 98 abgeschlossen, die am Umfang des Kegels
z. B. durch einen Klemmring 98 a mittels Schrauben 98 b befestigt ist. Durch ein
passend gewähltes Verhältnis von Öl und Sand im Raum 97 kann erreicht werden, daß
der Umsetzer im wesentlichen Impulse ohne Resonanz in einem ziemlich kleinen Frequenzbereich
erzeugt.
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Die Schaltung nach Fig. 8 entspricht im allgemeinen der nach Fig.
6, aber sie ist dahingehend abgeändert, daß der piezoelektrische Umsetzer nach Fig.
7 erregt werden kann. Gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie
in Fig. 6 versehen. Soweit sie etwas anders bemessen sein müssen, haben sie auch
andere Bezugszeichen erhalten. Nach dieser Schaltung wird das piezoelekftische Element
96 b von der Batterie 90 über den Widerstand 90a aufgeladen.
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Der Kristall wird dann durch Zünden der gasgefüllten Röhren 100 und
101 mittels eines Impulses von der Röhre 94 entladen. Der Entladungsweg enthält
die Röhren 100 und 101, die in Reihe liegen, und ist über die Induktivität 102 geerdet.
Die Reihenwiderstände 103 und 104 überbrücken die Induktivität 102. Der Verbindungspunkt
105 der Widerstände 103 und 104 dient als Anzapfpunkt für eine Steuerspannung, die
zur Sichtbarmachung der Impulse dienen soll, die von einer Stelle unter dem Kristall
96 b reflektiert werden, wie später an Hand der Fig. 12 erläutert wird.
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Die Fig. 9 stellt eine weitere Ausführungsform des magnetostriktiven
Umsetzers dar, bei der zwei Kerne 110 und 111 vorhanden sind, die je einen kurzen
Zylinder aufweisen, die durch zwei Lagen von magnetostriktiven Stäben oder Drähten
gebildet sind. Jeder Zylinder ist als ein biegsamer, aber isolierender, verbindender
Mantel geformt. Die beiden Zylinder sind übereinander angeordnet, und für beide
Zylinder ist eine Wicklung 112 vorgesehen. Der Leiter 112 ist um den Kern 110 im
Uhrzeigersinn und um den Kern 111 im Gegenuhrzeigersinn gewickelt. Infolgedessen
ist das gesamte magnetische Feld Infolge der Erregung der Wicklung 112 gleich Null,
so daß Verluste infolge des Vorhandenseins von leitendem Salzwasser um die Wicklungen
und in den Wicklungen vermieden werden. Diese abgeänderte Ordnung kann statt des
Kristallumsetzers nach Fig. 7 oder der magnetostriktiven Umsetzer nach den Fig.
3 und 4 verwendet werden.
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Jeder von diesen drei oben beschriebenen Umsetzern kann wahlweise
als Impulssender oder als Impulsempfänger (vgl. Fig. 1) benutzt werden. Wegen seines
hohen elektromechanischen Wirkungsgrades wird der Kristallumsetzer nach Fig. 7 als
Empfänger vorgezogen.
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Nachdem der Aufbau des Umsetzers, der den Sender 11 und den Empfänger
12 darstellt, und die Ausführungsbelspiele des Impulserzeugers nach den Fig. 6 und
8 beschrieben worden sind, wird nunmehr an Hand der Fig. 1 im einzelnen die Synchronisier-Regelschaltung30
und ihre Arbeitsweise in Verbindung mit dem Registriergerät 31 erläutert.
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Die Spule 40 ist über die Leitung 120 und den Kondensator 121 mit
dem Eingang der Verstärkerröhre 122 verbunden. Die Ausgangsspannung der Verstärkerröhre
122 ist über den Kondensator 123 dem Eingangsgitter der Röhre 124 zugeführt, die
die eine Hälfte des bistabilen Multivibrators 125 bildet. Die Spule 41 ist über
die Leitung 130 und den Kondensator 131 an das Steuergitter der Verstärkerröhre
132 angeschlossen. deren Ausgangsspannung über den Kondensator 133 auf das Gitter
der Röhre 134 gegeben wird, die die zweite Hälfte des bistabilen Multivibrators
125
bildet. Die Gitter der Röhren 124 und 134 sind über die Widerständel26 bzw. 136
an den negativen Pol der Batterie 127 angeschlossen, deren positiver Pol geerdet
ist.
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Da die Schritte der Nockenscheiben 32 und 33 genau entgegengesetzt
zueinander erfolgen, lassen die Spannungsimpulse, von denen je einer von den Spulen
40 und 41 bei jeder Umdrehung der Achse 35 erzeugt wird, den Multivibrator 125 bei
einer vollständigen Umdrehung bei jedem Umlauf des Zylinders 36 betätigen. Hierdurch
erzeugt der Multivibrator 125 einen rechteckigen Ausgangsimpuls an der Anode der
Röhre 124, der über den Kondensator 128 und den Widerstand 129 auf das Steuergitter
der Phasenumkchrstufe mit ihrer Röhre 140 gegeben wird. Die Kathode der Phasenumkehrröhre
ist über die Leitung 141 und den Kondensator 142 mit dem Steuergitter des Kathodenverstärkers
143 verbunden, dessen Ausgang über den Kondensator 144 an den Impulserzeuger 13
angeschlossen ist, so daß derselbe einmal bei jeder Umdrehung der Nockenscheiben
32 und 33 und daher mit einer Impullsfrequenz von z. B. 12 Hertz betätigt wird.
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Die Kathode der Phasenumkehrröhre 140 ist ferner über den Kondensator
150 und den Widerstand 151 mit dem Steuergitter eines Kippschwingungserzeugers verbunden,
der die Röhre 152 enthält. Die negative Halbwelle des rechteckigen Ausgangsimpulses
vom Multivibrator 125 macht die Röhre 152 nichtleitend.
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Während die Röhre 152 gesperrt ist, wird der Kondensator 154 von der
Batterie 183 über den Widerstand 153 aufgeladen, der nach der Größe des Kondensators
154 derart bemessen ist, daß die Aufladung des Kondensators 154 mit linearer Geschwindigkeit
erfolgt. Bei den positiven Halbwellen der rechteckigen Impulse von der Röhre 140
wird die Röhre 152 schnell leitend. um den Kondensator 154 zu entladen.
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Somit wird eine Spannung an das Gitter des Verstärkers 155 von einer
Form angelegt, wie sie in Fig. 11 durch die stark ausgezogene Linie 160 dargestellt
ist.
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Der Kondensator 156 und der Widerstand 157 verbinden die Röhre 155
mit dem Schaltpunkt 158. Der zeitliche Abstand T (vgl. Fig. 11) stellt eine Umdrehungszeit
der Nockenscheiben 32 und 33 dar. Es sei bemerkt, daß die Ausgangsspannung der Röhre
155 bei den wechselnden Halbwellen linear von Null bis zu einem maximalen Wert ansteigt
und dann plötzlich auf den Wert Null fällt. Diese Spannung wird über die folgenden
Stufen des Systems nach Fig. 1 den Ablenkplatten der Röhre 45 zugeführt und liefert
die primären Kippspannungen.
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Während der Impuls 160 den Wert Null aufweist, wird eine Spannung
von der Röhre 140 über den Kondensator 161 und die Leitung 162 zum Steuergitter
163 der Kathodenstrahlröhre 45 gegeben, um den Elektronenstrahl in der Kathodenstrahlröhre
unwirksam zu machen. Somit ist das System nur während der einen Hälfte der Umlaufzeit
der Nockenscheiben 32 und 33 in Betrieb.
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Es ist zu beachten, daß zwei weitere Spannungen mit der Kippspannung
160 beim Schaltpunkt 158 gemischt werden. Die erste dieser Spannungen ist die Ausgangsspannung
des Empfängers 20, die über den Kondensator 21, den Widerstand 22 und die Leitung
165 zugeführt wird. Dieses Zeichen stellt die Druckwellen dar, die vom Empfangsumsetzer
12 aufgenommen und im Empfänger 20 verstärkt sind.
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Die dritte Spannungskomponente am Schaltpunkt 158 wird von der Spule
42 geliefert. Die z. B. zwanzig Zähne auf der Nockenscheibe 34 erzeugen eine 240-
Ilertz-Spannung
auf der Leitung 170. Diese Spannung wird über den Übertrager 171 auf das Gitter
der Röhre 172 gegeben deren Ausgang über den Kondensator 173 und den Widerstand
174 mit dem Gitter der Röhre 175 gekoppelt ist Die Spannung von der Spule 42 ist
sinusförmig und wird durch die Kombination des Ubertragers 171 und der Verstärkereingangsstufen
rsit den Röhren 172 und 175 stark erhöht. Die sinusförmige Welle wird über den linearen
Bereich des Verstärkers verstärkt, und es entsteht daher eine rechteckige Welle
an der Anode der Röhre 175. Diese Ausgangsspannung der Röhre 175 wird über die Kondensatoren
176 und 177 dem Gitter der Röhre 178 zugeführt. Der Verbindungspunkt dieser beiden
Kondensatoren 176 und 177 liegt über den Widerstand 179, der durch den Gleichrichter
180 überbrückt ist, an Erde. Das Gitter der Röhre 178 ist über den Widerstand 181
geerdet. Der Schaltungsteil zwischen den Röhren 175 und 178 arbeitet derart, daß
der rechteckige Impuls doppelt differenziert wird, so daß an den Widerständen 179
und 181 scharfe negative und positive Impulse entstehen. Die negativen Spitzen werden
beschnitten oder über den Gleichrichter 180 abgeleitet. Die positiven Spitzen werden
weiter durch das Differenzieren mittels des Kondensators 177 und des Widerstandes
181 zugespitzt und dann dem Gitter der Röhre 178 zugeführt. Die Röhre 178 ist eine
sich selbsttätig durch den im Widerstand 181 fließenden Strom vorspannende Röhre
und kann nur in sehr kurzen -Zeitabschnitten leitend werden, in denen die scharfen,
hohen Spannungsimpulse vom Kondensator 177 her auftreten.
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Durch die Röhre 178 werden sägezahnförmige Impulse mit einer Frequenz
von z. B. 240 Hertz erzeugt.
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Der Impuls entsteht durch das sich wiederholende Entladen des Kondensators
182, der zwischen der Anode der Röhre 178 und Erde liegt. Der Kondensator 182 wird
periodisch von der Batterie 183 über den Widerstand 184 aufgeladen. Die Aufladegeschwindigkeit
wird durch die Zeitkonstante der Schaltung, die den Widerstand 184 und den Kondensator
182 enthält, gesteuert. Die Entladung des Kondensators 182 setzt beim Anlegen von
scharfen Impulsspitzen an das Gitter der Röhre 178 ein. Die Entladezeit beträgt
etwa 5 °/o der Aufladezeit. Somit tritt an der Anode der Röhre 178 eine Sägezahnspannung
mit einer Frequenz von 240 Hertz auf, die dem Schaltpunkt 158 über den Kondensator
166 und den Widerstand 167 zugeführt wird.
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Die kombinierte Spannung von den Röhren 155 und 178 ist durch die
gestrichelte, sägezahnförmige Spannung 160b in Fig. i dargestellt. In der Praxis
liegt die Zeichenspannung vom Empfänger 20 auf dieser treppenartigen Impulsform.
Die drei kombinierten Spannungen werden dann über zwei Verstärkerstufen, die die
Röhren 190 und 191 enthalten, an den Ausgangsverstärker 192 gelegt. Der Verstärker
192 ist in bekannter Weise aufgebaut und kann die Ablenkplatten 193 und 194 des
Kathodenstrahloszillographen 45 steuern. Die Platten 195 und 196 des Oszillographen
45 werden vom Ausgangsverstärker 197 gesteuert.
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Der Verstärker 197 wird durch die Sägezahnspannung von 240 Hertz erregt,
die von der Anode der Röhre 178 über den Kondensator 198 gesendet wird. Diese Sägezahnspannung
an den Ablenkplatten 195 und 196 erzeugt eine waagerechte Ablenkung des Kathodenstrahles
(vgl. Fig. 2) während jedes waagerechten Abschnittes der treppenförmigen Wellenform
nach Fig. 11. Durch das Zusammenwirken der drei Spannungen an dem Verbindungspunkt
158 und dann an
den Platten 193 und 194 und der Sägezahuspannung
lom Verstärker 197 an den Platten 195 und 196 ent-->teht eine Darstellung nach
Fig. 2.
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Die vom Umsetzer 12 empfangenen akustischen Zeichen sind dort in
allen Einzelheiten längs einer Zeitskala dargestellt. was ein genaues Studium ihrer
Phasenbeziehungen und Eigenarten zuläßt.
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Die Fig. 10 zeigt im einzelnen die Schaltung des Empfängers 20 nach
Fig. 1. Die Zeichenausgangsspan-Pung des Empfangsumsetzers 12 wird auf die Ein-<,angslilemme20Q
gegeben, die mit dem Steuergitter des Fingangsverstärliers 20i. verbunden ist. Die
Ausan,sspannung des Verstärkers 201 wird dem Ver-!rärlrer 202 zugeführt, der der
erste von vier gleichen Verstärkerstufen ist. Der Verstärker 202 enthält die beiden
Trioden 203 und 204. deren Kathoden unmittelbar miteinander verbunden und über den
gemeinsamen Kathodenwiderstand205 geerdet sind. Ihre Anoden sind über die Widerstände
206 miteinander und dann über den Widerstand 207 mit dem positiven Pol der an der
Sammelleitung 208 liegenden Batterie erbunden. Das Gitter der Röhre 203 liegt über
den Verstärkungsregelwiderstand 210 an Erde. Das Gitter der Röhre 204 ist über das
RC-Netzwerk 211 geerdet und an den Verhindungspunkt212 der Widerstände 206 und 207
über den Widerstand 213 angeschlossen.
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Die Anode der Röhre 204 ist über den Widerstand 214 und den Kondensator
215 mit dem Eingangsgitter der folgenden Stufe verbunden.
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Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 214 und dem Kondensator
215 ist über die Leitung 220 und dem Kondensator 221 mit der Kathode bzw. der Anode
der Dioden 222 und 223 gekoppelt. Die Dioden 222 und 223 stellen ein nichtlineares
Nebenschluß-Netzwerk 224 dar. Die Anode und die- Kathode der Röhren 222 und 223
sind über das Netzwerk 225, den Widerstand 226 und die Leitung 227 an den Verbindungspunkt
212 angeschlossen. Das Netzwerk224 läßt die Ausgangsspannung des Verstärkers 202
einen bestimmten maximalen Pegel erreichen und beschneidet die diesen Pegel überschreitenden
Spannungsausschläge. So sind die vier Verstärkerstufen202, 230, 240 und 250 mit
ihren nichtlinearen Nebenschlußnetz werken 224, 231, 241 und 251 in Reihe geschaltet.
Der Verbindungspunkt des Widerstandes 214 und des Kondensators 215 ist über den
Widerstand 228 an die nusgangssammelleitung 229 angeschlossen, die in gleicher Weise
zu den Ausgängen der anderen Verstärl;er 230, 240 und 250 führt. Auf diese Weise
werden die Ausgangsspannungen der Verstärker 202, 230, 240 und 250 addiert und bilden
eine einzige Ausgangsspannung, die über den Kondensator 255 dem Eingangsgitter eines
zweistufigen, rückgekoppelten Verstärkers 256 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung
des Verstärkers 256 tritt an der KathodederRöhre 257 auf und wird iiber den Kondensator
258 auf die Ausgangsleitung 259 gegeben, die zum Kondensator 21 der Fig. 1 führt.
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Ferner ist die Ausgangsspannung der Röhre 257 mit vier zusätzlichen
Verstärkerstufen verbunden, die die Röhren 260, 261, 262 und 263 enthalten. Die
letzte Stufe ist als Kathodenverstärker geschaltet; die Ausgangsspannung wird von
ihrem Kathodenwiderstand abgenommen, der über die Leitung 46 mit der Elek-Erde 47
(vgl. Fig. 1) verbunden ist, und liefert den Zeichenstrom zwischen der Elektrode
47 und der Spirale 48.
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Die hisher beschriebene Anordnung bezieht sich auf das Aussenden
von akustischen Impulsen und den Empfang von reflektierten Wellen unter Steuerung
eines
rl7cc;lan;..=hen Svstems mi. den Nockenscheiben 32 bis 34. In Fig. 12 ist ein elektronisches
System zum Ausfithren der genannten Aufgaben abgebildet.
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Die Schaltung ist teilweise in Blockform dargestellt, um die Beschreibung
zu vereinfachen.
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Das elektrische System zum Steuern des Senders und Speichern des
empfangenen Zeichens ist im einzelnen dargestellt.
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Das Arbeiten des ganzen Systems erfolgt unter Steuerung oder Synchronisierung
des Schwingungserzeugers 320, der einen Wechselstrom von 240 Hertz liefert. Das
Zeichen mit der Frequenz 240 Hertz ist sägezahnförmig und wird über den Kanal 321
dem Verstärker 323 zugeführt. Das sägezahnförmige Ausgangszeichen 326 des Verstärkers
323 ist in der Phase gegeniiber dem Eingangszeichen 322 umgekehrt. Dies es Zeichen
wird darauf den X-Achsen-Eingangsklemmen des Oszillographen 327 zugeführt.
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Der Erzeuger der 240 Hertz-Schwingungen liefert über einen zweiten
Ausgangskanal 330 weiterhin ein sinusförmiges Zeichen 331, das an das phasendrehende
Netzwerk 332 angelegt ist. Dieses enthält in seinem Ausgangskreis den Kondensator
333, der mit der Anode der Röhre 334 und dem an die Kathode der Röhre 334 angeschlossenen
veränderlichen Widerstand 335 verbunden ist. Durch Verändern des Widerstandes 335
kann das Zeichen am Schaltpunkt 336 irgendeine bestimmte Phase gegenüber dem Eingangsz
eichen 331 annehmen. Die sinusförmige Ausgangs spannung am Schaltpunkt 336 wird
in dem Netzwerk 337 derart beschnitten und differenziert, daß zu der Röhre 338 scharfe
Spannungsspitzen mit einer Frequenz von 240 Hertz gelangen. Die Röhre 338, die in
Kaskade geschaltete Röhre 339 und die zugehörigen Schaltelemente bilden einen Sägezahnimpulserzeuger
340 nach S cihm i dt, von dessen Ausgangsklemme 341 eine Sägezahnspannung mit einer
Frequenz von 24 Hertz abgenommen werden kann. Diese Spannung wird über den Kondensator
342 und den Widerstand 343 dem Schaltpunkt 344 zugeführt.
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Die 24-Hertz-S ägezahnspannung mit der Impulsform 160 nach Fig. 11
wird am Schaltpunkt 344 mit der 240-Hertz-Sägezahnspannung 326 die der Sägezahuspannung
160a (Fig. 11) entspricht, gemischt. Die Leitung 324 ist über den Kondensator 350,
die Widerstünde 351 und 352 und die Leitung 353 mit dem Schaltpunkt 344 verbunden.
Das Zeichen 160 in Fig. 11 ist ein intermittierender Sägezahnimpuls, dessen Spannung
mit der Zeit ansteigt, vgl. die stark ausgezogene 5 ägezahnlinie 160. Die 240-Hertz-Welle
160a zeigt auch nacheinander folgende Spannungs abnahmen. Die Richtung der Abnahme
ist gleich der der Zunahme der Welle 160. Wie bereits ausgeführt worden ist, werden
die beiden Spannungen am Schaltpunkt 344 (vgl. Fig. 12) kombiniert und bilden ein
treppenförmiges Zeichen 160 b, wie es in Fig. 11 gestrichelt dargestellt ist, das
dann an die Kathodenverstärkerstufe mit der Röhre 356 gelegt ist, deren Ausgang
über den Kondensator 357 und das Netzwerk 358 mit dem Eingang des Verstärkers 359
gekoppelt ist, der dem Verstärker 323 gleicht. Die Ausgangsspannung des Verstärkers
359 mit der Impulsform 160b wird den Y-Achsen-Klemmen des Oszillographen 327 zugeführt.
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Mit der Spannung 326, die über die Leitungen 324 und 325 an die X-Achsen-Klemmen
gelegt, und der Spannung, die über die Leitungen 360 und 361 an die Y-Achsen-Klemmen
gelegt wird, entsteht dann im Oszillograph 327 die sich wiederholende Reihe nach
Fig. 2. Die waagerechte Ablenkung erfolgt durch die
Impulse 16Oa>
und die senkrechte Stellung wird durch die waagerechten Teile der Impulse 160 b
festgelegt.
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Der Rücklauf wird durch die senkrechten Teile der Impulse 160b gesteuert.
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Die Teile des Systems der Fig. 12, die das Zeitmuster nach Fig. 2
im Oszillograph 327 liefern, bilden ein frei schwingendes System mit den Spannungen,
die wiederholt das Raster nach Fig. 2 liefern können.
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Das Raster kann im Oszillograph 327 nur zu bestimmten Zeiten sichtbar
sein. Die Schaltung 362 liefert die Z-Achsen-Modulation für den Strahl des Oszillographen
327 und sperrt im Ruhezustand den Strahl z. 13. durch Anlegen einer Gleichspannung
an das Steuergitter des Oszillographen. Die Austastschaltung 362 enthält in diesem
Ausführungsbeispiel einen nicht dargestellten Hochfrequenz-Schwingungserzeuger mit
ciner gleichgerichteten Ausgangsspannung, um die (,leichstromsteuerspannung für
die Z-Modulation zu erzeugen. Der Hochfrequenz-S chwingungserzeuger wird abgeschaltet,
indem die Austastspannung vom Oszillographen auf ausgewählte Komponenten des 24-Hertz-Zeichens
160, die an der Steuerschaltung 363 liegen, abgeschaltet wird. Wie es an sich bekannt
ist. kann die Steuerschaltung 363 einen Impuls über den Kanal 364 zum Sender 365
bei einem Bruchteil der Frequenz des Impulses 160 senden. Daher kann der Sender
365 betätigt werden, um akustische Wellen in ein benachbartes Medium mit einer bestimmten
Frequenz im Bereich von 2 bis 12 Hertz zu liefern. Jedesmal, wenn der Sender 365
erregt wird, wird über den Kanal 366 ein Impuls zurück zur Steuerschaltung 363 gegeben.
Dieser Impuls dient dann dazu. die Austast-Schaltung 362 so zu beeinflussen, daß
der Strahl des Oszillographen über den Bildschirm laufen kann.
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Nach dem Erzeugen des akustischen Impulses durch den Sender 365 werden
die durch den Empfänger 367 festgestellten Wellen über den Kondensator 368 zum Kanal
353 geleitet. Somit wird das empfangene Zeidien mit dem treppenförmigen Impuls 160
b am Schaltpunkt 344 gemischt, so daß sich der sonst ruhende Zustand des Rasters
nach Fig. 2 ändert.
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Es soll hemerkt werden, daß die Wellenzüge 62 und 63 (vgl. Fig. 2)
anfangs aufwärts gerichtet sind, was eine Reflexion einer akustischen Welle an der
oberen Fläche einer Schicht, die härter als eine unmittelbar darüberliegende Schicht
ist, anzeigt. Die Reflexion 64 ist anfangs abwärts gerichtet; was eine Reflexion
von der oberen Fläche einer Schicht. die weicher als eine unmittelbar darüberliegende
Schicht ist, anzeigt. Die letzte Welle 65 ist anfangs aufwärts gerichtet, was wiederum
eine härtere Schicht bei größerer Tiefe bedeutet.
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In der Praxis können der Sender 11 und der Empfänger 12 in einer
Anordnung angebracht sein, die von einem Tauwerk von einem Schiff ausgehalten und
unter Wasser fortbewegt wird. Wie oben ausgeführt worden ist, können der Sender
und der Empfänger auch im Rumpf des Schiffes untergebracht sein, in jedem Fall sind
die elektronischen Teile der oben beschriebenen Anordnung im Schiff angeordnet.
Das Schiff kann dann einen bestimmten Kurs fahren und fortlaufend auf dem Registriergerät
31 (Fig. 1) ein Bild der geologischen Verhältnisse des See-Untergrundes aufzeichnen.
Gleichzeitig kann der Bildschirm des Oszillographen periodisch photographiert werden,
um Einzelheiten der Eigenschaften der Untergrundschichten aufzuzeichnen. Am besten
erfolgt das Photographieren des Oszillographen 45 mit einer an sich bekannten Kamera,
in der der Film unmittelbar ent-
wickelt wird. ohne daß zusätzlich eine Dunkelkammer
benötigt wird.
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Die Verwendung eines angepaßten und besonders kritisch gedämpften
Senders mit einer einzelnen Impulsschwingung ermöglicht eine eindeutige Feststellung
der Grenzschichten der Gesteine des Untergrundes mittels Zeit-Amplituden- und Phasenmessungen.
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Bei den Ausführungsformen der Umsetzer nach den Fig. 3 und 7 weist
der Kegel einen Winkel von 900 an der Spitze auf und umschließt einen luftgefüllten
Bereich. Es könnten sich aber auch andere Stoffe in diesem Bereich befinden, sofern
nur ein großer Gegensatz in der akustischen Impedanz zwischen der Flüssigkeit außerhalb
und innerhalb des Kegels bzw. dem Stoff des Kegels besteht. Zum Beispiel würde auch
ein fester Stahlkugel ein befriedigendes Ergebnis liefern. Die wirksamen Flächen
der Umsetzer, ihre unteren ebenen Fläche, sind vorzugsweise in ihrer Höhe mit dem
tragenden Schiff ausgerichtet und liegen parallel zueinander, so daß von der Anordnung
die Energiewege vorzugsweise senkrecht verlaufen.
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Das Erregungsverhältnis der Umsetzer hängt von der Tiefe ab, in der
die Untersuchungen durchgeführt werden. Der Abstand zwischen den Impulsen muß hinreichend
lang sein, so daß die akustischen Wellen bis zu der größten Tiefe die erforscht
werden soll, laufen und zurückkehren können, bevor der folgende Impuls erzeugt wird.
Die Wahl dieses Abstandes zusammen mit der Verwendung von akustischen Impulsen von
im wesentlichen nur einer Schwingung ermöglichen das Aufzeichnen der Reflexionen
von den Zwischenflächen unter der Wasserschicht.
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PTENTNSPROCHE: 1. Verfahren zum Untersuchen der Tiefe und der Neigung
von unter Wasser befindlichen festen Erdschichten mit Hilfe von im Wasser erzeugten
und nach unten, in Richtung auf die zu untersuchenden Flächen gerichteten Druckimpulsen,
dadurch gekennzeichnet. daß die Druckimpulse m periodischer Wiederholung von etwa
20 Impulsen pro Sekunde unmittelbar auf eine teilweise eingeschlossene Wassermenge
wirken und mittels der teilweise eingeschlossenen Wassermenge dem unterhalb dieser
Wassermenge befindlichen Wasser und somit auch dem darunterliegenden Erdboden mitgeteilt
werden, und daß die in den Boden eingedrungene und an den unterirdischen Schicht
grenzen reflektierte Energie aufgenommen, gemessen und aufgezeichnet wird.