DE1119153B - Echolotgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Echolotgeräte, die geeignet sind, einen vorgegebenen, relativ kleinen Tiefenbereich mit großem Auflösungsvermögen zu untersuchen, die aus einer Anzeigevorrichtung, Vorrichtungen zum Anstoßen einer Zeitablenkung für die Zeitbasis der Anzeigevorrichtung und Vorrichtungen zum Darstellen oder Sichtbarmachen empfangener Echosignale über der Zeitbasis bestehen. Echolotgeräte dieser Art sind von besonderer Bedeutung für Fischereifahrzeuge, die die Echolotausrüstung benötigen, um Fischschwärme aufzufinden. Im allgemeinen ist der Verantwortliche auf einem mit Grundschleppnetz arbeitenden Fischdampfer, der mit seinem Echolotgerät Fischschwärme auffinden will, sehr stark an der Beobachtung eines Tiefenintervalls interessiert, das sich zwischen dem Meeresgrund und einer Ebene ausdehnt, die einige vier oder fünf Faden darüber liegt; denn dies ist jenes Tiefenintervall, in dem sein Schleppnetz arbeitet. Obgleich auch ein normales Echolotgerät mit einem Tiefenbereich von beispielsweise einigen hundert Faden starke Echos aus diesem sehr begrenzten Tiefenintervall zur Anzeige bzw. Aufzeichnung bringen wird, kann jedoch eine viel bessere Auflösung und Empfindlichkeit offenbar mit einem Echolotgerät erhalten werden, dessen Arbeitsbereich sich so einstellen läßt, daß er mehr oder weniger mit dem schmalen, zu untersuchenden Tiefenintervall zusammenfällt. Aus diesem Grund hat es sich eingebürgert, Echolotgeräte für Schleppnetzfischdampfer und verwandte Zwecke mit Mitteln auszurüsten, mit deren Hilfe ein gewünschtes Tiefenintervall von wenigen Faden Ausdehnung detailliert untersucht werden kann. Im allgemeinen ist die Anzeigevorrichtung, die für eine derartige detaillierte Untersuchung benutzt wird, eine Kathodenstrahlröhre, deren Strahl in einer von zwei Koordinatenrichtungen durch einen Zeitbasisgenerator abgelenkt wird. Dieser ist in der Lage, den Strahlbrennpunkt mit einer Geschwindigkeit, die dem geforderten Tiefenintervall entspricht, quer über den Schirm zu bewegen. Wenn z. B. eine volle Auslenkung des Strahles einem Tiefenintervall von ungefähr fünf Faden entsprechen soll, wird die für diese volle Auslenkung erforderliche Zeit so gewählt, daß sie ungefähr I2V2 Millisekunden beträgt. Die relative Lage des Tiefenintervalls innerhalb der gesamten Tiefenausdehnung unterhalb des Schiffes wird in der gegenwärtig üblichen Praxis dadurch ausgewählt, daß eine entsprechende Verzögerung zwischen der Aussendung eines Lotimpulses und dem Beginn der Zeitablenkung der Kathodenstrahlröhre vorgesehen wird. Wenn etwa gewünscht wird, bei einer Gesamttiefe von dreihundert Faden das Intervall, das aus den

Anmelder:

The Marconi Sounding Device Company
Limited, London

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore
_ltt und Dipl.-Ing. H. Gralfs,..Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität
Großbritannien vom 5. Dezember 1957 (Nr. 37 879/57)

is :

James Watt, Chelmsford, Essex (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

tiefstgelegenen fünf Faden besteht, genauer zu untersuchen, würde der Beginn der Zeitablenkung von I2V2 Millisekunden Dauer dementsprechend um 750 Millisekunden — gerechnet von der Aussendung des Impulses an — verzögert werden müssen.

Echos, die aus der so ausgewählten Tiefe zurückkehren, bewirken dann eine Auslenkung des Kathodenstrahls in der anderen Koordinatenrichtung. Auf diese Weise zeichnet die Röhre die Echos aus dem gewünschten Tiefenintervall mit der größten Ablenkgeschwindigkeit auf, die die Röhre hergeben kann.

Diese bekannte Methode, die also darin besteht, ein ausgewähltes Tiefenintervall in voller Zeitdehnung sichtbar zu machen, indem eine Zeitablenkung hoher Geschwindigkeit nach einer bestimmten Zeitverzögerung ausgelöst wird, welche sich nach der Tiefe bestimmt, in der das betreffende Tiefenintervall liegen soll, hat verschiedene Nachteile.

Wie man sehen wird, besteht das Wesen dieser Methode effektiv darin, die Auswahl der Tiefenlage des gewünschten Intervalls mit Bezug auf die Tiefe unterhalb des Schiffes vorzunehmen. Wenn das Schiff jedoch in schwerer See geht, können die vertikalen Bewegungen, die es ausführt, beträchtlich sein. Sofern dann in einem solchen Fall das ausgewählte Tiefenintervall geringe Ausdehnung hat, dürfen ihm gegenüber die Bewegungen des Schiffes keinesfalls vernachlässigt werden. Darüber hinaus könnte es sein, daß der Meeresgrund selbst wellige Struktur aufweist. Ferner kommt hinzu, daß sich, wenn die gewählte Zeitverzögerung nicht ganz genau eingehal-

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ten wird (und es ist schwer, dies in der Praxis zu Dabei ist der zu untersuchende Tieferibereicli ein gewährleisten), die Tiefenanzeigen des aufgezeichne- Bereich, dessen obere Grenze eine vorgegebene und ten Tiefenintervalls ständig verändern werden. In die- wählbare Höhe über Grund zum Unterschied von sem Sinne entspricht eine Änderung von nur 1 % von einer vorgegebenen und wählbaren Tiefe unter dem einer Verzögerung von 750 Millisekunden einer Tie- 5 Schiff ist. Die vorliegende Erfindung hat den theofenänderung von ungefähr drei Faden. Das Ergebnis retischen Fehler, daß jede Untersuchung des Tiefenist, daß ein an sich völlig festliegendes Ziel, das sich bereiches mit dem Bodenecho des vorher ausgein einer bestimmten Höhe über dem Meeresgrund be- sandten Impulses verknüpft ist anstatt mit dem Imfindet, gegebenenfalls der Meeresgrund selbst, bei der puls, der wirklich den Tiefenbereich untersucht; je-Aufzeichnung so erscheint, als ob es sich auf und ab io doch ist in der Praxis die Impulsfolgefrequenz hoch bewegen würde. Das macht die richtige Darstellung genug, um diesen Fehler nur theoretisch und nicht schwierig und die Ablesung und Deutung des darge- praktisch wirksam werden zu lassen. Die für die Verstellten Bildes ermüdend. Es ist dies ein beträcht- zögerung des Grundechosignals erforderliche Zeitlicher Nachteil von Echolotgeräten der erwähnten Art. verzögerung wird wiederum viel länger sein als die-

Ein älterer Vorschlag betrifft ein Verfahren, bei 15 jenige, die in dem mit Verzögerung arbeitenden Verdem im ersten Signalkanal Mittel zur Trennung des fahren nach dem älteren Vorschlag erwähnt wird. Bodenechoimpulses vom Fischechoimpuls und zur Gegenüber den damit verbundenen Fehlern steht je-Zuführung des Bodenechoimpulses zur Zeitablenkung doch der große Vorteil, daß das verzögerte Signal der Zeitbasis vorgesehen sind, wobei die Zeitablen- nicht dargestellt zu werden braucht, sondern ledigkung von einem empfangenen Bodenechosignal an- 20 lieh als ein Anstoß- oder Triggersignal verwendet gestoßen wird. Weiterhin sind Mittel zur Verzögerung wird. Die Verzögerungseinrichtungen brauchen daher der Echosignale gegenüber den Bodenechosignalen in nicht verzerrungsfrei zu sein und können daher eineinem zweiten Signalkanal vorgesehen, wobei der fach und billig sein. Sie können z. B. aus einer ein-Wert der Verzögerung der zu untersuchenden Tiefe fachen impulsempfindlichen Triggerschaltung besteentspricht, sowie Mittel zur Zuführung der verzöger- 25 hen, die eine vorgegebene Zeit nach Zuführung des ten Signale zum Anzeigegerät vorhanden, von dem -'-- Impulses einen Impuls abgibt, ohne daß ein enger der nach Beginn der Verzögerungszeit auftretende Zusammenhang oder gar eine Ähnlichkeit der WeI-Teil des Echoimpulses angezeigt wird, wobei die lenform zwischen Eingangs- und Ausgangsimpuls erobere Grenze des Tiefenbereiches eine gewählte forderlich ist. Die Verzögerung kann wegen ihrer Höhe oberhalb des Meeresgrundes unabhängig von 30 Länge auch durch Aufzeichnen des Bodenechosignals dessen Tiefe ist. Das Bodenecho zum Anstoß der .- auf eine bewegte magnetische Trommel, ein Magnet-Zeitablenkung kann dabei auch von der Anstiegs- band oder einen Draht und Abnahme des (nun verflanke des ausgesandten Impulses und die abzubilden- zögerten) Signals an anderer Stelle befriedigend erden Echosignale aus der Rückflanke dieses Impulses reicht werden.

abgeleitet werden, wobei die Länge des ausgesandten 35 Die Erfindung ist in den Zeichnungen, die verein-

Impulses so gewählt wird, daß die Ausdehnung des fachte Blockschaltbilder zweier Ausführungen sind,

zu untersuchenden Tiefenbereiches bestimmt werden dargestellt. Aus Gründen der einfacheren Beschrei-

kann. Das Verfahren, bei dem die empfangenen Echos bung sind in beiden Ausführungen getrennte Sende-

vor der Wiedergabe verzögert werden, hat den Nach- und Empfangseinrichtungen gezeichnet, wobei jedoch

teil, daß die Verzögerungseinrichtungen praktisch 40 klar ist, daß für Senden und Empfangen in bekannter

verzerrungsfrei sein müssen und daher teuer sind, da Weise eine gemeinsame Einrichtung benutzt werden

die Echosignale mehr oder weniger komplexe Signal- kann.

gruppen sind, die durch die Verzögerung nicht stark In Fig. 1 ist T ein Ultraschall-Impulssender, dei

verzerrt oder verändert werden dürfen. mit einer gewünschten Pulsfolgefrequenz, z.B. 1 Im-

Ziel der Erfindung ist ein Echolotgerät für ein Ver- 45 puls je Sekunde, arbeitet und durch einen Triggerfahren der eingangs erwähnten Art, das die Nach- impuls angestoßen wird, der durch einen Triggerteile der erwähnten Art nicht aufweist, wirksam und schalter oder eine andere Einrichtung erzeugt wird, dabei sehr einfach ist. Es dient zur Untersuchung Dieser ist in herkömmlicher Weise bei S durch einen eines relativ kleinen Tiefenbereiches mit großem Auf- Zeitgebermotor betätigt dargestellt, wie durch die lösungsvermögen und besteht aus einer Anzeigevor- 50 gestrichelte Linie angedeutet wird. Einmal in der Serichtung, Vorrichtungen zum Anstoßen einer Zeitab- künde betätigt beispielsweise der Motor M die Triglenkung für die Zeitbasis der Anzeigevorrichtung und gervorrichtung5, worauf der Sender Γ dem Wand-Vorrichtungen zum Darstellen oder Sichtbarmachen ler O einen Ultraschallwellenimpuls zuführt, den dieempfangener Echosignale über der Zeitbasis und ent- ser dann als Ultraschalldruckwellenimpuls in das hält einen ersten und einen zweiten Signalkanal. Es 55 Wasser sendet.

enthält erfindungsgemäß im ersten Signalkanal ange- Die reflektierten Druckwellen werden von einem ordnete Mittel zur Trennung des Bodenechoimpulses Empfangswandler R aufgenommen und in einem Vervom Fischechoimpuls und zur Zuführung des Boden- stärker AF verstärkt, dessen Ausgangsspannung durch echoimpulses zur Zeitablenkung der Zeitbasis, Vor- den GleichrichterDl gleichgerichtet wird, der eine richtungen, welche die Echosignale für die Anzeige 60 der Ablenkeinrichtungen einer Anzeige-Kathodenrelativ zu dem Bodenecho, das die Zeitablenkung für strahlröhre speist, die bei CRT in üblicher Weise die Zeitbasis der Anzeigevorrichtung, über die sie dargestellt ist.

dargestellt werden sollen, anstößt, dadurch verzögern, Die Ausgangsspannung des Empfangswandlers

daß das Bodenecho aus einem Impuls resultiert, der wird außerdem einem zweiten Verstärker AB zuge-

vor dem Impuls ausgesandt wurde, von dem diese 65 führt, der eine beträchtlich geringere Verstärkung als

Echosignale zur Anzeige herrühren, wodurch das Bo- der Verstärker AF hat und der den Gleichrichter D 2

denecho um ein von dem zu untersuchenden Tiefen- speist. (Ein oder beide Verstärker können in üblicher

bereich abhängiges Zeitintervall verzögert wird. Weise regelbar sein.) Dieser Gleichrichter kann in

bekannter Art vorgespannt sein, so daß er nicht auf Eingangssignale unter einem vorgegebenen Schwellwert anspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters D 2 nur den Grundechos entspricht, da diese Echos normalerweise beträchtlich stärker sind als Echos von z. B. Fischen oder anderen reflektierenden Körpern, die sich in dem zu untersuchenden Tiefenintervall befinden. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters D 2 wird einer Verzögerungsvorrichtung im (gestrichelten) Rahmen K zugeführt, und das verzögerte Ausgangssignal wird zum Triggern irgendeines Zeitablenkspannungsgenerators G einer üblichen Art verwendet, der eine zeitproportionale Sägezahnspannung erzeugt, die den Ablenkeinrichtungen der anderen Koordinatenrichtung der Anzeige-Kathodenstrahlröhre CRT zugeführt wird. Mit dem Ausdruck »Verzögerungsvorrichtung«, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, ist jede Vorrichtung gemeint, die in bezug auf ein zugeführtes Eingangssignal nach einer vorgegebenen Verzögerung ein Ausgangssignal abgibt. Es ist nicht notwendigerweise eine Vorrichtung, bei der das Ausgangssignal eine verzögerte Wiederholung des Eingangssignals ist, sondern es kann eine Vorrichtung sein, bei der das Ausgangssignal im Inneren der Verzögerungsvorrichtung erzeugt wird und von ganz anderer Kurvenform ist. Hier beispielsweise einige praktische Werte: Wenn die Impulswiederholungsfrequenz 1 Hz ist, so kann die durch die Vorrichtung K erzeugte Verzögerung z. B. 992 msec sein. Bei diesen Werten würde jeder ausgesendete Impuls ein Bodenecho hervorrufen, das gleichgerichtet und verzögert die Zeitbasis zu einer solchen Zeit anstoßen würde, daß auf der Röhre alle Echos von Zielen abgebildet würden, die durch den nächsten ausgesandten Impuls im Tiefenbereich zwischen drei Faden über Grund und Grund erregt werden.

Die Zeitverzögerungsvorrichtung K kann irgendeine einer Vielzahl von bekannten einfachen Arten sein. In Fig. 1 ist sie durch eine bekannte, auf Impulse ansprechende Triggerschaltung dargestellt. Diese besteht aus zwei Röhren Kl und K 2, von denen Röhre £2 normalerweise Strom führt, während Kl gesperrt ist. Die Röhren sind in der Schaltung so miteinander verbunden, daß Kl gesperrt wird, wenn Kl öffnet. Positiv gerichtete Impulse vom Gleichrichter D2 werden dem Steuergitter der Röhre Kl zugeführt und haben eine ausreichende Amplitude, um die Röhre stromführend zu machen. Wie ersichtlich, bewirkt jeder dem Steuergitter der Röhre Kl zugeführte positive Impuls nach einer Zeitverzögerung, die durch die Konstanten der Schaltung (besonders durch die Werte des Koppelkondensators K 3, des Widerstandes K 4 und der anliegenden Potentiale) bewirkt wird, an der Anode der Röhre K2 einen negativen Impuls. Jedem derartigen negativen Impuls geht, wie gleichfalls ersichtlich ist, ein positiver Impuls an der Anode von K2 voraus, der jedoch durch die zwischen Erde und Ausgangsleitung K 6 geschaltete Diode K5 unwirksam gemacht wird. Der Generator G ist natürlieh in bekannter Weise so geschaltet, daß er durch den negativen Impuls auf der Leitung K 6 zu triggern ist.

Die Abwandlung, die in Fig. 2 gezeigt wird, unterscheidet sich von Fig. 1 nur in der Art der verwendeten Zeitverzögerungsvorrichtung. Diese besteht in Fig. 2 aus einer magnetischen Aufnahme- und Wiedergabeanordnung, die eine endlose magnetische Drahtschleife K7 besitzt, die über Rollen i£8 läuft, die, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, vom Motor M in Pfeilrichtung angetrieben werden. In diesem Antrieb K9 kann irgendein (nicht dargestelltes) geeignetes Getriebe eingesetzt sein. Die Ausgangsimpulse des Gleichrichters D 2 werden durch den Schreibkopf KlO auf den Draht übertragen und nach der benötigten Zeitverzögerung durch den Lesekopf K11, der vom Schreibkopf einen passenden Abstand hat, aufgenommen und dem Generator G zugeführt. Ein Löschkopf K12 ist in gleichfalls bekannter Weise vorgesehen, um jeden aufgenommenen Impuls nach dem Lesen zu löschen. Da der Antrieb K9 der Aufzeichnung vom gleichen Motor ausgeht, der den Triggerschalter 5 betätigt, wird eine Abweichung von der Sendeimpuls-Folgefrequenz keine Fehler verursachen, da Veränderungen der Zeitdauer zwischen einem Sendeimpuls und dem nächsten entsprechende Drehzahländerungen am Antrieb K9 zur Folge haben. An Stelle der gezeigten Draht- oder Magnetband-Aufnahmeanordnung, die den magnetischen Draht oder das Magnetband K 7 enthält, kann auch eine an sich bekannte magnetische Speichertrommel verwendet werden.

Bei der Ausführung nach der Erfindung ist eine Einrichtung vorzusehen, die die direkten Signale vom Sender oder starke Frühechos von nahegelegenen Objekten unterdrückt, um einen Fehlstart der Zeitbasisablenkung zu verhindern. Solche Sperreinrichtungen können z. B. durch Torschaltungen dargestellt werden, wie sie in der Echolottechnik bekannt sind, die für kurze Perioden während und nach jeder Aussendung den Empfang sperren. So können z. B. Einrichtungen vorgesehen werden, die den Grundechoverstärker AB und/oder den Fischechoverstärker AF (vorzugsweise beide) für eine Zeit sperren, die etwas länger als jeder Sendeimpuls ist und diesen einschließt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Echolotgeräte, das geeignet ist, einen vorgegebenen, relativ kleinen Tiefenbereich mit großem Auflösungsvermögen zu untersuchen, bestehend aus einer Anzeigevorrichtung, Vorrichtungen zum Anstoßen einer Zeitablenkung für die Zeitbasis der Anzeigevorrichtung und Vorrichtungen zum Darstellen oder Sichtbarmachen empfangener Echosignale über der Zeitbasis, einen ersten und einen zweiten Signalkanal enthaltend, gekennzeichnet durch im ersten Signalkanal angeordnete Mittel (AF) zur Trennung des Bodenechoimpulses vom Fischechoimpuls und zur Zuführung des Bodenechoimpulses £ur Zeitablenkung der Zeitbasis, durch Vorrichtungen (K), welche die Echosignale für die Anzeige relativ zu dem Bodenecho, das die Zeitablenkung für die Zeitbasis der Anzeigevorrichtung, über die sie dargestellt werden sollen, anstößt, dadurch verzögern, daß das Bodenecho aus einem Impuls resultiert, der vor dem Impuls ausgesandt wurde, von dem diese Echosignale zur Anzeige herrühren, wodurch das Bodenecho um ein von dem zu untersuchenden Tiefenbereich abhängiges Zeitintervall verzögert wird.

2. Echolotgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den vom Grund empfangenen Druckwellen entsprechenden Signale einer

Verzögerungsvorrichtung (K) zugeführt werden, deren Ausgangssignale benutzt werden, um die Zeitbasis anzustoßen.

3. Echolotgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung (K) aus einer magnetischen Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung mit einem Aufnahmekopf (KlO) besteht, der zur Aufzeichnung von Signalen, die den vom Grund empfangenenen Druckwellen entsprechen, auf einem magnetischen Auf- io. nahmematerial (Kl) eingerichtet ist, das sich in bezug auf diesen Aufnahmekopf und gleichfalls in bezug auf einen zur Abnahme der aufgenommenen Signale geeigneten Hörkopf (KU) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt, wobei die Verzögerung durch den Zeitablauf zwischen dem Durchgang jedes gegebenen Punktes auf diesem Material unter den beiden Köpfen

hindurch bestimmt wird und wobei die Signale des Hörkopfes die zum Anstoß der Zeitbasis verwendeten Ausgangssignale darstellen.

4. Echolotgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den empfangenen Druckwellen vom Boden entsprechenden Signale über eine Zeitverzögerungsvorrichtung als Triggersignale einer getriggerten Impulsquelle (G) zugeführt werden, deren Ausgangsimpulse zum Anstoß der Zeitbasis benutzt werden.

5. Echolotgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den vom Boden empfangenen Druckwellen entsprechenden Signale durch Einrichtungen erzeugt werden, die einen Gleichrichter (Dl) enthalten, der so vorgespannt ist, daß er auf Signale einer geringeren als vorgegebenen Amplitude nicht anspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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