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Schaltungsanordnung für Echolotgeräte Die Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung für Echolotgeräte mit einem Verstärker, der empfangenen Echoimpulsen
entsprechende Schreibspannungen zur Aufzeichnung der Echos auf elektrisch empfindlichem
Papier liefert, insbesondere für eine leicht vom Grundecho unterscheidbare Aufzeichnung
der Echos von grundnahen Fischen.
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Bei Echolotschreibern werden die empfangenen Echos nach Verstärkung
einem periodisch über einen Schreibstreifen aus elektrisch empfindlichem Papier
bewegten Schreibgriffel zugeführt und entsprechend der Tiefe, aus der sie kommen,
in verschiedenem Abstand von einer der Meeresoberfläche oder einer geeignet gewählten
Anfangstiefe entsprechenden, parallel zu einer Kante des Schreibstreifens verlaufenden
Linie aufgezeichnet. Durch langsamen Vorschub des Schreibstreifens entsteht dabei
aus den dicht aneinandergereihten Echonufzeichnungen eine Tiefen kurve. Bei Verwendung
eines normalen Verstärkers zwischen Echoempfänger und Schreibgerät sind die von
dicht über Grund stehenden Fischen herrührenden Echos schwer von dem Grundecho zu
unterscheiden. Die Fischechos sind zwar im allgemeinen erheblich schwächer als das
Grundecho, diesen Unterschied durch verschiedene Stärke der entsprechenden Aufzeichnungen
sichtbar zu machen, erfordert jedoch eine sehr kritische Einstellung des Verstärkungsgrades
und gelingt nur ausnahmsweise, da der verfügbare Bereich verschiedener Aufzeichnungsstärken,
vom hellsten Grau bis zum tiefsten Schwarz, nur einem Amplitudenverhältnis von etwa
1: 3 entspricht und die zufälligen Schwankungen der Echoamplitude von ähnlicher
Größenordnung sein können. Bei einer mehr oder weniger nach Gutdünken vorgenommenen
Einstellung des Verstärkungsgrades werden daher im allgemeinen die Fischechos entweder
gar nicht oder mit gleicher Stärke wie das Grundecho aufgezeichnet. Dieser Nachteil
kann vermieden werden durch Verwendung eines Verstärkers mit zwei parallel geschalteten
Übertragungskanälen, deren einer eine sehr hohe Verstärkung und eine Begrenzung
der Ausgangsspannung auf einen niedrigen, nur zur Erzeugung schwacher Aufzeichnungen
ausreichenden Wert aufweist, während der andere eine kleinere Verstärkung und keine
oder eine erst bei einer zur Erzeugung kräftiger Aufzeichnungen ausreichenden Ausgangsspannung
einsetzende Begrenzung aufweist. Weiter ist vorgeschlagen, durch Differentiation
der steilen Front des Grundechos einen Impuls zu erzeugen, der dem Gitter der Endröhre
des Schreibverstärkers zugeführt wird und je nach seinem Vorzeichen das Schreiben
eines kurzen, kräftigen Zeichens oder eine kurzzeitige Unterdrückung der Echoaufzeichnung
bewirkt, auf welche Weise auf dem wandernden Schreibstreifen eine schwarze oder
weiße Trennlinie zwischen Fisch- und Grundecho entsteht. Bekannt ist ferner, die
empfangenen Echos mehrfach oder in schnellem Wechsel unter Anwendung verschiedener
Verstärkungsgrade aufzuzeichnen.
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Ferner ist auch schon vorgeschlagen worden, die starken Bodenechos
durch Verwendung einer periodisch ein- und ausschaltbaren Sperre gerastert, die
schwächeren Fischechos dagegen ungerastert aufzuzeichnen. Auch ist schon vorgeschlagen
worden, die starken Bodenechos durch Auslösung eines besonderen Schreibimpulserzeugers
im Echogramm stärker, als schwarze Schreibimpulslinien, hervorzuheben.
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Erfindungsgemäß läßt sich auf besonders wirksame Weise eine klar
unterscheidbare Aufzeichnung von Boden- und Fischechos dadurch erzielen, daß in
einem Parallelzweig des Verstärkers eine ICippschalw tung vorgesehen ist, die durch
Echoimpulse von vorgegebener Mindeststärke, die vom Grundecho, aber nicht von den
Fischechos erreicht wird, in einen nur zeitweilig oder bedingt beständigen Betriebszustand
überführbar ist und während der Dauer dieses Betriebszustandes eine Steuerspannung
liefert, und daß im Zuge des Empfangsverstärkers ein steuerbarer Begrenzer für den
Höchstwert der Schreibspannung vorgesehen ist, der durch die ihm von der Kippschaltung
zugeführte Steuerspannung wirksam bzw. unwirksam gemacht wird, wobei im ersten Falle
der Begrenzer normalerweise unwirksam, im zweiten Falle normalerweise wirksam ist.
Mit einer solchen Schaltung ist es möglich, schwache Fischechos kräftig, mit starker
Schwärzung, starke Bodenechos dagegen
schwach, in einem Grauton,
aufzuzeichnen. Daß dabei die eigentliche Tiefenanzeige etwas weniger kräftig geschrieben
wird, als dies bei den üblichen Aufzeichnungsverfahren der Fall ist, ist von geringerer
Bedeutung gegenüber dem für Fischereizwecke wichtigen Vorteil, daß auf Fische zurückgehende
Echos als einzige kräftig schwarz geschrieben werden und dadurch sofort ins Auge
fallen.
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Für bei wenig bewegter See erhaltene Echogramme ist dies zwar ohne
wesentliche Bedeutung für die Möglichkeit, Fisch- und Grundechos getrennt zu erkennen
bzw. das Vorhandensein von Fischanzeigen überhaupt festzustellen. Bei Seegang haben
jedoch die Schiffsbewegungen ständige Schwankungen der geloteten Tiefe zur Folge,
so daß die Lage aufeinanderfolgender Tiefen aufzeichnungen sprungweise wechselt
und keine stetige Kurve der Meerestiefe entsteht. Unter solchen Verhältnissen sind
bei Schwarzaufzeichnung der Bodenechos und Grauzeichnung der Fischechos die Fischechos,
die den Grundechos in geringem Abstande vorgelagert sind, kaum noch zu erkennen.
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Das Wesen der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 die Form der Echos von Fischen und vom Meeresgrund in idealisierter
Darstellung, Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Echolotschreibverstärkers
nach der Erfindung, Fig. 3 ein mit dem Verstärker nach Fig. 2 erhaltenes Echogramm.
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Fig. 1 zeigt das ungefähre Aussehen von Fisch- (F) und Grund- (G)
Echos nach erfolgter Gleichrichtung der hochfrequenten Impulse. Die angegebenen
Tiefenwerte gestatten einen Rückschluß auf die Länge der Echos. Die Amplituden sind
anschaulichkeitshalber in linearem Maßstab dargestellt, obwohl ein logarithmischer
Maßstab für die Darstellung der größenordnungsmäßig verschiedenen Echoarten angemessener
wäre; h bezeichnet die ungefähre Höhe der Öffnung eines Grundschleppnetzes. Bei
einem Verstärker nach der Erfindung wird die verschiedene Amplitude und gegebenenfalls
Form der Echos verschiedenen Ursprungs zur selektiven Betätigung einer Steuerschaltung
für die Aufzeichnungsstärke ausgenutzt.
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Die Ausführungsform eines solchen Verstärkers nach Fig. 2 ist zur
Verwendung mit einem schreibenden Echolotgerät üblicher Art bestimmt, wobei ein
Schreibgriffel 25 periodisch wiederkehrend, z. B. in Zeitabständen von einer Sekunde
(Lotperiode) quer über einen in Längsrichtung langsam weiterbewegten Schreib streifen
aus elektrisch empfindlichem Papier 26 geführt wird und gleichzeitig mit dem Beginn
des Griffelüb erl aufs oder eine bestimmte Zeit vorher ein kurzer Schallimpuls von
etwa einer Millisekunde Dauer und einer Frequenz von etwa 30 kHz mit einem am Schiffsboden
angebrachten elektroakustischen Wandler (Sender) in Richtung zum Meeresboden ausgesandt
wird. Die vom Meeresboden und von einem etwa unter dem Schiff stehenden Fischschwarm
nach einer der Tiefe, aus der sie kommen, entsprechenden Zeit (ein Tiefenmeter entspricht
1,33 Millisekunden Rückkehrzeit) zurückkehrenden Echos werden von einem zweiten
elektroakustischen Wandler (Empfänger) empfangen und nach Verstärkung und gegebenenfalls
Gleichrichtung dem Schreibgriffel zugeführt. Das elektrisch empfindliche Papier
ist mit einer hellfarbigen Deckschicht
überzogen, die bei Zuführung einer elektrischen
Spannung zum Schreibgriffel eine Zersetzung erfährt und dadurch, je nach Größe der
Spannung, die einen gewissen Mindestwert überschreiten muß, und in Abhängigkeit
von dem Widerstand des Schreibkreises mehr oder weniger geschwärzt wird. In der
Einleitung ist schon darauf hingewiesen, daß der Grad der Schwärzung des Papiers
bei der Aufzeichnung von Echos nur in beschränktem Maße eine Schätzung der Echostärke
gestattet.
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An Stelle der natürlichen direkten Entsprechung von Echostärke und
Schwärzung wird durch den Verstärker nach Fig. 2 ein künstlicher Zusammenhang mit
umgekehrter Entsprechung gesetzt, derart, daß eine einstellbare kritische Amplitude
übersteigende Echos in einem Grauton und alle Echos geringerer Stärke, wenigstens
soweit ihre Amplitude einen ebenfalls wählbaren unteren Grenzwert von z. B. einem
Zehntel bis einem Tausendstel der kritischen Amplitude nicht unterschreitet, kräftig
schwarz geschrieben werden. Hierzu ist zu bemerken, daß es in der Natur der Sache
liegt, daß ganz schwache Echos wieder grau geschrieben werden. Man hat es jedoch
in der Hand, die untere Grenze des Schwarzschreibens so zu legen, daß davon nur
Echos mit nicht mehr interessierender Amplitude, die schon im Störpegel liegen,
betroffen werden. Weiter ist es zur Erreichung des gewünschten Zweckes, nämlich
die Unterscheidung von Fisch- und Grundechos, im praktischen Gebrauch erforderlich,
die erstgenannte kritische Amplitude, oberhalb derer graue Echoaufzeichnungen er
halten werden, so zu wählen, daß diese Aufzeichnungsart nur für die durch ihre Stärke
eine Sonderstellung einnehmenden Echos vom Meeresgrunde statthat. Es folgt nun eine
Beschreibung des Aufbaues und der Arbeitsweise des Verstärkers nach Fig. 2.
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Die von dem Schallempfängerl aufgenommenen hochfrequenten Echoimpulse
werden einem zweistufigen Vorverstärker V mit den Röhren 2 und 3 und dem Verstärkungsregler
4 zugeführt. Zur Unterdrückung des sogenannten Nullsignals, das bei der Aussendung
des Lotimpulses durch akustisches Übersprechen vom Sender auf den Empfänger entsteht,
ist ein periodisch während jeder Impuls aussendung ge schlossener Kontakt 5 vorgesehen,
der die Verstärkung der Röhre 3 durch Anlegen einer negativen Spannung 6 an das
Gitter der Röhre vorübergehend auf nahe Null herabsetzt. Die am Ausgang des Vorverstärkers
erhaltene verstärkte Impuls spannung wird weiter in Parallelschaltung dem eigentlichen
Schreibverstärker A und der Steuerschaltung B zugeführt. Im Verstärkerteil A wird
die hochfrequente Impulsspannung durch die Röhre 7 weiter verstärkt und über einen
Kondensator 8 einer eine Spannungsverdoppelung bewirkenden Gleichrichterschaltung
mit den Gleichrichtern9, 10 und dem Glättungskondensator 12 zugeführt. Der Leiter
11 dieser Schaltung ist über die Vorspannungsquelle 21 und den parallel liegenden
Kondensator 22 mit der Kathode 20 der Endröhre 18 und weiter wechselstrommäßig über
den Kondensator 23 und den parallel geschalteten hochohmigen Widerstand 24 mit Erde
verbunden. Die am Kondensator 12 erhaltene gleichgerichtete Impulsspannung wird
dem Gitter 19 der Endröhre 18 nicht unmittelbar, sondern über eine Verzögerungskette
K mit den Kondensatoren 12, 13, 14, den Selbstinduktionsspulen 15 und dem hochohmigen
Abschlußwiderstand 16 zugeführt. Die Grenzfrequenz der Verzögerungskette,
deren
Zweck weiter unten erklärt werden wird, beträgt mindestens 1000 Hz, so daß einerseits
die Form der ihrem Eingang zugeführten gleichgerichteten Echoimpulse nicht verändert
wird und andererseits keine Hochfrequenz zum Gitter 19 gelangt. Die Gesamtverzögerung
ist etwa 0,2 bis 0,6 Millisekunden.
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Zwischen der Kathode 20 der Endröhre 18 und Erde liegt das Schreibgerät
S mit dem Schreibgriffel 25 und dem über eine leitende Platte 27 geführten Schreibstreifen
26. Die Größen des dem Schreibgerät parallel liegenden Kondensators 23 und des Widerstandes
24 sind so gewählt, daß die dem Schreibgerät zugeführten gleichgerichteten Echoimpulse
nicht nennenswert geschwächt werden.
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Durch die Spannungsquelle 21 wird das Gitter 19 so weit negativ vorgespannt,
daß nur ein kleiner Strom durch die Endröhre 18 und den Widerstand 24 fließt. Der
entprechende, gleichzeitig am Schreibgerät S liegende Spannungsabfall am Widerstand
24 ist so klein, z. B. 30 V, daß er keine Aufzeichnung erzeugt.
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Dadurch, daß das Schreibgerät S in den Kathodenkreis der Endröhre
18 geschaltet ist, kann es einseitig an Erde angeschlossen werden und liegt nicht
auf dem Potential der Anodenspannungsquelle, ohne daß es erforderlich ist, zu diesem
Zweck das Schreibgerät über einen Transformator anzuschließen. Eine weitere Besonderheit
ergibt sich im Verstärkerteil A aus der Zuführung der gleichgerichteten Impulsspannung
zwischen Gitter und Kathode der Endröhre 18, wodurch die Verstärkerwirkung dieser
Röhre erhalten bleibt, im Gegensatz zu der üblichen Kathodenverstärkerschaltung.
Bei Auftreten einer Hochfrequenzspannung an der Anode der Röhre 7 lädt sich, unter
der Voraussetzung, daß der Wechselstromwiderstand des Schaltungsteils 21 bis 25
vernachlässigbar gegen den der Kondensatoren 8 und 12 ist, der Kondensator 12 auf
die doppelte Hochfrequenzamplitude auf, und zwar unabhängig von der Spannung des
Leiters 11 gegen Erde und eine nachfolgende Anderung dieser Spannung. Bei Anhalten
der hochfrequenten Impulsspannung wird die am Kondensator 12 erhaltene gleichgerichtete,
niederfrequente Impulsspannung über die Verzögerungskette K an deren Abschlußwiderstand
16 und damit zwischen Gitter 19 und Kathode 20 der Röhrel8 wirksam und verursacht
eine der Steilheit der Röhre entsprechende Zunahme des Anodenstromes und damit eine
Vergrößerung des Spannungsabfallls am Widerstand 24, der im Schreibgerät S als Schreibspannung
wirksam ist.
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Überschreitet die am Griffes 25 liegende Schreibspannung einen unteren
Grenzwert von 40 V, so wird eine Aufzeichnung erzeugt. Die an der Ansprechgrenze
schwachen Aufzeichnungen werden mit zunehmender Schreibspannung kräftiger und erreichen
ihre größte Stärke bei etwa 120 V. Der Verstärker A ist so entworfen, daß diese
Spannung nicht wesentlich überschritten werden kann, um eine Zerstörung des Aufzeichnungspapiers
zu verhindern. Gegebenenfalls kann zu diesem Zweck dem Schreibgerät auch ein spannungsabhängiger
Widerstand parallel geschaltet sein.
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Die Erfindung ist übrigens nicht an die besondere, beispielsweise
beschriebene Ausbildung der Gleichrichterschaftung und der Endstufe gebunden, wofür
auch andere Möglichkeiten bestehen.
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Da empfangene Echoimpulse über die Verzögerungskette K laufen müssen,
ehe sie an der Endröhre
18 wirksam werden, erfolgt die Aufzeichnung der Impulse mit
einer gewissen Verspätung gegenüber ihrem Eintreffen, was eine fehlerhafte Tiefenaufzeichnung
zur Folge haben würde. Durch eine der Laufzeit der Impulse in der Verzögerungskette
entsprechende Vorverlegung der Impulssaussendung relativ zur Griffelbewegung kann
dieser an sich geringfügige, weniger als 1 m betragende Fehler leicht kompensiert
werden.
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Während man im allgemeinen die Entladezeitkonstante der Gleichrichterschaltung
so wählen wird, daß die Echoimpulse ohne Formveränderung am Schreibgerät S wirksam
werden, kann es manchmal vorteilhaft sein, die Entladezeitkonstante so zu wählen,
daß die Echoimpulse um ein Mehrfaches verlängert werden, da insbesondere die Fischechoaufzeichnungen
dann deutlicher werden. Der dadurch vergrößerten Gefahr eines Ineinanderlaufens
von grundnahen Fisch- und Bodenechos wird durch die im vorliegenden Falle angewendete
Steuerung der Aufzeichnungsstärke mittels der Steuerschaltung B, die im nachfolgenden
näher beschrieben wird, wirksam begegnet.
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Die an der Anode der Röhre 3 erhaltene hochfrequente Impulsspannung
wird außer dem Schreibverstärker A auch der Steuerschaltung B zugeführt, und zwar
zunächst dem Gitter einer Verstärkerröhre 29 mit durch Regler30 einstellbarer Verstärkung.
Die verstärkte Impulsspannung wird anschließend über einen Kopplungskondensator
31 einem Gleichrichter 32 zugeführt, der über Leiter 33 und einen großen Kondensator
34 geerdet ist und durch Gleichrichtung des Hochfrequenzimpulses am Gitter 38 der
Röhre 37 eine negative, niederfrequente Impulsspannung erzeugt. Die Röhre 37 gehört
zusammen mit der Röhre 42 einer monostabilen Kippschaltung an, deren Kathodenleitung33
mittels eines vom Anodenstrom der beiden Röhren durchflossenen veränderlichen Widerstandes
35, mit dem eine Glimmlampe 36 konstanter Brennspannung in Reihe geschaltet ist,
auf ein zwischen etwa 50 und 100 V liegendes Potential gegen Erde eingestellt werden
kann, das durch den großen Kondensator 34 unabhängig vom Betriebszustand der Kippschaltung
konstant gehalten wird.
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In dem normalen stabilen Zustand der Kippschaltung ist die Röhre
37 leitend, ihre Anode befindet sich auf verhältnismäßig niedrigem Potential, und
am Gitter 43 der Röhre 42 liegt eine negative Spannung, die diese Röhre nichtleitend
macht. Bei Auftreten eines negativen Spannungsstoßes von ausreichender, einen kritischen
Wert übersteigender Größe am Gitter 38 der Röhre 37, wie er durch Gleichrichtung
eines Echoimpulses von ausreichender Amplitude erzeugt werden kann, wird die Röhre
37 vorübergehend gesperrt, wodurch die Kippschaltung in den quasistabilen Zustand
iibergeht. Durch Ansteigen der Spannung am Gitter 43 der Röhre 42 wird diese leitend
und sperrt ihrerseits über Kondensator 40 und Gitter 39 die Röhre 37 so lange, bis
sich der Kondensator 40 über einen einstellbaren Widerstand 41 ausreichend entladen
hat, worauf die Schaltung in den ursprünglichen normalen Betriebszustand zurückkehrt.
Die Rückkippzeit wird je nach den Umständen, wobei es unter anderem auf die Länge
der Lotperiode und den aufgezeichneten Tiefenbereich ankommt, zwischen 10 und 300
Millisekunden gewählt. An die Anoden der Röhre 37 ist weiter das Gitter 45 einer
Dreielektrodenröhre 44 angeschlossen, deren Kathode das Potential des Leiters 33
hat und deren Anode 46
mit dem Gitter 19 der Endröhre 18 verbunden
ist. Im Normalzustand der Kippschaltung, d. h. bei leitender Röhre 37, ist die Röhre
44 ebenso wie die Röhre 42 durch negative Gitterspannung gesperrt, während im quasistabilen
Zustand der Schaltung die Gittervorspannung so weit verringert wird, daß die Röhre
44 für ihrer Anode 46 zugeführte, über dem Potential von 33 liegende Spannungen
leitend ist. Die Röhre 44 wirkt dann als Begrenzer für die positive Spannung des
Gitters 19, so daß diese das mit dem Widerstand 35 eingestellte Potential der Kathodenleitung
33 nicht überschreiten kann. Da insbesondere bei Fließen eines größeren Anodenstromes
das Potential der Kathode 20 nur wenig höher als das des Gitters 19 sein kann, ist
damit auch die Schreibspannung auf ungefähr den gleichen Wert begrenzt. Mit Hilfe
des Widerstandes 35 wird die bei eingeschalteter Begrenzerröhre 44 wirksame Spannungsbegrenzung
auf einen solchen Wert, z. B. 80 V, eingestellt, daß entstehende Echoaufzeichnungen
eine mittlere Stärke haben, die sie von den bei ausgeschalteter Begrenzung, für
Schreibspannungen von 120 V und mehr, erhaltenen Aufzeichnungen größtmöglicher Stärke
deutlich unterscheidbar macht.
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Betriebs- und Wirkungsweise der Verstärkerschaltung nach Fig. 2,
wobei schwache grundnahe Fisch-und starke Bodenechos gleichzeitig empfangen und
gut unterscheidbar aufgezeichnet werden sollen, sind wie folgt. Der Regler 4 wird
so eingestellt, daß schon die schwächsten zu erwartenden Fischechos auf dem Wege
über das VerstärkerteilA und bei normalerweise ausgeschalteter Begrenzerröhre 44
tiefschwarze Aufzeichnungen erzeugen. Ist gleichzeitig durch entsprechende Einstellung
des Reglers 30 die Verstärkung der Röhre 29 zu Null gemacht, so vermögen auch die
stärksten Bodenechos die Kippschaltung nicht auszulösen und dadurch die Begrenzerröhre
44 einzuschalten. Die Bodenechos werden daher ebenfalls tiefschwarz und, wenn möglich,
noch schwärzer als die Fischechos aufgezeichnet. Man erhöht nun durch Betätigung
des Reglers 30 die Verstärkung der Röhre 29 so weit, daß die in Abständen von etwa
einer Sekunde (Lotperiode) empfangenen Bodenechos, deren Stärke gewissen Schwankungen
unterworfen sein kann, ohne Ausnahme die Kippschaltung auslösen und die Begrenzung
der Schreibspannung einschalten. Diese Echos werden dann mit verringerter Stärke
in einem Grauton aufgezeichnet, während die unter der kritischen Auslösungsamplitude
der Kippschaltung bleibenden schwächeren Echos von Fischen tiefschwarz geschrieben
werden.
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Wird die mittels des Widerstandes 41 einstellbare Rückkippzeit der
Kippschaltung verhältnismäßig kurz, z. B. zu 10 Millisekunden, bemessen, so wird
die Begrenzung der Schreibspannnung schon ausgeschaltet, ehe das verhältnismäßig
lange Grundecho abgeklungen ist. Seine Amplitude ist dann zur Auslösung der Kippschaltung
nicht mehr ausreichend, aber noch groß genug, um tiefschwarz aufgezeichnet zu werden.
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Die Tiefenaufzeichnung stellt sich dann dar als ein graues Band von
einer Breite entsprechend 7,50 Tiefenmetern, dessen obere Kante die Meerestiefe
angibt und an dessen unterer Kante sich ein mehr oder weniger breites tiefschwarzes
Band anschließt. Obwohl eine Verwechslung mit Fischechoaufzeichnungen nicht möglich
ist, kann eine derartige Tiefenaufzeichnung unerwünscht sein. Durch Vergrößerung
der Rückkippzeit ist leicht zu erreichen,
daß das Grundecho in seiner ganzen Länge
in grauem Ton geschrieben wird. Natürlich darf die Rückkippzeit nicht so lang gemacht
werden, daß dadurch die Aufzeichnungen in der nächstfolgenden Lotperiode gestört
werden. Immerhin ist es möglich, sie nur etwas kürzer als die Länge der Lotperiode
zu machen, in welchem Falle nur die kurz vor dem Grundecho eintreffenden Fischechos
schwarz aufgezeichnet werden, dagegen alle vorher eintreffenden Echos, darunter
auch das NullsignaI, grau. Normalerweise läßt man die Rückkippzeit vor der nächsten
Lotimpulsaussendung enden, in welchem Falle die schon beschriebene Nullsignalunterdrückung
durch den Schalter 5 eine vorzeitige Auslösung der Begrenzung durch das starke Nullsignal
verhindert. Wenn zu Kontrollzwecken das Nullsignal mit aufgezeichnet werden soll,
kann man seine Unterdrückung auf die Steuerschaltung B beschränken, indem man die
Anordnung 5, 6 dem Gitter der Röhre 29 zuordnet. Allgemein hat man es durch entsprechende
periodische Betätigung des Schalters 5 in der Hand, die Auslösbarkeit der Kippschaltung
auf bestimmte Teile eines Lotbereiches zu beschränken.
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Da bei richtiger Einstellung der kritischen Auslösespannung die Begrenzung
der Schreibspannung erst bei einer Impulsspannung ausgelöst wird, die oberhalb des
zum Schwarzschreiben erforderlichen Wertes liegt, würde ohne die Verzögerungskette
K der Beginn der Bodenechos tiefschwarz geschrieben werden, was im allgemeinen unerwünscht
ist, da diese Aufzeichnungsart den Fischechos vorbehalten bleiben soll.
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Durch die Einschaltung der Verzögerungskette ist jedoch die von einem
Grundechoimpuls ausgelöste Begrenzung der Aufzeichnungsstärke schon wirksam, kurz
bevor dieser Impuls am Gitter 19 der Endröhre 18 eintrifft. Die Verzögerungszeit
der Kette kann so knapp eingestellt werden, daß nur Echos von Fischen, die weniger
als 0,2 bis 0,3 m über Grund stehen, der Begrenzung unterliegen und daher nicht
schwarz geschrieben werden. Unter geeigneten Umständen kann auf die Vorsehung der
Verzögerungskette auch verzichtet werden.
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Fig. 3 zeigt ein mit der Schaltung nach Fig. 2 erhaltenes Echogramm.
Durch ihre große Aufzeichnungsstärke fallen die Echos von Fischen sofort ins Auge.
Links ist ein an einem unterseeischen Hang stehender Fischschwarm dargestellt, der
bei normaler Aufzeichnung wegen des unregelmäßigen Bodenprofils leicht übersehen
werden könnte. Das gleiche gilt von dem weiter rechts dargestellten, sich eng an
den Meeresboden anschmiegenden Fischschwarm. Nur der rechte Teil dieses Schwarmes,
der einen größeren Abstand vom Grunde hat, würde auch bei normaler Aufzeichnung
leicht als solcher erkennbar sein.
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An Stelle der beschriebenen Kippschaltung können auch andere, auf
eine bestimmte Echoamplitude ansprechende Kippschaltungen verwendet werden, gegebenenfalls
auch in Verbindung mit einem sich nur langsam entladenden Spannungsspeicher, der
nach dem Rückkippen der Kippschaltung die Begrenzung der Schreibspannung für eine
gewisse Zeit aufrechterhält. Insbesondere kann eine nach Schmitt benannte spannungsabhängige
bistabile Multivibratorschaltung vorgesehen sein (vgl. J. Millman und H. Taub, Pulse
and Digital Circuits, New York, 1956, S. 164, und M. 1. T. Radiation Laboratory
Series, Bd. 19, New York, 1949, S.166). Diese Schaltung enthält ebenfalls zwei Röhren,
die so gekoppelt
sind, daß jeweils nur eine von beiden leitend sein
kann. Der jeweilige Betriebszustand hängt in diesem Falle verzögerungs- und nachwirkungsfrei
von der Größe der dem Gitter der ersten Röhre zugeführten Spannung, insbesondere
der gleichgerichteten Echoimpulsspannung, ab, so daß die erste Röhre leitet, wenn
die Eingangsspannung einen einstellbaren kritischen Wert übersteigt, und die zweite
Röhre, wenn die Eingangsspannung unter diesem Wert liegt. Diese Schaltung kann,
ähnlich wie die beschriebene Kippschaltung, zur Steuerung der als Begrenzer wirkenden
Röhre 44 verwendet werden, so daß alle ein gewisses Maß übersteigenden Echoamplituden
grau geschrieben werden.
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Noch andere Ausführungsformen einer Schaltung nach der Erfindung
ergeben sich, wenn die zur Auslösung der Kippschaltung dienende Spannung durch Differentiation
oder Integration der empfangenen und gleichgerichteten Echoimpulse mit einer C-R-bzw.
R-C-Schaltung erzeugt wird, wie dies z. B. für die Gewinnung von Synchronisierimpulsen
in Fernsehgeräten bekannt ist. Der Einsatz des Grundechos gibt wegen der größeren
Amplitude dieses Echos einen wesentlich höheren Wert des Differentialquotienten
als die schwächeren Echos von Fischen, wodurch eine selektive Auslösung der Kippschaltung
ermöglicht wird. Bei einer Integrationsschaltung ist dem aufgeladenen Kondensator
ein verhältnismäßig kleiner Widerstand parallel zu schalten, so daß die von schwachen
Echos erzeugten Aufladespannungen schnell abklingen und nur das stärkere und länger
anhaltende Bodenecho eine zur Auslösung der Kippschaltung ausreichende Aufladung
erzeugt. Die Auslösung wird in diesem Falle etwas später erfolgen, als wenn sie
durch die Amplitude oder den Differentialquotienten bewirkt wird, so daß eine entsprechend
größere Verzögerung der aufzuzeichnenden Impulse vorzusehen ist, um ein Schwarzschreiben
des Bodenechoeinsatzes zu verhindern. Bei Verwendung einer Integrationsschaltung
ist die Gefahr einer fehlerhaften Auslösung der Begrenzung durch kurzdauernde Störimpulse
geringer als bei den anderen genannten Auslösungsarten.
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Die beschriebene Verstärkerschaltung und ihre abgeänderten Ausführungsformen
können auch dazu benutzt werden, um die Aufzeichnungsstärke so zu steuern, daß in
an sich bekannter Weise unterhalb eines kritischen Wertes liegende Echoamplituden
grau, darüberliegende schwarz geschrieben werden.
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In diesem Falle ist die Begrenzerröhre normalerweise leitend und wird
erst gesperrt, wenn die Echoamplitude einen gewissen Wert überschreitet, wobei je
nach Art der benutzten Kippschaltung und der Art der Auslösung eine rein amplitudenabhängige
Aus- und Wiedereinschaltung (Kippschaltung nach Schmitt) der Begrenzung oder ein
nach erfolgter Abschaltung der Begrenzung durch den Ablauf einer von der Echcamplitude
unabhängigen Rückkippzeit bestimmtes Wiedereinschalten möglich ist. Schließlich
kann eine von der Grundechofront ausgelöste Kippschaltung auch zur Erzeugung eines
kurzen Steuerimpulses von etwa 1 bis 2 Millisekunden Dauer dienen, der dem Gitter
der Endröhre zugeführt wird und diese vorübergehend sperrt oder die Aufzeichnungsstärke
über ein sonst nicht überschreitbares Maß hinaus vergrößert, so daß grundnahe Fischaufzeichnungen
und Tiefenaufzeichnung in an sich bekannter Weise durch eine weiße oder schwarze
Linie getrennt sind.
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Die Verwendung einer Kippschaltung in einem Parallelzweig des Schreib
verstärkers zur Steuerung der Aufzeichnungsstärke hat den Vorteil, daß schon geringe
Abweichungen von dem kritischen Amplitudenwert eine sprungweise Änderung der Schreibstärke
zur Folge haben, wobei das verzögerungsfreie Ansprechen der Schaltung für die Aufzeichnung
kurzdauernder Impulse besonders wichtig ist, und daß im Vergleich zu einer mit stetiger
Verstärkungsregelung arbeitenden Schaltung keinerlei Rückkopplungsschwierigkeiten
auftreten.
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Die Verstärkerschaltung nach der Erfindung kann auch in Verbindung
mit einem Kathodenstrahlrohr, auf dessen Schirm der periodisch abgelenkte Leuchtfleck
den Empfang von Echoimpulsen durch Aufhellung anzeigt, verwendet werden.