DE1193685B

DE1193685B - Echoentfernungsmessgeraet

Info

Publication number: DE1193685B
Application number: DEK27955A
Authority: DE
Inventors: William Halliday; Peter Roy Hopkin
Original assignee: Kelvin Hughes Ltd
Current assignee: Kelvin Hughes Ltd
Priority date: 1957-01-24
Filing date: 1956-01-25
Publication date: 1965-05-26
Also published as: GB785001A; US3019411A; BE544683A; FR73126E; NL110770C; NL203812A; NL224215A; GB839131A; GB839132A; FR1140572A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIc

Deutsche Kl.: 42 c-18

Nummer: 1193 685

Aktenzeichen: K 27955IX b/42 c

Anmeldetag: 25. Januar 1956

Auslegetag: 26. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Echoentfernungsmeßgeräte, d. h. auf Systeme, bei denen Impulse oder Wellenstöße von einem Sender ausgesendet werden und ein Teil der Wellenenergie als Echosignale von Gegenständen, die diese Wellen auf ihrem Wege treffen, zu einem Empfänger zurückreflektiert werden und wobei die aufgenommenen Echosignale einer Zeitmeß- oder Registriervorrichtung so gezeigt oder registriert werden, daß die Laufzeit ein Maß der Entfernung darstellt. Beispiele solcher Systeme sind Echolotungen im Wasser, Materialprüfungen fester Körper und Funkmeßgeräte (Radar).

Bei einigen Zwecken der akustischen Echolotung ist es z. B. erwünscht, einen Bereich von Tiefen abzutasten, der nahe am Meeresgrund liegt und der nur einen geringen Teil der Gesamttiefe von der Meeresoberfläche zum Meeresgrund darstellt. Ein Beispiel ist die Feststellung von Fischen, die sich nahe am Meeresgrund befinden, wo die Gesamttiefe beispielsweise 400 m beträgt und der Bereich der Tiefen, die untersucht werden sollen, in der Größenordnung von 2 bis 4 m vom Meeresgrund liegi.

In diesen Fällen bestand bisher die Auffassung, daß eine Anzeige mit einer Kathodenstrahloszillographenröhre einem mechanischen Registriergerät, wie etwa einem elektrolytischen Feder-Registriergerät, vorzuziehen ist. Ein Grund für diese Auffassung ist der, daß die erstgenannte Art, die mit Ablenkung eines Leuchtpunktes arbeitet, die Darstellung einer größeren Anzahl getrennter Niveaus von Echointensität gestattet als die letztgenannte Art, bei der verschiedene Echointensitäten durch verschiedene Grade der Schwärzung eines Papierstreifens dargestellt werden.

Ein weiterer Grund ist der, daß die Intensität des Punktes einer Kathodenstrahlröhre sich umgekehrt mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Punktes ändert. Es wird üblicherweise so vorgegangen, daß das große vom Meeresgrund empfangene Echo den Punkt weit über den Bildschirm ablenkt, und damit ist bei diesem Echo die Geschwindigkeit des Punktes hoch. Bei einem Echo, das von einem Fisch in der Nähe des Bodens zurückgeworfen wird, wird andererseits der Punkt nur in geringem Maße abgelenkt, und die Helligkeit ist daher verhältnismäßig hoch.

Gewisse Schwierigkeiten ergeben sich, wenn die Aufgabe vorliegt, auf dem Bildschirm nur einen geringen Bruchteil der Gesamttiefe darzustellen. So ist beispielsweise bei einer Gesamttiefe von 400 m die Echozeit, das ist die Zeit zwischen der Sendung eines Impulses und dem Empfang des Echos, ungefähr 500 Millisekunden und die verwendete Impulswie-Echoentfernungsmeßgerät

Anmelder:

Kelvin & Hughes Limited,

Hillington, Glasgow (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg,
Von-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:

Peter Roy Hopkin,

William Halliday, Barkingside, Essex

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. Januar 1955 (2237)

derkehrperiode ungefähr die gleiche. Der abgetastete Bereich soll jedoch nur etwa 30 Millisekunden betragen. Das Ergebnis ist, daß der Beobachter des Bildschirmes sehr kurze Darstellungen der Echos erhält, die sich mit einem Zeitabstand von ungefähr einer halben Sekunde ablösen. Es hat sich gezeigt, daß sich daraus eine beträchtliche Ermüdung ergibt. Weiterhin sind wegen des verhältnismäßig langen Zeitraumes zwischen den Darstellungen keine zwei aufeinanderfolgenden Darstellungen genau gleich, und insbesondere ändert sich der Abstand vom Schiff zum Meeresgrund infolge der Bewegung des Schiffes normalerweise beträchtlich. Da bei den bekannten Anordnungen im allgemeinen die Zeitablenkung der Kathodenstrahlröhre in Abhängigkeit von der Zeit des Auftretens der gesendeten Impulse ausgelöst wird, bedeutet dies, daß die Stellung des Meeresgrundechos auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre sich laufend ändert, wodurch der Vergleich aufeinanderfolgender Bilder erschwert wird.
Etwaige Verwendung eines Bildschirmes von hoher Nachleuchtdauer stellt nur eine sehr begrenzte Hilfe dar, da bei einem solchen Bildschirm die Helligkeit am Anfang sehr schnell abnimmt, obwohl sie mit einer geringen Intensität für eine lange Zeit weise terbestehen kann.

Entsprechende Schwierigkeiten, wie die vorstehend bei akustischen Echolotgeräten dargestellten, können

509 577/103

3 4

auch bei ähnlichen anderen Systemen festgestellt der Bodenechos auftreten, die Zeitablenkung auswerden, lösen können. Bei Verwendung einer Kathoden-Hauptziel der Erfindung ist, verbesserte Echoent- strahlröhre als Anzeigevorrichtung lenken die verfernungsmeßgeräte zu schaffen, bei denen die eine zögerten Echosignale den Kathodenstrahl zweck- oder die beiden genannten Schwierigkeiten im we- 5 mäßig in Querrichtung zur Zeitablenkung des Strahsentlichen vermindert oder ganz ausgeschaltet wer- les ab. Unter Verwendung einer speichernden und den. abfragenden Verzögerungseinrichtung wird die Zeitin einer nicht vorveröffentlichten älteren Patent- ablenkung vorteilhaft derart durchgeführt, daß zwianmeldung ist bereits ein impulsgetastetes Echolot- sehen aufeinanderfolgenden Sendungen die gespeigerät für Unterwasserschall vorgeschlagen worden, io cherten Echosignale mehrfach abgefragt werden, und bei dem die Echolotimpulse auf einen endlosen die Verzögerungseinrichtung wird so ausgebildet, daß Magnettonträger aufgezeichnet werden und ein oder während der Abfragung keine Löschung stattfindet, zwei relativ zum Magnettonträger verstellbare Ab- vorzugsweise indem die Löschung durch eine Schalttastorgane vorgesehen sind, mit welchen die Impulse vorrichtung unterbrochen wird, wobei die Verzögemit einstellbarer Phasenverschiebung gegeneinander 15 rung derart gewählt ist, daß in dem Oszillographen zur Anzeige gebracht werden können. Die Einstel- die während der verschiedenen Abfragungsdurchlung ist dabei derart, daß einfach reflektierte und gänge erzeugten Anzeigemarken übereinanderliegen. mehrfach reflektierte Echoimpulse dicht nebenein- Dabei kann die Zeitablenkung selbsttätig eine vorher ander angezeigt werden. In einem anderen nicht vor- bestimmte Anzahl von Abfragungsdurchgängen ausveröffentlichten älteren Patent ist ferner ein Verfah- 20 führen, bevor sie wieder auf die Auslösung anspricht, ren zum Aufzeichnen von über dem Grund stehen- wobei die Ablenkfrequenz dem Oszillographen angeden Fischschwärmen oder sonstigen, schwächer als paßt ist.

der Boden reflektierenden Gegenständen durch Echo- Als Verzögerungseinrichtung kann zweckmäßig lotung vorgeschlagen, bei dem eine von den Boden- eine magnetische Aufnahmevorrichtung verwendet echos betätigte, auf schwächere Echos nicht anspre- 25 werden, bei welcher durch einen Aufzeichnungskopf chende Steuerung verwendet wird, durch die selbst- die Echosignale auf einem rotierenden Träger nach tätig in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Eintreffens Art einer magnetisierbaren Trommel aufgezeichnet des Bodenechos der Nullpunkt der Aufzeichnung und durch einen Wiedergabekopf, dessen Abstand in derart verschoben wird, daß die Bodenechos auf Drehrichtung des Trägers vom Aufnahmekopf durch dem Aufzeichnungsträger eine Echokurve in Form 30 die gewünschte Verzögerungszeit bestimmt ist, abgeeiner geraden Linie senkrecht zur Bewegung des nommen und durch einen Löschkopf gelöscht wer-Aufzeichnungsgliedes ergeben. Der Nachteil dieses den können. Hierbei wird gemäß zweckmäßiger Wei-Verfahrens besteht darin, daß durch die Steuerung terbildung der Erfindung die Zeitablenkung von der Aufzeichnungsträger ständig hin- und herbewegt Echosignalen ausgelöst, die von einem weiteren Wiewerden muß. 35 dergabekopf abgenommen werden, der auf der ma-Die Erfindung geht aus von einem Entfernungs- gnetisierbaren Trommel so angeordnet ist, daß die meßgerät zur Darstellung (Anzeige oder Registrie- Zeitverzögerung bis zu diesem weiteren Kopf geringer rung) von Echosignalen aus einem bestimmten Ent- ist als bis zu dem erstgenannten Wiedergabekopf,
fernungsbereich von einem Sender in einer Vorrich- Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungstung, deren Steuerung durch Echosignale erfolgt. 40 beispielen an Hand von Zeichnungen näher erläutert, Bei solchen Geräten besteht die Erfindung darin, daß und zwar zeigt

die Echosignale einmal über eine Verzögerungsein- Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

richtung einem (anzeigenden oder registrierenden) der Erfindung;

Oszillographen zugeführt werden und zum anderen Fig. 2 enthält Wellenformdiagramme, die die

über ein Amplitudensieb zur Zeitablenkungseinrich- 45 Wellenform (in idealisierter Form) zeigen, die an

rung des Oszillographen geleitet werden, wobei das verschiedenen Punkten in Fig. 1 auftreten;

Amplitudensieb im wesentlichen nur das stärkste Fig. 3, 5 und 7 sind Blockschaltbilder weiterer

Echosignal z. B. bei Echolotung im Wasser nur das Ausführungsformen der Erfindung;

Bodenechosignal durchläßt und dadurch die Zeit- F i g. 4, 6 und 8 zeigen zusätzliche Wellenformen, ablenkung auslöst, und daß die Verzögerungszeit der 50 die in den Stromkreisen der F i g. 3, 5 und 7 vordem Oszillographen zugeführten Echosignale derart handen sind, und

gewählt ist, daß die anzuzeigenden Echosignale wäh- F i g. 9 zeigt Wellenformen, die bei einer anderen

rend des durch das Auslöseechosignal (z. B. das Form der Erfindung auftreten.

Bodenechosignal) ausgelösten Zeitablenkverlaufs auf- In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile

treten. 55 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Entsprechend der Auslösung durch das Boden- Eine jede der Wellenformen ist mit einem kleinen echosignal bei der Echolotung im Wasser kann bei Buchstaben bezeichnet, und dieser Buchstabe erder Materialprüfung mit Ultraschall die Auslösung scheint in den Schaltbildern an der Stelle, an der durch das Echosignal von der Rückseite des Prüf- diese Wellenform auftritt. In Fig. 4, 6 und 8 sind körpers bewirkt werden. Bei Radargeräten auf Flug- 60 Wellenformen dargestellt, die zusätzlich in den zeugen oder Schiffen kann die Auslösung beispiels- Stromkreisen nach F i g. 3, 5 und 7 auftreten, wähweise durch die Reflexionen von einem bestimmten rend die gleichen, auch hier wie in Fig. 2 auftreten-Gelände- oder Küstenstreifen erfolgen. . den, nicht wiederholt sind, mit Ausnahme von der Die Ausgangsspannung des Amplitudensiebes Wellenform (e), die eingefügt ist, um das Zeitverkann die Zeitablenkung über einen Zeitkreis aus- 65 hältnis zwischen den verschiedenen Wellenformen zu lösen, der durch die Senderimpulse geöffnet wird zeigen.

und verhindert, daß Signale von großer Amplitude, In Fig. 1 sind die Bauteile, die als Sender- und

die zu wesentlich verschiedenen Zeiten von denen Empfängeranlage bezeichnet werden können, in

einem gestrichelten Rechteck 10 angeordnet. Diese Anlage besteht auf einem Impulsgenerator 11, der Impulse (a) in F i g. 2 mit einer Wiederkehrperiode von 500 Millisekunden erzeugt, die einem Impulsumformer 12 zugeführt werden, der die Impulse (a) in solche (b) von etwa 5 Millisekunden Dauer umwandelt. Die Wiederkehrperiode, die in diesem Beispiel gewählt ist, eignet sich bis hinauf zu einem Bereich von 400 m ohne Zweideutigkeit. Die Hinterflanken der Impulse (b) in F i g. 2 dienen dazu, einen Sendeimpulsgenerator 13 auszulösen, der einen Schwingungsstoß geeigneter Frequenz bei jedem Kippen erzeugt, und diese Stöße werden auf einen Sender Tx übergeführt, von dem aus Wellen in das Wasser gesendet werden.

Ein Empfänger Rx empfängt Echosignale, die eine Echo-Signalausgangsspannung (d) erzeugen, die einem mit Verstärkungsregelung versehenen Verstärker 14 zugeleitet wird. Die Impulse (a) werden zu einem Dämpfungs- oder Austastgenerator 15 geführt, der daraus eine Wellenform (c) erzeugt, die dem Verstärker 14 zugeführt wird, um dessen Verstärkung zu steuern. Der erste Teil 16 der Wellenform (c) ist dazu bestimmt, den Verstärker 14 zu dämpfen, und die von dem Impulsumformer 12 gegebene Verzögerung ist so gewählt, daß die Dämpfung wirksam wird, bevor das Senden erfolgt. Danach vergrößert die Wellenform (c) die Verstärkung des Verstärkers 14 bis zu einem Maximum nach ungefähr 250 Millisekunden. Auf diese Weise wird ein Ausgleich für die Abnahme der Echoamplitude mit der Entfernung geschaffen.

Das Echosignal (d) enthält ein Nullsignal 17 des Sendeimpulses, ein Meeresgrundecho 18 und ein zum zweitenmal auftretendes Meeresgrundecho 19, das dadurch entsteht, daß der Sendeimpuls zuerst am Meeresgrund, dann an der Oberfläche und dann wieder am Meeresgrund reflektiert wird. Ein Fischecho 20 ist ebenfalls gezeigt. Alle erwähnten Komponenten der Wellenform (<2) entstehen durch den gleichen Sendeimpuls 17, und später gesendete Impulse erzeugen gleichfalls entsprechende Komponenten.

Das Echosignal an der Endklemme 21 wird zu einer Verzögerungsvorrichtung 22, die innerhalb gestrichelter Linien gezeigt ist, geführt und enthält einen Aufnahmeverstärker 23, dessen Ausgang mit einem magnetischen Aufnahmekopf 24 verbunden ist, der so beschaffen ist, daß er die Signale auf der Oberfläche einer Trommel 25 aus magnetischem Material aufzeichnen kann. Die Trommel wird mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß die gewünschte Zeitverzögerung zwischen dem Aufnahmekopf 24 und einem Wiedergabekopf 26 erzeugt werden kann. Die Verzögerungszeit im gewählten Beispiel ist 10, und die Trommel 25 wird daher mit 3000 Umdrehungen je Minute gedreht. Ein Lösch- und Vormagnetisierungs-Oszillator 27 ist in üblicher Weise vorgesehen, um Löschschwingungen zu einem Löschkopf 28 zu führen und Vormagnetisierungsschwingungen zu dem Aufnahmekopf.

Die durch den Wiedergabekopf 26 abgetasteten Signale werden bei 29 verstärkt und durch einen Regelverstärker 30, dessen Zweck später erläutert wird, zu einer Anzeigevorrichtung 31 geleitet, und zwar in diesem Beispiel zu den in Y-Richtung ablenkenden Platten einer Kathodenstrahlröhre, wo sie die Form und die relative Zeiteinstellung haben, die bei (/) in F i g. 2 gezeigt ist. Auf diese Weise enthalten sie Meeresgrundechos 18' und Fischechos 20', die um 10 Millisekunden gegenüber den entsprechenden Teilen 18 und 20 der Wellenform (d) verzögert sind. S Es wird darauf hingewiesen, daß der Sendeimpuls 17 durch den Austast-Generator 15 in der Wellenform (/) unterdrückt ist.

Die Signale von 21 werden außerdem einem Amplitudensieb 32 zugeführt, das so beschaffen ist, daß

ίο es nur die große Amplitude der Meeresgrundechoimpulse 18 hindurchläßt, wodurch die Wellenform (e) erzeugt wird, die einem Zeitkreis 33 zugeführt wird. Die Wellenform (b) wird von dem Impulsformerkreis 12 einem weiteren Wellenformgenerator 34 zugeführt, der so beschaffen ist, daß er daraus die Wellenform (/) erzeugt. Die Zeitverzögerung der Impulse in Wellenform (/) gegenüber der der Wellenform (b) kann in dem Generator 34 eingestellt werden. Die Wellenform (f) wird zu dem Zeitkreis 33 geführt, um diesen Kreis während der positiv gerichteten Impulse der Wellenform zu öffnen, und die Ausgangsspannung (g) des Zeitkreises 33 hat daher die in F i g. 2 gezeigte Form.
Es ist nicht erforderlich, daß die Impulse der Kurvenform/, genau am Schluß der Bodenechos enden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Es ist vielmehr erforderlich, daß das Zeitkreistor 33 genügend lange geöffnet bleibt, um den Durchgang des Bodenechos bei allen zu erwartenden Tiefenänderungen sicherzustellen.

Die Impulse (g) dienen dazu, ein Zeitablenkgerät 35 zu kippen, das einen Arbeitshub von 10 Millisekunden haben kann, um die Zeitbasis-Wellenform (h) zu erzeugen, die den in Z-Richtung ablenkenden Platten der Röhre 31 zugeführt wird. Die Wellenform (f), die dem Zeitkreis 33 zugeführt wird, stellt sicher, daß die Kippimpulse (g) nur den ersten Meeresgrundechos 18 entsprechen und nicht den zum zweitenmal auftretenden Meeresgrundechos 19.

Das Zeitverhältnis zwischen der Wellenform (/), die den Y-Ablenkplatten zugeführt wird, und der Wellenform Qi), die den ^-Ablenkplatten zugeführt wird, geht aus F i g. 2 hervor. Auf diese Weise stellt der Durchlauf der Kathodenstrahlanzeige einen Bereich von Entfernungen von dem Sender dar, der das Meeresgrund- und das Fischecho einschließt.

Der Zweck des Regelverstärkers 30 ist der, einen Ausgleich für Amplitudenschwankungen der Echos zu schaffen, die auf Veränderung in den Ausbreitungsbedingungen zurückzuführen sind. Die Wellenform (g) wird einem Amplitudenmeßkreis 36 zugeführt, der eine Regelspannung erzeugt, die von der Amplitude der Impulse auf der Wellenform (g) abhängt. Diese Regelspannung wird dem Verstärker 30 in einem geeigneten Sinne zugeführt, um seine Verstärkung zu steuern.

Es ist ersichtlich, daß, da die Zeitbasis im Zeitpunkt des Auftretens des Meeresgrundechosignals im Empfänger gekippt wird, und da die von der Kathodenstrahlröhre angezeigten Echosignale gegenüber den aufgenommenen Echosignalen um 10 Millisekunden verzögert sind, die während der letzten 10 Millisekunden vor der Ankunft des Meeresgrundechos empfangenen Echosignale angezeigt werden.

Die Echos von Gegenständen in einer gleichen Entfernung vom Boden werden in gleicher Stellung angezeigt, unabhängig von jeglicher Bewegung des Schiffes durch Wellengang, da nicht das Nullsignal

(Sendebeginn), sondern das Bodenecho die Zeitbasis auslöst. Es sind geeignete Mittel vorgesehen, um die Aufnahmetrommel 25 mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit zu drehen, so daß die eingebrachte Verzögerungszeit konstant bleibt.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform ermöglicht eine Vielzahl von Durchläufen der Zeitbasis während einer jeden Meeresgrundechowiederkehrperiode. Die Sender- und Empfängeranlage kann so sein, wie in Fig. 1 bei 10 gezeigt, und ist in Fig. 3 durch einen Block 10 dargestellt. Die Wellenform (e) in Fi g. 4 von dem Amplitudensieb 32 wird in diesem Falle einem Multivibrator 38 zugeleitet, der den mit dem Wellenformgenerator 34 einstellbaren Zeitkreis 33 der Fig. 1 ersetzt und eine Ausgangsspannung (k) in F i g. 4 erzeugt, die den Lösch- und Vorspannungs-Oszillator 27 steuert, so daß die Wellenform (/) erzeugt wird. Er erzeugt ebenfalls eine Wellenform (m), um das Zeitablenkgerät 35' zu kippen.

Der Multivibrator 38 ist so beschaffen, daß er auf einen negativen Kippimpuls der Wellenform (e) anspricht, um einen negativen Absatz 39 in der Wellenform (/fc) zu bilden und spricht dann nicht mehr auf irgendwelche weitere Kippimpulse an, bis eine bestimmte Zeit vergangen ist, nach der der positive Absatz 40 erzeugt wird. Der Multivibrator befindet sich dann in einem Zustand, in dem er auf einen weiteren Kippimpuls anspricht.

Das Zeitintervall zwischen dem Absatz 40 und der erwarteten Zeit des Auftretens des nächsten Absatzes 39 wird dadurch erzielt, daß die Zeit, die der möglichen Bewegung des Schiffes, etwa 10 Millisekunden, der Verzögerungszeit zwischen den Lösch- und Wiedergabeköpfen 28 und 26, etwa 15 Millisekunden hinzuaddiert wird, so daß sich eine Zahl von 25 Millisekunden ergibt.

Die Wellenform (k) stellt sicher, daß das Löschen und das Aufzeichnen nur während der Intervalle 40 bis 39 stattfindet, die in diesem Falle eine Dauer von 25 Millisekunden haben. Auf diese Weise nimmt der Wiedergabekopf 26 die aufgezeichneten Signale eine Vielzahl von Malen ab und erzeugt die Wellenform (o). Der Impuls F₀ in der Wellenform (e) wird als der erste Impuls angenommen, und aus diesem Grunde ist der Teil 37 der Wellenform (k) als positiv gezeigt.

Die Zeitbasis 35' ist so, daß sie durch die positiven Absätze 39 der Wellenform (k) gekippt wird und, wenn sie einmal gekippt ist, frei läuft, wodurch sie eine Vielzahl von Durchläufen erzeugt, wie bei (n) gezeigt, bis sie von einem negativen Absatz 40 angehalten wird. Die Wiederkehrfrequenz der Zeitbasis ist so eingestellt, daß sie genau der Umdrehungszeit der Trommel 25 entspricht, und die verzögerten Echosignale (o) werden dann eine Anzahl von Malen während jeder Wiederkehrperiode der gesendeten Impulse angezeigt.

Die gezeigten Wellenformen sind selbstverständlich nicht maßstabgerecht, und bei einer gesendeten Impulswiederkehrperiode von 500 Millisekunden und einem Durchlauf der Zeitablenkung von 12 Millisekunden ist die Anzahl der Wiederholungen der Echosignale normalerweise viel größer als die drei gezeigten.

Die Signale (o) werden einer Wiedergabeeinrichtung zugeleitet, die eine Anzeigevorrichtung 41, z. B. in Form einer Kathodenstrahlröhre, sein kann oder eine Registriervorrichtung, und die Zeitbasiswellenform (n) wird angewendet, um die Zeitbasis der Vorrichtung zu erzeugen.

Die Ausführungsform der F i g. 5 mit den zusätzlichen Wellenformen der Fig. 6 ermöglicht eine Vielzahl von Durchläufen in jeder Wiederkehrperiode, ohne daß eine genaue Einstellung einer Zeitbasis mit der Umdrehung der Trommel notwendig wäre. Der Lösch- und Vormagnetisierungs-Oszillator27 wird wie in Fig. 3 von der Wellen-

ίο form (&) des Multivibrators 38 so gesteuert, daß das Aufnehmen und Löschen nur während der Intervalle 40 bis 39 in der Wellenform (k) stattfindet. Es ist ein weiterer Wiedergabekopf 42 vorgesehen, der eine Zeitverzögerung von etwa 2 Millisekunden gegenüber dem Aufnahmekopf 24 einführt. Der Signalwiedergabekopf 26 führt eine Verzögerung von 10 Millisekunden gegenüber dem Kopf 42 ein und daher von 12 Millisekunden gegenüber dem Kopf 24. Der Kopf 42 erzeugt eine Ausgangsspannung, die

ao sich bei jeder Umdrehung der Trommel 25 selbst wiederholt, während das Löschen durch die Wellenform (k) verhütet wird. Diese Ausgangsspannung wird einem Wiedergabekippverstärker 43 zugeführt, dessen Ausgangsspannung (p) einem Amplitudensieb 44 zugeführt wird. Nur die große Amplitude der Meeresgrundechos wird durch das Sieb 44 durchgelassen, und die Ausgangsspannung dieses Siebes hat daher die Form (q), die verwendet wird, um die Zeitbasis 35 zu kippen, wodurch die Zeitbasis-Wellenform (r) erzeugt wird, die der Anzeige- oder Registriervorrichtung 41 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung (o) des Wiedergabeverstärkers 29 ist um 10 Millisekunden gegenüber dem Kippzeitpunkt des Zeitablenkgerätes verzögert und wird ebenfalls der Anzeige- oder Registriervorrichtung 41 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform ist das Kippen der Zeitbasis mit der Umdrehung der Trommel 25 starr verbunden, und die Anzeige- oder Registrierdurchläufe können so angeordnet sein, daß sie im wesentliehen über die Gesamtheit der 500-V-Wiederkehrperiode andauern.

Die Anzahl der Wiederholungen der Durchlaufe, die vorgesehen werden kann, kann weiterhin vergrößert werden, indem die Ausführungsform der Fig. 7 verwendet wird, wobei die zusätzlichen Wellenformen benutzt werden, die in F i g. 8 gezeigt sind. In F i g. 7 ist der größte Teil der Bauteile nach Fig. 5 ebenfalls vorhanden, und diese Teile haben die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 5, jedoch ist jeweils der Buchstabe A oder B dahintergesetzt. Hier werden zwei Aufnahmetrommeln 25/4 und 25 B benutzt, jede in der gleichen Weise wie in F i g. 5.

Die Wellenform (g) von dem Zeitsperrkreis 33 wird einem Schaltgenerator 50 zugeführt, der eine Schaltwellenform (s) erzeugt, durch die die Lösch- und Vormagnetisierungs-Oszillatoren27^4 und 27 B abwechselnd zum Arbeiten gebracht werden, wodurch einer oder der andere dieser Oszillatoren ständig in Betrieb ist. Die Signale von der Sender- und Empfängeranlage 10 werden kontinuierlich den Aufnahmeköpfen 24 A und 24 B zugeführt und kommen selbstverständlich nur dann zur Wirkung, wenn der entsprechende Lösch- und Vormagnetisierungs-Oszillator arbeitet.

Die Schaltsignale (s) steuern außerdem ein Kippschaltgerät 51 und ein Signalschaltgerät 52. Das Schaltgerät 51 schaltet die Ausgänge der Köpfe 42 A und 42 B abwechselnd an das Amplitudensieb 44,

und das Schaltgerät 51 schaltet die Ausgänge der Köpfe 26^4 und 26B abwechselnd an die Anzeigeoder Registriervorrichtung 41. Die Kippspannung von 42A oder 42B und die Echosignale von 26^4 und 26 B sind so angeordnet, daß sie auf diejenige der beiden Trommeln 25^4 und 25 B gegeben wird, die zu einer beliebigen Zeit nicht gelöscht wird.

Es ist vorstehend in den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen angenommen, daß die gesendeten Impulse von einer konstanten Wiederkehrfrequenz sind. Dies ist nicht in jedem Falle unbedingt notwendig, und in der Tat lassen sich einige Vorteile erzielen, indem die Impulsintervalle anders als konstant gemacht werden. Ein Beispiel wird im Hinblick auf die Echobilder der F i g. 9 beschrieben.

Die bei (t) gezeigten Bezugszeichen P₁, P₂, P₃ .. . bedeuten gesendete Impulse mit unregelmäßigen Intervallen. Das Meeresgrundecho von P₁ wird in der Wellenform («) bei B₁ gezeigt, und ein Fischecho von P₁ ist bei F₁ gezeigt. Echos von darauffolgenden Impulsen haben dieselbe Bezeichnung wie die gesendeten Impulse, die die Echos erzeugen.

Eine Zeitbasis-Wellenform, die von den Meeresgrundechos B₁, B.,... einer Wellenform (h) gekippt werden, ist bei (v) gezeigt. Die verzögerten Echosignale, wie DB₁ und DF₁, sind bei (w) gezeigt, und durch Vergleich der Wellenformen (v) und (w) ist ersichtlich, daß unter der Annahme, daß der von den Echos F₁, F₂ usw. dargestellte Fisch in einer konstanten Entfernung vom Meeresgrund bleibt, das Fischecho in einer festen Lage auf der Zeitbasis angezeigt wird.

Wenn nun ein Echo JV₁. in Wellenform (w) von einem Gegenstand in Betracht gezogen wird, der näher an der Oberfläche ist als der Fisch, dann ergibt sich daraus eine Reihe verzögerter Echosignale, wie bei (x) gezeigt, und es ergibt sich, daß diese nicht eine gleichbleibende Anzeige auf der Zeitbasis der Wellenform (v) erzeugen. Durch Verwendung gesendeter Impulse mit sich ändernden Intervallen ist es also möglich, eine Impulswiederkehrperiode zu benutzen, die geringer ist als die Echozeit, und dennoch eine Zweideutigkeit zu vermeiden, da nur Echos innerhalb eines ausgewählten Bereiches eine gleichbleibende Anzeige ergeben.

An Stelle der Trommel 25 für die magnetische Aufnahme kann ein ähnliches gleichartiges Mittel, wie etwa ein endloses Band, verwendet werden.

Auch andere Formen von Verzögerungsvorrichtungen als die magnetischen Aufnahmevorrichtungen, die vorstehend beschrieben wurden, können benutzt werden. Beispielsweise kann eine akustische Verzögerungsvorrichtung, die eine Flüssigkeit oder ein Gas verwendet, benutzt werden oder auch ein elektrisches Verzögerungsnetzwerk. Wiederholungen der Signalwellenform können auch durch mehrfache Reflexion oder durch Rückkopplung erzielt werden.

Während in den beschriebenen Ausführungsbeispielen ein getrennter Sender Tx und ein Empfänger Rx gezeigt wurden, um das Senden und Empfangen durchzuführen, kann die Erfindung auch mit einer gemeinsamen Sender-Empfänger-Anlage mit an sich bekanntem abwechselndem Sende- und Empfangsbetrieb durchgeführt werden.

Auch die Werte der Zeitintervalle, die hier zur Erläuterung benutzt wurden, sind selbstverständlich nur als Beispiel gegeben, und es kann erheblich davon abgewichen werden.

Es ist schließlich selbstverständlich, daß die Erfindung von Fachleuten in einfacher Weise auf andere Systeme als auf akustische Echolotsysteme angewendet werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Echoentfernungsmeßgerät zur Darstellung von Echosignalen aus einem bestimmten Entfernungsbereich von einem Sender in einer Vorrichtung, deren Steuerung durch Echosignale erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale einmal über eine Verzögerungseinrichtung einem Oszillographen zugeführt werden und zum anderen über ein Amplitudensieb zur Zeitablenkungseinrichtung des Oszillographen geleitet werden, wobei das Amplitudensieb im wesentlichen nur das stärkste Echosignal durchläßt und dadurch die Zeitablenkung auslöst, und daß die Verzögerungszeit der dem Oszillographen zugeführten Echosignale derart gewählt ist, daß die anzuzeigenden Echosignale während des durch das Auslöseechosignal ausgelösten Zeitablenkverlaufs auftreten.

2. Echoentfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Amplitudensiebes (32) die Zeitablenkung über einen Zeitkreis (33) auslöst, der durch die Senderimpulse geöffnet wird und verhindert, daß Signale von großer Amplitude, die zu wesentlich verschiedenen Zeiten von denen der Bodenechos auftreten, die Zeitablenkung (35) auslösen können.

3. Echoentfernungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Kathodenstrahlröhre (31) als Anzeigevorrichtung die verzögerten Echosignale den Kathodenstrahl in Querrichtung zur Zeitablenkung des Strahles ablenken.

4. Echoentfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung einer speichernden und abfragbaren Verzögerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitablenkung derart durchgeführt wird, daß zwischen aufeinanderfolgenden Sendungen die gespeicherten Echosignale mehrfach abgefragt werden und die Verzögerungseinrichtung so ausgebildet ist, daß während der Abfragung keine Löschung stattfindet, vorzugsweise indem die Löschung durch eine Schaltvorrichtung (38) unterbrochen wird, wobei die Verzögerung derart gewählt ist, daß in dem Oszillographen die während der verschiedenen Abfragungsdurchgänge erzeugten Anzeigemarken übereinanderliegen.

5. Echoentfernungsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitablenkung selbsttätig eine vorher bestimmte Anzahl von Abfragungsdurchgängen ausführt, bevor sie wieder auf die Auslösung anspricht, wobei die Ablenkfrequenz dem Oszillographen angepaßt ist (Fig. 3).

6. Echoentfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung einer magnetischen Aufnahmevorrichtung als Verzögerungseinrichtung, bei welcher durch einen Aufzeichnungskopf die Echosignale auf einem rotierenden Träger nach Art einer magnetisierbaren Trommel aufgezeichnet und durch

509 577/103

einen Wiedergabekopf, dessen Abstand in Drehrichtung des Trägers vom Aufnahmekopf durch die gewünschte Verzögerungszeit bestimmt ist, abgenommen und durch einen Löschkopf gelöscht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitablenkung (35) von Echosignalen ausgelöst wird, die von einem weiteren Wiedergabekopf (42) abgenommen werden, der auf der

magnetisierbaren Trommel so angeordnet ist, daß die Zeitverzögerung bis zu diesem weiteren Kopf geringer ist als bis zu dem erstgenannten Wiedergabekopf (26) in F i g. 5.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 954 221;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 012 222.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen