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Registrierende Echoloteinrichtung zur Aufnahme von Längsprofilen für
die Vermessung von Wasserstraßen Die Erfindung betrifft eine registrierende Echoloteinrichtung
zur Aufnahme von Längsprofilen für die Vermessung von Wasserstraßen mit einer Vielzahl
von Sender-Empfänger-Paaren und einem Vielfachregistriergerät zur Aufzeichnung einer
mit der Anzahl der Sender-Empfänger-Paare übereinstimmenden Anzahl von Längsprofilkurven
auf einer gemeinsamen Aufzeichnungsfläche mittels auf einem umlaufenden Träger angeordneter,
in dessen Laufrichtung gegeneinander versetzter Registrierorgane.
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Es ist bereits eine Einrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen
mit Hilfe des Echolotes vorgeschlagen worden, bei der eine Vielzahl von Sender-Empfänger-Paaren
auf einem quer zur Fahrtrichtung des Schiffes angeordneten Träger in regelmäßigen
Abständen befestigt ist und bei der ebenso viele Längsprofllkurven gleichzeitig
aufgezeichnet werden, wie Sender-Empfänger-Paare vorhanden sind. Bei neueren Geräten
dieser Art ist man bestrebt, die bei einer Meßfahrt erfaßte Breite des Meßstreifens
möglichst weit zu treiben, und ist dabei zu Meßschiffen gelangt, die mit ihren Auslegern
eine Breite von insgesamt 50 m erfassen, wobei an den Auslegern in Abständen von
1 m zu 1 m jeweils ein Sender-Empfänger-Paar angebracht ist. Die Sender werden gleichzeitig
ausgelöst, und auf einem umlaufenden Band sind fünfzig Registrierfedern angeordnet,
die gleichzeitig fünfzig Längsprofilkurven aufzeichnen. DiesegroßeAnzahl von Registrierfedern
stellt ein Problem dar, wenn man bedenkt, daß die Federn dem Verschleiß unterliegen
und nach einer gewissen Zeit ausgewechselt und neu justiert werden müssen. Bei falscher
Justierung, insbesondere des Federdrucks, besteht außerdem die Gefahr, daß das Papier
durch die vielen auf der gleichen Spur schleifenden Federn angeritzt oder sogar
zerschnitten wird. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, da sie, wie weiter unten
näher ausgeführt wird, mit einem Bruchteil der Zahl von Registrierfedern, beispielsweise
mit zehn Federn für fünfzig Sender-Empfänger-Paare auskommt.
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Es ist bereits eine registrierende Echoloteinrichtung zur Aufnahme
von Längsprofilkurven für die Vermessung von Eisenbahntunneln bekannt, die ebenfalls
mit einer Vielzahl von Sender-Empfänger-Paaren und einem Vielfachregistriergerät
zur Aufzeichnung einer mit der Anzahl der Sender-Empfänger-Paare übereinstimmenden
Anzahl von Längsprofflkurven auf einer gemeinsamen Aufzeichnungsfläche arbeitet
und mit einem einzigen, parallel mit den Verstärkerausgängen verbundenen Schreib
stift auskommt, wobei die Sender nacheinander ausgelöst werden, indem jeder Sender
durch einen besonderen Kontakt ge-
steuert wird. Bei dieser Einrichtung sind jedoch
ideale Verhältnisse vorausgesetzt insofern, als von einem Sendeimpuls nur ein Echo
erwartet wird. Bei der Vertikallotung im Wasser liegen solche Verhältnisse jedoch
nicht vor, denn die Wasseroberfläche stellt vom Wasser aus gesehen, einen Spiegel
dar, dem bei der Luftlotung, auf welche sich die bekannte Einrichtung in erster
Linie bezieht, etwas Vergleichbares nicht gegenübersteht. Dieser Spiegel wirkt in
der Weise, daß der vom Boden reflektierte Echoimpuls nicht nur den Sender beaufschlagt,
sondern auch von der Wasseroberfläche gegen den Meeresboden zurückgeworfen wird
und von dort wieder in den Empfänger reflektiert wird. Auf diese Weise entstehen
sogenannte Mehrfachechos, die gegenüber dem erwünschten ersten Echo um eine gewisse
Zeitspanne versetzt sind, welche etwa gleich der Laufzeit des ersten Echos ist.
Die Aufzeichnung dieser zweiten Echos ist nun bei der Mehrfachregistrierung unerwünscht,
da sie die ohnehin schon etwas verwirrende Vielfalt der Kurven noch weiter vermehren
und von den ersten Echos schwer zu unterscheiden sind. Nun kann man zwar in den
Verstärkern geeignete Mittel vorsehen, durch welche sich diese selbst sperren, nachdem
das erste gewünschte Echo eingelaufen ist, so daß der Empfänger für weitere Empfangsimpulse
bis zum Beginn der nächsten Lotperiode nicht mehr ansprechbereit ist. Diese Mittel
versagen aber, wenn die Sender wie bei der bekannten Einrichtung nicht mehr gleichzeitig,
sondern nacheinander ausgelöst werden, da in diesem Fall das von dem ersten Sender
herrührende zweite Echo in die Öflnungszeit des zum zweiten Sender gehörenden Empfängers
fällt, dessen Empfangsschwinger infolge der Streuwirkung durch dieses zweite Echo
ebenfalls erreicht wird.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bei einer registrierenden
Echoloteinrichtung der eingangs beschriebenen
Art durch die Kombination
folgender Merkmale: a) Die Gesamtzahl der Sender-Empfänger-Paare ist in räumlicher
Aufeinanderfolge in mehrere gleich große, mindestens zwei Sender-Empfänger-Paare
umfassende Gruppen eingeteilt und so geschaltet, daß die Sender innerhalb jeder
Gruppe gleichzeitig, die Gruppen aber zeitlich gestaffelt ausgelöst werden. b) Bei
mindestens einer Gruppe ist jedem Empfänger in bekannter Weise ein eigenes Registrierorgan
zugeordnet. c) Die Registrierorgane werden während des Umlaufs ihres Trägers auch
noch zur Registrierung der Laufzeiten der Echoimpulse anderer Sender-Empfänger-Gruppen
auf weiteren Abschnitten der Aufzeichnungsfläche benutzt, indem in an sich bekannter
Weise die Sender der betreffcnden Gruppe jeweils dann ausgelöst werden, wenn die
Registrierorgane die Nullstellung für diese Gruppe durchlaufen.
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Der Erfindung liegt die Erwägung zugrunde, daß die Zeitdauer von
der Erregung einer Sendergruppe bis zur Erregung der nächsten Sendergruppe um so
größer ist, je größer die Anzahl der Sender innerhalb einer Gruppe ist. Diese Zeitdauer
kann also so groß gewählt werden, daß die unerwünschten Mehrfacbechos innerhalb
dieser Zeitdauer so weit abgeklungen sind, daß sie in den Empfängern der danach
erregten Sendergruppe keine Aufzeichnung mehr bewirken können. Hierdurch ist also
eine untere Grenze für die Größe der Sendergruppe gegeben, während sich die obere
Grenze aus der Tendenz ergibt, mit möglichst wenigen Registrierfedern auszukommen,
d. h., man wird die Gruppe nicht unnötig größer machen, als für eine ausreichende
Abklingung der Mehrfachechos erforderlich ist. Die Erfindung nutzt den Umstand aus,
daß die Bandlänge eines Viellachregistriergerätes wesentlich größer ist als die
eines gewöhnlichen Registriergerätes. Bei einem gewöhnlichen Echolotgerät mit nur
einer Lotstelle nimmt eine Lotperiode etwa ein Drittel der Zeitdauer ein, die für
einen Bandumlauf benötigt wird, da die Papierhöhe etwa ein Drittel der Bandlänge
beträgt. Bei einem Vielfachregistriergerät der herkömmlichen Art beträgt die Dauer
einer Lotperiode dagegen beispielsweise nur ein Fünfundzwanzigstel der Zeitdauer,
die für einen Bandumlauf benötigt wird, da die Registrierorgane während einer Lotperiode
nur einen Bruchteil der Papierhöhe überfahren. Dies beachtend, werden bei der erfindungsgemäß
ausgebildeten registrierenden Echoloteinrichtung nunmehr die Sender gruppenweise
nacheinander erregt, d. h., es wird jetzt während eines Bandumlaufs mehrmals gelotet,
und zwar so oft, wie Gruppen von Sender-Empfänger-Paaren gebildet werden.
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Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
Übereinstimmende Teile beider Figuren sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet.
F i g. 1 zeigt eine Anordnung mit fünfzig Sender-Empfänger-Paaren, bei der auf dem
etwa 1,20 m hohen Registrierpapier also fünfzig Längsprofilkurven mit einem Abstand
von etwa 2 cm aufgezeichnet werden. Das Papier ist mit 66 und das über die Rollen
69 und 70 umlaufende Band mit 68 bezeichnet. Die
Bandebene steht dabei senkrecht
zur Zeichenebene.
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Von den Sender-Empfänger-Paaren sind nur die Empfängerle bis 50e dargestellt,
während auf die Darstellung der zugehörigen Sender einfachheitshalber verzichtet
wurde, jedoch wird hierfür die Bezifferung ls bis SOs eingeführt. Auf dem Band sind
nur zehn Registrierfedern lf bis 10f angebracht, die mit ihren rückwärtigen Enden
auf je einer der Kontaktschienen 1 k bis 10 k schleifen, die ihrerseits mit den
Empfängern le bis 10 e verbunden sind. Entsprechendes gilt für die übrigen Gruppen
der Kontaktschienen, so daß die Schiene 11k mit dem Empfänger 11 e und die Schiene
12k mit dem Empfänger 12e usw. verbunden ist. Die Auslösung der Sendergruppen erfolgt
durch einen auf dem Band 68 angebrachten Nocken 67, der nacheinander ortsfeste Kontakte
61 bis 65 betätigt. Nocken und Kontakte sind der Einfachheit halber Iediglich als
kleine Kreise dargestellt. An Stelle der ortsfesten Kontakte können auch kleine
Eisenkernspulen und an Stelle des Nockens kann ein kleines Magnetstück verwendet
werden, das in den Eisenkernspulen einen Spannungsstoß induziert, der die Auslösung
der Sender einleitet. Im gezeichneten Augenblick steht der Nocken also kurz vor
der Auslösung der ersten Sendergruppe 1s bis 10s. Die zugehörigen Registrierfedern
sind bereits auf die entsprechenden Kontaktschienen aufgelaufen. Die Zeit, welche
der Nocken 67 benötigt, um von dem Auslösepunkt 61 bis zu dem Auslösepunkt 62 zu
gelangen, ist nun um ein Mehrfaches, beispielsweise um das Drei- bis Vierfache,
größer als die Zeit, welche der Sendeimpuls benötigt, um vom Sendeschwinger zum
Boden der Wasserstraße und zurück zu dem Empfangsschwinger zu gelangen. Etwaige
Mehrfachechos sind während dieser Zeit so weit abgeklungen, daß in den Empfängern
11 e bis 20 e keine Spannungen mehr induziert werden, die so groß sind, daß sie
nach Auflaufen der Federn auf die Kontaktschienen 11k bis 20 k eine Aufzeichnung
bewirken. Die Mehrfachechos können in den Empfängern der eigenen Gruppe keine Aufzeichnung
bewirken, da dies durch eine geeignete Ausbildung der Verstärker verhindert wird.
Der Verstärker blockiert sich nämlich durch das erste Echo, also im allgemeinen
den Bodenimpuls, selbst, und diese Sperrung wird erst durch den nächsten Sendeimpuls
wiederaufgehoben. Dagegen kann ein Mehrfach echo von der ersten Gruppe für die Empfänger
der zweiten Gruppe »erstes« Echo sein und damit zu einer Fehlaufzeichnung führen.
Die Größe dieser Gefahr hängt von verschiedenen Umständen, insbesondere von der
Beschaffenheit des Bodens, der Richtwirkung der Sender-Empfänger-Paare, der geloteten
Tiefe und der Ansprechschwelle der Verstärker und des Papiers ab. Sie ist besonders
groß zwischen Sender-Empfänger-Paaren, die auf dem Träger nebeneinander liegen und
zwei verschiedenen Gruppen angehören, also beispielsweise zwischen dem Sender lOs
und dem Empfänger 11 e. Andererseits wird sie um so kleiner, je größer die Gruppe
der Sender-Empfänger-Paare ist, weil damit auch die Zeit zwischen zwei Lotungen
anwächst, die ja gleich der Zeit ist, welche die Gruppe der Registrierfedern benötigt,
um sich um die Länge der Gruppe weiterzubewegen. Andererseits wird dadurch aber
wie der um die Zahl der Registrierfedern größer. Die Größe einer Gruppe stellt somit
einen Kompromiß zwischen den Forderungen nach einer möglichst geringen Zahl
von
Registrierfedern und der Vermeidung der Aufzeichnung von Mehrfachechos der ersten
Sendergruppe in den Empfängern der zweiten Sendergruppe dar.
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Um diese Gefahr der Aufzeichnung von Mehrfachechos noch weiter herabzusetzen,
wird gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei der aufeinanderfolgenden
Erregung der Sendergruppen jeweils eine Sendergruppe ausgelassen, und die ausgelassenen
Sendergruppen werden in einem zweiten Abtastvorgang erregt, d. h., die Sendergruppen
werden in der Reihenfolge 1, 3, 5 und 2, 4, 6 ausgelöst.
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Die Sender einer augenblicklich erregten Gruppe sind dadurch von den
Empfängern der danach erregten Gruppe an den Auslegern des Schiffes durch eine dazwischengeschaltete
Gruppe getrennt, so daß die Gefahr des Auftretens von Mehrfachechos in dieser zweiten
Gruppe auf Grund der Erregung der Sender in der ersten Gruppe noch weiter herabgesetzt
wird, weil nicht nur die Zeit zwischen den Erregungen der beiden Gruppen, sondern
auch der räumliche Abstand größer geworden ist. In F i g. 2 ist diese zeitlich und
räumlich gestaffelte Auslösung der Sendergruppen für eine Anzahl von achtundvierzig
Sendern 1s bis 48s und eine entsprechende Anzahl von Empfängern 1 e bis 48 e dargestellt.
Das Band trägt jetzt zwei gegeneinander versetzte Gruppen von Registrierfedern lf
bis 8f und lf' bis 8f' sowie zwei verschiedene Nocken 67 und 87, die nicht nur in
Laufrichtung des Bandes, sondern auch in Richtung senkrecht zur Zeichenebene gegeneinander
versetzt sind, so daß sie nur mit einer Gruppe von ortsfesten Kontakten 81, 82,
83 oder 84, 85, 86, die ebenfalls in Richtung senkrecht zur Zeichenebene gegeneinander
versetzt sind, zusammenarbeiten können. Der als Kreis gezeichnete Nocken 67 löst
also nur die als Kreise gezeichneten Kontakte 81, 82 und 83 mit den Sendergruppen
1s bis 8s, 17s bis 24s und 33s bis 40s aus, während der als Dreieck gezeichnete
Nocken 87 die Sendergruppen 9s bis 16s, 25s bis 32s und 41s bis 48s über die Kontakte
84, 85 und 86 auslöst. Die zugehörigen Kontaktbahnen sind ebenfalls gegeneinander
versetzt, so daß die Federn lf bis 8f nur mit den Empfängern le bis 8 17e bis 24e
und 33e bis 40 e und die Federn lf' bis 8fw nur mit den übrigen Kontaktschienen
Verbindung bekommen. Selbstverständlich kann man die räumliche und zeitliche Staffelung
der Gruppen noch weiter treiben und die Gruppen beispielsweise in drei Zügen nach
dem Schema 1, 4, 7... 2, 5, 8... 3, 6, 9... auslösen, wozu dann drei Sätze von Federn
mit drei Nocken auf dem Band gehören. Unter Umständen genügt dann schon die räumliche
Staffelung allein, so daß die Empfangsschwinger gleicher Ordnungszahl in den Gruppen
eines Zuges zusammen an den gleichen Verstärker geführt werden können. Auf diese
Weise werden Verstärker eingespart. Werden z. B. vierundfünfzig Sender-Empfänger-Paare
in neun Gruppen zu je sechs Paaren eingeteilt, die nach dem zuletzt genannten Schema
erregt werden, so daß mit dem ersten Zug die Sender 1s bis 6s, 19s bis 24s und 37s
bis 42s erregt werden, so können die Empfangsschwinger 1, 19, 37 und 2, 20, 38 usw.
jeweils an einen gemeinsamen Verstärker geführt werden, so daß insgesamt zwei Drittel
der Verstärker eingespart werden. An die Stelle der dargestellten kurzen Kontaktschienen
treten dann drei Gruppen von je sechs durchgehenden Schienen.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bietet z. B.. die zweite Hälfte
des Bandes noch Platz für einen zweiten Federsatz mit Nocken, der dem ersten gleich
ist und gegenüber diesem um eine halbe Bandlänge versetzt ist. Dadurch kann die
Lotfolge auf das Doppelte erhöht werden. Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform
müßten zur Erreichung des gleichen Zieles zwei weitere Kontaktsätze untergebracht
werden, was allerdings nicht ohne Verlängerung des Bandes möglich ist. In bezug
auf die erreichbare Lotfolge ist also die Anordnung nach Fig. 1 günstiger, dafür
ist sie jedoch in bezug auf Mehrfachechos kntischer.
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Bezüglich der baulichen Ausbildung des Gerätes ist noch zu bemerken,
daß die ortsfesten Kontakte bzw. Eisenkernspulen in Laufrichtung des Bandes einstellbar
sein müssen, um den Abstand der Nulllinien zwischen zwei benachbarten Gruppen auf
Federabstand bringen zu können, damit sämtliche aufgezeichneten bzw. - wenn sie
unterdrückt werden - gedachten Nullinien den gleichen Abstand von z. B. 2 cm haben.
Die Kontaktschienen, die in den Abbildungen aus Gründen der Darstellung in der Zeichenebene
liegen, werden zweckmäßig auf einer Platte angeordnet, die senkrecht zur Zeichenebene
und parallel zur Bandebene zwischen den beiden Bandhälften angeordnet ist.
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An die Stelle eines umlaufenden Bandes kann selbstverständlich auch
eine umlaufende Scheibe oder ein umlaufender Ring treten, deren Ebene parallel zur
Papierebene steht. Es ist auch schon für Registrierzwecke ein umlaufender speichenloser
Ring vorgeschlagen worden, dessen Ebene senkrecht zur Papierfläche steht, indem
er das über eine gebogene Unterlage gezogene Papier umschlingt. Auch ein solcher
Ring kann für die beschriebene Einrichtung mit Vorteil verwendet werden.
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Es ist auch möglich, nicht nur die Sender gruppenweise zu erregen,
sondern auch die Empfangsschwinger gruppenweise an die Empfangsverstärker anzuschalten,
so daß insgesamt nur so viele Empfangsverstärker benötigt werden, als eine Gruppe
Sender enthält. Bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 werden dann nur zehn
bzw. acht Verstärker und entsprechend wenige durchgehende Kontaktschienen für die
Registrierfedern benötigt. Die Umschaltung kann z. B. mit Hilfe eines Drehwählers
erfolgen, wie er in ähnlicher Form in der Vermittlungstechnik üblich ist. Die Achse
des zehn- bzw. achtgeschossigen Drehwählers, der mit jedem Sendeimpuls um eine Stellung
fortgeschaltet wird, trägt zehn bzw. acht mit den Eingängen der Verstärker verbundene
Schaltsterne, und die festen Kontakte des Drehwählers sind mit den Empfangsschwingern
verbunden.
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Die Umschaltung kann auch rein elektronisch erfolgen, wenn man jedem
Empfangsschwinger eine Vorröhre zuordnet, deren Bremsgitter normalerweise bis zur
Sperrung der Röhre negativ vorgespannt ist. Die Bremsgitter werden gruppenweise
zusammengefaßt, und jeder Gruppe wird ein Multivibrator zugeordnet, der eingangsseitig
mit einem der durch das Band betätigten ortsfesten Kontakte oder Eisenkernspulen
verbunden ist. Der Multivibrator liefert bei Erregung der zugehörigen Sendergruppe
einen Impuls, der bis zum nächsten Sendeimpuls andauert und die zugehörige Gruppe
von Vorröhren entsperrt, so daß die Empfangsspannungen zu den Anodenwiderständen
gelangen, an denen die Hauptverstärker angeschlossen
sind. Vorröhren
gleicher Ordnungszahl in den verschiedenen Gruppen haben einen gemeinsamen Anodenwiderstand,
der mit dem Eingang eines Hauptverstärkers verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 werden also fünfzig Vorröhren, zehn Hauptverstärker und fünf Multivibratoren
benötigt.