DE1231598B - Verfahren zur Feststellung von Fischen mit einem Echolotgeraet und Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche Kl.: 74 d-6/15

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

K 43834 IX d/74 d

26. Mai 1961

29. Dezember 1966

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Feststellung von Fischen mit einem Echolotgerät, bei dem Impulse von Schall- oder Ultraschallwellen in zwei parallelen Strahlen verschiedener Frequenz ins Wasser gesendet werden, wobei die beiden Strahlen für Objekte verschiedener Größe maximale Reflexionsintensität ergeben und die Echosignale der beiden Strahlen auf einem gemeinsamen Anzeigeorgan sichtbar gemacht werden. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art hat die Aussendung unterschiedlicher Frequenzen lediglich den Zweck, eine optimale Anpassung an die Natur verschiedener Lotobjekte zu erzielen. Beispielsweise soll sowohl der Meeresboden durch einen kräftigen Echoimpuls zu erkennen sein, als auch ein Fischschwarm, wobei es auf die Entfernung des letzteren vom Meeresboden ankommt.

Weiterhin ist es bekannt, daß sich die Echosignale von kleinen und großen Fischen in der Stärke unterscheiden und daß sich ein Schall größerer Wellenlänge besser für große Fische und ein Schall kleinerer Wellenlänge besser für kleine Fische eignet, d. h. stärkere Echosignale gibt.

Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß auch Angaben über die Fischgröße selber zu erhalten sind. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Feststellung der Fischgröße das Intensitätsverhältnis hinsichtlich des gleichen Objektes zwischen dem zum einen und dem zum anderen Strahl gehörigen Echo ablesbar ist. Durch Benutzung zweier geeignet gewählter Frequenzen kann eine Bestimmung der Fischgröße beispielsweise zwischen 0 und 90 cm Länge durch Beobachtung des Intensitätsverhältnisses der beiden Echosignalkegel durchgeführt werden. Gerade die genannten Fischgrößen sind in der Praxis von besonderer Bedeutung.

Weitere Vorteile der Erfindung sind im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erläuternde graphische Darstellung von Echoamplituden,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Teils einer ersten Ausführungsform eines Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Teils der Ausführungsform nach F i g. 2, wobei in den beiden Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnete Klemmen als miteinander verbunden zu betrachten sind,

Fig.4 Diagramme, welche die Form der Spuren erläutern, die mit der Ausführungsform nach F i g. 2 Verfahren zur Feststellung von Fischen mit einem Echolotgerät und Gerät zur Durchführung des
Verfahrens

Anmelder:

Kelvin & Hughes Limited,

Glasgow, Schottland (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,

Göggingen über Augsburg, v.-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:

Roy William George Haslett,

Glasgow, Schottland (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 26. Mai 1960 (18 608)

und 3 auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erzielbar sind,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform, die in Verbindung mit der in F i g. 2 dargestellten verwendet werden kann, wobei in Fig. 2 und 5 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnete Klemmen als miteinander verbunden zu betrachten sind,

Fig. 6 die Form der mit der Vorrichtung nach F i g. 2 und 3 erzielbaren Spuren,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer abgeänderten Vorrichtung gemäß F i g. 2.

Fig. 1 zeigt die Grundform von zwei Kurven. Die gestrichelte Kurve zeigt die Echoamplitude (in willkürlichen Einheiten), aufgetragen über der Fischlänge in Zentimeter bei einer Frequenz von Z₁ = 15 kHz, während die voll ausgezogene Kurve die gleiche Beziehung mit einer Frequenz /₂ = 30 kHz zeigt. Die Echos beziehen sich auf die Rückenansicht der Fische. Die beiden Kurven betreffen nicht die gleiche Amplitudenskala.

Wenn die Echosignale in zwei gesonderten Kanälen empfangen werden, nämlich in einem für jede Frequenz, und wenn die relative Verstärkung in den Kanälen so eingestellt ist, daß die Maxima P₁ und P₂ der Kurven annähernd von der gleichen Größe sind, wie in F i g. 1 gezeigt, ergibt sich, daß das Intensitätsverhältnis der Echosignale beider Frequenzen sich mit der Fischlänge ändert. Dieses Verhältnis kann als

€09 7Φ9/119

χ: 10 oder 10: χ ausgedrückt werden, wobei χ eine Zahl gleich oder kleiner als 10 ist.

In Fig. 1 z. B. beträgt das Intensitätsverhältnis bzw. das Verhältnis der Signalamplituden der Frequenzen Z₁ und /₂ bei A, das einer Fischlänge von etwa 50 cm entspricht, etwa 2:10. Dieses Verhältnis nimmt bei B, entsprechend einer Fischlänge von etwa 70 cm, auf 10 :10 zu und steigt bei C, entsprechend einer Fischlänge von 85 cm, auf 10:3 an. Wie ersichtlich, tritt zwischen den Fischlängen von etwa 40 und 90 cm eine stetige und eindeutige Veränderung dieses Verhältnisses auf. Außerdem bleibt unter 40 cm das relative Amplitudenverhältnis vergleichsweise stetig bei etwa 2 :10, jedoch nimmt der Signalpegel auf beiden Kanälen mit abnehmender Fischlänge stetig ab. Es kann daher eine eindeutige Bestimmung der Fischlänge, mit den genannten Frequenzen beispielsweise im Bereich von 0 bis 90 cm, vorgenommen werden.

Die Bestimmung der Fischlänge ist bei dem angegebenen Beispiel im Bereich von 40 bis 90 cm besonders genau.

Wie ersichtlich, besteht ein gewisser Spielraum in der Wahl des Frequenzverhältnisses und der verwendeten Frequenzen. Beispielsweise kann ein Frequenz-Verhältnis, das geringfügig kleiner ist als 2:1, optimal sein. Durch eine Veränderung der Absolutwerte der Frequenzen (wenn das Verhältnis annähernd konstant gehalten wird) kann der Bereich besonderer Genauigkeit bei der Bestimmung der Fischlänge ver-"schoben werden. Sind beispielsweise nur Messungen an kleineren Fischen erforderlich, dann können statt der Verwendung von 15 kHz und 30 kHz, wie in Fig. 1, 3OkHz und 5OkHz verwendet werden. Für sehr große Fische können 20 kHz und 10 kHz verwendet werden.

Bei der Anordnung nach F i g. 2 liefert ein Impulsgenerator 10, dessen Ausgangsklemme beispielsweise der Übertragungskontakt eines Schreibstift-Registriergeräts sein kann, Impulse an zwei Sender 11 und 12, die gleichzeitig Schwingungszüge von der Frequenz Z₁ und Z₂ aussenden, wobei die Impulse die Hüllkurven der Schwingungszüge bestimmen. Diese Schwingungszüge werden Wandlern 13 und 14 zugeführt, welche bei dem dargestellten Beispiel gewöhnliehe, sowohl zum Senden als auch zum Empfang geeignete Wandler sein können. Die Schwingungszüge mit den beiden Frequenzen Z₁ und Z₂ werden gleichzeitig durch diese Wandler in das Wasser ausgesendet sowie die Echos von ihnen aufgenommen. Die Wandler 13, 14 nehmen die Frequenzen Z₁ und /₂ selektiv auf, da sie auf diese Frequenzen abgestimmt sind. Die Echosignale werden abgestimmten Empfangsverstärkern 15, 16 zugeführt, von denen der eine oder beide einen einstellbaren Verstärkungsfaktor haben und deren Ausgangssignale von der Frequenz Z₁ und Z₂ durch S₁ und S₂ dargestellt sind.

Die Impulse aus dem Generator 10 werden ferner einer einstellbaren Verzögerungseinrichtung 17 zugeführt, die dazu dient, Auslöseflanken zu erzeugen, die um einen veränderlichen Betrag relativ zur Vorderflanke oder Hinterflanke der entsprechenden Impulse aus dem Generator verzögert werden. Die Ausgangsspannung aus der Verzögerungseinrichtung 17 wird zur Auslösung eines Ablenkgenerators 18 verwendet, der eine Zeitablenkung für eine Zeit bewirkt, die nur einen Brachteil derjenigen beträgt, welche für einen Schwingungszug zur Wanderung zum Grund des Gewässers und zurück zur Oberfläche erforderlich ist. Auf diese Weise kann durch das Einstellen der Zeitverzögerungseinrichtung 17 der besondere zu untersuchende Tiefenbereich gewählt werden. Die Sägezahnspannung für die Zeitablenkung wird bei T.B. erhalten, und ein Helltastimpulsgenerator 19, der durch den Ablenkgenerator 18 gesteuert wird, liefert bei B. U. einen Helltastimpuls von einer Dauer, die gleich der Zeitablenkung ist.

In F i g. 3 ist in schematischer Weise eine Kathodenstrahlröhre 20 mit X- und Y-Ablenkplatten dargestellt, die dazu dienen, den Kathodenstrahl in Richtungen von 45° zur Senkrechten abzulenken. Die Helltastimpulse B. U. werden mit einer positiven Polarität dem Steuergitter 21 der Röhre zugeführt. Das Signal S₁ wird bei 22 gleichgerichtet, durch ein Filter 23 geglättet und in einer Addierstufe 24 zur Sägezahnspannung T.B. addiert, wobei die Ausgangsspannung der Addierstufe an die Platte X₁ gelegt wird. Das Signal S₂ wird bei 25 gleichgerichtet, in einem Filter 26 geglättet und von der Sägezahnspannung in einer Subtraktionsstufe 27 subtrahiert, deren Ausgangsspannung der Platte F₁ zugeführt wird. Die Platten X₂ und F₂ sind geerdet. Die Echosignale der beiden Strahlen verschiedener Frequenz werden also mit der Sägezahnspannung aus dem Ablenkgenerator kombiniert und die resultierenden Spannungen so angelegt, daß der Kathodenstrahl durch sie in zueinander senkrechten Richtungen abgelenkt wird.

Die Form der auf dem Bildschirm 28 der Kathodenstrahlröhre durch die Signale an den je für sich allein wirkenden X- und F-Platten geschriebenen Spuren ist in Fig. 4 bei (α) und (ö) gezeigt. Ein Echo bewirkt einen nach oben gerichteten Impuls 29 bei (a), entsprechend der Frequenz f_v und einen nach unten gerichteten Impuls 30 bei (b), entsprechend der Frequenz Z₂. Die beiden zusammenwirkenden Ablenkfelder schreiben eine in Fig. 4 bei (c) gezeigte Spur, wobei vorausgesetzt ist, daß die relativen Verstärkungsfaktoren der Verstärker 15 und 16 in F i g. 2 so eingestellt sind, daß die Maxima P₁ und P₂ in F i g. 1 annähernd gleiche Höhe aufweisen. So entspricht einem Verhältnis von 10:10 eine waagerechte Ablenkung, die durch die voll ausgezogene Linie in F i g. 4 (c) gezeigt ist, einem Verhältnis 3 :10 eine nach oben geneigte Ablenkung, die mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist, und einem Verhältnis 10:3 eine nach unten geneigte Ablenkung, die ebenfalls mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Die Neigung jedes Fischechos zeigt daher die Größe des Fisches an. Werden Sägezahnspannungen von gleicher Amplitude an die Platten X₁ und F₁ in F i g. 2 angelegt, so liegt die Zeitbasis 31 in F i g. 4 (c) senkrecht. Das Echo 32 vom Grund des Gewässers ist gewöhnlich annähernd waagerecht.

Bei einer abgeänderten und vereinfachten Spurenform ist die Zeitablenkspannung weggelassen und werden die Signale S₁ und S₂ nach Gleichrichtung und Glättung den Platten.^ und F₁ zugeführt. Die Helltastimpulse B. U. werden wie in F i g. 3 gezeigt, zugeführt. Die Spur hat dann die Form einer Linie, deren Neigung von dem Wert des genannten Verhältnisses abhängt. Der Umfang des Bildschirms kann mit einer die Fischlängen darstellenden Skala markiert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist als Anzeigevorrichtung für das Amplitudenverhältnis eine Kathodenstrahlröhre, beispielsweise eine Zweistrahl-

5 6

röhre, mit einem Sägezahnablenkgenerator für die der Kegel der empfangenen Signale verwendet wer-

Zeitablenkung vorgesehen, der mit der Impulsgabe den, wenn sich die Fische in der Mitte des Strahls

gekoppelt ist und eine Sägezahnablenkspannung er- befinden.

zeugt, durch die der Strahl in Richtung der einen Ko- Zwischen jedem Wandler und dem Wasser ist ein

ordinate abgelenkt wird. 5 guter akustischer Kontakt erforderlich, jedoch wird

F i g. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine das Verfahren nicht durch anomale Ausbreitung im

Draufsicht der Zweistrahlröhre 20', die um 90° ge- Medium beeinträchtigt. Die Verstärkungsfaktoren der

dreht ist, so daß sich die X-Ablenkung in Richtung beiden Kanäle können durch die Verwendung eines

der senkrechten Koordinate befindet. Die Sägezahn- Breitbandverstärkers mit gesonderten passiven

ablenkspannung T.B. wird beispielsweise an die io Schmalbandfiltern (von denen der eine eine einge-

X-Ablenkung gelegt, während die Signale S₁ und S₂ stellte veränderliche Dämpfung hat) für jeden Kanal

nach Vollweggleichrichtung durch die Vorrichtungen gekuppelt werden.

33 und 34 den Γ-Ablenkplatten Y₁ und Y₂ zugeführt Nachdem die Anlage geeicht worden ist, beispiels-

werden, die symmetrisch zu beiden Seiten einer ge- weise mittels eines Normalziels, das an einem Draht

erdeten Platte Y₀ angeordnet sind. Die Gleichspan- 15 aufgehängt ist, und der eingestellte Verstärkungs-

nungsdifferenzen zwischen Y₀ einerseits und Y₁ und regler in geeigneter Weise auf den einen Kanal

Y₂ andererseits sind so eingestellt, daß beim Fehlen justiert worden ist, kann das 10:10-Signal als eine

von Echosignalen S₁ und S₂ die beiden senkrechten Art Kurzzeiteichung verwendet werden, z. B. können

linien zusammenfallen, die auf dem Bildschirm 28' die gekuppelten Verstärkungsregler so eingestellt

beschrieben werden, wenn die Sägezahnspannung an 20 werden, daß das 10:10-Echo von einer bestimmten

die Platte X gelegt wird. Der Strahl durch die Echo- Amplitudenmarke auf dem Bildschirm der Röhre ist.

signale S₁ und S₂ der beiden verschiedenen Frequen- Die Größe kleinerer Fische kann dann, wenn sie sich

zen wird in entgegegesetzten Richtungen im wesent- in der Mitte des Schallstrahles befinden, leicht durch

liehen im rechten Winkel zu der erwähnten Koordi- Vergleich mit dieser Marke geschätzt werden,

nate abgelenkt. Wie in F i g. 6 gezeigt, bewirken die 25 Die Impulslängen können so eingestellt werden,

Signale S₁ von der Frequenz Z₁ Ablenkungen nach daß sie bei den beiden Frequenzen durch eine geeig-

rechts und Signale S₂ von der Frequenz /«, Ablenkun- nete Wahl der Bandbreite der Anlage gleich sind,

gen nach links. F i g. 6 stellt das Verhältnis 10:3 dar, Wenn es sich um einen sehr großen Bereich von

so daß die durch die Echos geschriebene Spur nach Fischgrößen handelt, kann eventuelle Unklarheit

rechts verlagert erscheint. In ähnlicher Weise würde 30 durch Umschalten auf ein anderes Frequenzpaar be-

bei einem Verhältnis von 3 :10 die Spur nach links seitigt werden.

verschoben erscheinen. Die Unsymmetrie verlagert Die Wandler sollen einander eng benachbart ange-

sich also bei zunehmender Fischgröße von links nach ordnet sein und ähnliche Polardiagramme haben,

rechts. Statt einer Zweistrahlröhre kann natürlich Obwohl das Verfahren nur auf einen einzigen

auch eine Einstrahlröhre mit einem elektronischen 35 Fisch oder gedrängte Gruppen von Fischen anwend-

Schalter hoher Frequenz verwendet werden, um die bar ist, die im Vergleich zum Strahl klein sind, ist es

Echosignale S₁ und S₂ wechselweise der Röhre zuzu- von Vorteil, da gerade diese Bedingungen im Wasser

führen, wodurch die gleiche Wirkung wie bei einer meistens vorliegen.

Zweistrahlröhre erzielt wird. Die verschiedenen Schallabsorptionen bei den bei-

Gegebenenfalls kann bei allen Ausführungsformen 40 den Frequenzen können vorteilhaft dadurch kompendie Zeitablenkung durch das Bodenecho ausgelöst siert werden, daß das Verstärkungsverhältnis der beiwerden, wobei die erforderliche Zeitverzögerung der den Kanäle bzw. Verstärker 15 und 16 einstellbar ist. Signale S₁ und S₂ mit Hilfe einer magnetischen Spei- Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in F i g. 7 chertrommel erreicht wird, die zwei Aufzeichnungs- gezeigt, in der gleiche Teile die gleichen Bezugsspuren aufweist, von denen jede mit einem geson- 45 ziffern wie in F i g. 2 tragen. In F i g. 7 sind zwei gederten Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf mit zu- kuppelte Verstärkungsregler 36 und 37 mit den Empgeordneten Verstärkern zusammenwirkt. Dabei kann fangsverstärkern 15 und 16 verbunden dargestellt, ein gemeinsamer Löschkopf verwendet werden, der Die Regler 36 und 37 dienen zur Steuerung der Verbeide Spuren überdeckt. Der Auslöseimpuls kann Stärkung in Abhängigkeit von der Tiefe, auf welche beispielsweise von dem Kanal höherer Frequenz ab- 50 das Gerät eingestellt ist, derart, daß die verschiedegeleitet werden, da hierdurch ein Echosignal vom nen akustischen Absorptionen der beiden Frequen-Grund des Gewässers erzielt wird, das eine steilere zen kompensiert werden. Für diesen Zweck sind die Vorderflanke hat als ein Signal von niedrigerer Fre- Vorrichtungen 36 und 37 in F i g. 7 als mit der Verquenz. zögerungseinrichtung 17 gekuppelt dargestellt, deren

Vorausgesetzt, daß der relative Verstärkungsfaktor 55 Einstellung durch einen Steuerknopf 38 verändert zwischen den beiden Kanälen, über welche die Echo- wird, der nach der Tiefe geeicht ist. Gegebenenfalls signale S₁ und S₂ geleitet werden, konstant ist, ist das können die Verstärkungsregler 36 und 37 so angevorangehend beschriebene Verfahren zum Messen ordnet werden, daß sie von der Verzögerungseinrichder Fischgröße unabhängig von der Absolutverstär- tung 17 gesondert gesteuert werden. In manchen Fälkung, zumindest über einen weiten Bereich von 60 len kann das Verhältnis der Verstärkungsfaktoren Fischgrößen. Vorausgesetzt ferner, daß die Schall- der beiden Verstärker 15 und 16 für eine bestimmte strahlen von den beiden Frequenzen gleich sind und Tiefe eingestellt werden, und der Verstärkungsfaktor zusammenfallen, ist das Verfahren zur Messung der eines der Verstärker kann verstellbar gemacht wer-Fischgröße von der Lage des Fisches im Strahl unab- den. Die Skala des Verstärkungsreglers kann ebenhängig. Gegebenenfalls kann zur Messung der klei- 65 falls auf Tiefe geeicht werden,
neren Fischgrößen (im vorliegenden Beispiel unter In Fig. 7 sind Sende-Empfangs-Schalter 39 und 40 cm) eine Einrichtung, zweckmäßigerweise ein ge- 40 gezeigt, die erforderlich sind, um zu verhindern, eichter gekuppelter Verstärkungsregler, zur Messung daß das ausgesendete Signal zu den Empfangsver-

stärkern 15 und 16 hindurchtritt und diese blockiert. Solche Sende-Empfangs-Schalter können auch bei der Anordnung nach F i g. 2 vorgesehen werden.

Statt oder zusätzlich zur Veränderung der relativen Verstärkung in den beiden Empfangskanälen kann das Amplitudenverhältnis der ausgesendeten Impulse verändert werden, beispielsweise mit Hilfe einer Einrichtung, die der für die Veränderung der Empfängerverstärkung vorgeschlagenen ähnlich ist.

Claims (5)

Patentansprüche: IO

1. Verfahren zur Feststellung von Fischen mit einem Echolotgerät, bei dem Impulse von Schalloder Ultraschallwellen in zwei parallelen Strahlen verschiedener Frequenz ins Wasser gesendet werden, wobei die beiden Strahlen für Objekte verschiedener Größe maximale Reflexionsintensität ergeben und die Echosignale der beiden Strahlen auf einem gemeinsamen Anzeigeorgan sichtbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Fischgröße das Intensitätsverhältnis hinsichtlich des gleichen Objektes zwischen dem zum einen und dem zum anderen Strahl gehörigen Echo ablesbar ist.

2. Echolotgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale der beiden Strahlen verschiedener Frequenz mit einer Sägezahnspannung aus einem Ablenkgenerator kombiniert werden und die resultierenden Spannungen so angelegt

werden, daß ein Kathodenstrahl durch sie in zueinander senkrechten Richtungen abgelenkt wird (Fig. 2 und 3).

3. Echolotgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem als Anzeigevorrichtung für das Intensitätsverhältnis eine Kathodenstrahlröhre mit einem Sägezahnablenkgenerator für die Zeitablenkung vorgesehen ist, der mit der Impulsgabe gekoppelt ist und eine Sägezahnablenkspannung erzeugt, durch die der Strahl in der einen Koordinate abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl durch die Echosignale der beiden Strahlen verschiedener Frequenz in entgegengesetzten Richtungen im wesentlichen im rechten Winkel zu der Koordinate abgelenkt wird (Fig. 2 und 5).

4. Echolotgerät nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsverhältnis der beiden Empfangskanäle einstellbar ist (Fig. 7).

5. Echolotgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Amplitudenverhältnis der Senderimpulse der beiden Strahlen verschiedener Frequenz veränderbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 944 599;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1037 328;
»Echolot-Fibel«, herausgegeben von der ELAC-Electroakustik G. m. b. H.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609 749/119 12.66 © Bundesdruckerei Berlin