DE1255004B - Echolotgeraet, bei dem eine Lotstation auf einem Unterwasserkoerper und eine Beobachtungsstation auf einem Beobachtungsschiff angebracht ist - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 74 d-6/15

Nummer: 1255 004

Aktenzeichen: A 43466IX d/74 d

1 255 004 Anmeldetag: 29. Juni 1963

Auslegetag: 23. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Echolotgerät, bei dem eine den Lotsignalgeber und -empfänger enthaltende Lotstation auf einem Unterwasserkörper und eine das Anzeigegerät für die Entfernung enthaltende Beobachtungsstation auf einem Beobachtungsschiff angebracht ist und bei dem zur Übertragung der Meßinformationen von der Unterwasserlotstation zur Beobachtungsstation eine Wasserschallsignaleinrichtung vorgesehen ist.

Bei den bekannten Echolotgeräten dieser Art befindet sich in der Unterwasserstation praktisch die gesamte Echoloteinrichtung einschließlich der Mittel zur Erzeugung eines der gemessenen Entfernung oder Tiefe proportionalen Meßwertes, der dann lediglich noch durch Wasserschallsignale zum Beobachtungsschiff hin mitzuteilen ist. Bei den bekannten Geräten erfolgt diese Mitteilung in Form eines Wasserschallsignals, dessen Frequenz proportional der gemessenen Entfernung ist. Das zu übertragende Wasserschallsignal wird an Bord des Schiffes empfangen und beispielsweise unmittelbar in einem Kopfhörer akustisch zur Anzeige gebracht, wobei die Tonhöhe des Signals ein Maß für die gemessene Tiefe darstellt. Natürlich könnte man die Frequenz des Signals auch durch ein Meßgerät zur Anzeige bringen bzw. registrieren. Eine ähnliche Übertragung von Tiefenmeßwerten von einem getauchten Meßgerätträger aus hat man auch in Verbindung mit Tiefenmeßgeräten anderer Art durchgeführt, beispielsweise mit einem Tiefenmesser, der auf den Wasserdruck anspricht und ein Schallsignal zum Beobachtungsschiff sendet, dessen Frequenz ebenfalls von der gemessenen Tiefe abhängig ist. Ein solches Meßgerät hat jedoch den Nachteil, daß nur die Tiefe des Tauchkörpers selbst festgestellt werden kann, nicht aber die Wassertiefe unter dem Tauchkörper. Ferner kann man dabei auch keine Echos von Fischschwärmen erkennen. Will man die Wassertiefe unter dem Tauchkörper messen oder Fischschwärme beobachten, so ist man auf die Echolotung angewiesen, und man gelangt dann zu einer Gesamtapparatur mit unerwünscht hohem Aufwand, insbesondere auch für die Unterwasserstation. Dabei wäre es außerdem schwierig und mit einem nicht unerheblichen weiteren Aufwand verbunden, wollte man das bisher zur Meldung der Wassertiefe vorgesehene Signal mit von der Wassertiefe abhängiger Frequenz zur Erzeugung einer fortlaufenden Aufzeichnung der empfangenen Echos in einem Echographen ausnutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Echolotgerät der eingangs gekennzeichneten Art zu schaffen, dessen Unterwasserstation einen möglichst Echolotgerät, bei dem eine Lotstation auf einem Unterwasserkörper und eine Beobachtungsstation auf einem Beobachtungsschiff angebracht ist

Anmelder:

Beteiligungs- und Patentverwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung,
Essen, Altendorferstr. 103

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Siegfried Mroß,
Hans-Georg Schloen, Bremen

einfachen, betriebssicheren Aufbau hat und für dessen Beobachtungsstation die Technik der für die Echolotung sonst üblichen Kurzzeitmeßgeräte für die Augenblicksanzeige oder die Aufzeichnung fortlaufender Echogramme anwendbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß

a) das Echolotgerät in an sich bekannter Weise mit Lotimpulsen und Messung der Impulslaufzeiten als Maß für die Entfernungen der Echolotziele arbeitet,

b) in der Unterwasser-Lotstation der mit dem Sender verbundene Lotimpulsgenerator zur Erzeugung der Lotimpulse in einem vorgegebenen Zeitabstand von z. B. 400 ms, ferner der mit einem Informationsgenerator verbundene Sender für die Übertragung der die Meßinformationen enthaltenden Unterwasserschallsignale angeordnet ist,

c) dieser Informationsgenerator der Lotstation zur Erzeugung eines modulierten Unterwasserschallstrahls eingerichtet ist und von verschiedenen Modulationsgebern mit unterschiedlicher Kennung der erzeugten Impulse gesteuert wird, und zwar einem Echoimpuls-Modulationsgeber, der mit dem Unterwasserschallempfänger für die zurückkehrenden Echos verbunden ist, und einem Bezugszeitimpuls-Modulationsgeber, der zeitstarr mit dem Lotimpulsgenerator gekoppelt ist,

d) in der Beobachtungsstation ein an sich bekanntes Kurzzeitmeßgerät zur Messung der Impulslaufzeiten und ferner ein mit dem Empfänger für die Unterwasserschallsignale der der Unter-

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wasser-Lotstation verbundener Demodulator mit anschließendem Impulssieb angeordnet ist, welches den durch Siebung getrennten Echo-Modulationsimpuls über einen Endverstärker auf das Anzeigeorgan des Kurzzeitmeßgerätes und die durch Siebung getrennten Bezugszeitimpulse auf eine Synchronisiereinrichtung mit einem Stellglied für den Zeitgeber des Kurzzeitmeßgerätes gibt.
Dabei kann das Stellglied für den Zeitgeber vom Ausgang einer Meßeinrichtung für den Zeitabstand gesteuert werden, der sich zwischen dem dem Lotimpuls entsprechenden Bezugszeitimpuls und einem in festem Abstand vom Nulldurchgang des Zeitgebers erzeugten Vergleichsimpuls aus einem mit dem Zeitgeber zeitstarr gekoppelten Vergleichsimpulsgeber ergibt, wobei die Abweichung dieses Zeitabstandes von einem vorgegebenen Sollwert als Regelwert für das Stellglied des Zeitgebers dient.

Eine schnelle und feinfühlige Regelung läßt sich ao dadurch herbeiführen, daß einer Grobregelung durch eine langsame, im Takt der Lotimpulse von einem ersten Bezugszeitimpuls-Modulationsgeber erzeugte Bezugszeitimpulsfolge eine Feinregelung durch eine schnelle, z. B. viermal schnellere, von einem zweiten Bezugszeitimpuls-Modulationsgeber erzeugte Bezugszeitimpulsfolge mit von der ersten Bezugszeitimpulsfolge abweichender Kennung zugeordnet ist, die in Verbindung mit einer durch einen zweiten Vergleichsimpulsgeber erzeugten schnellen Vergleichsimpulsfolge zur Ableitung eines Feinregelwertes für das Stellglied des Zeitgebers dient. Dabei wird zweckmäßig die Einrichtung zur Feinregelung mit einer Sperre versehen, die von einer zusätzlichen Meßeinrichtung für den Zeitabstand zwischen dem dem Lotimpuls entsprechenden Bezugszeitimpuls und einem in festem Abstand vom Nulldurchgang des Zeitgebers erzeugten Vergleichsimpuls gesteuert wird, wobei die Steuerung so ausgebildet und bemessen ist, daß die Sperre für die Feinregelung wirksam wird, wenn der Zeitabstand einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

F i g. 1 stellt den selbständig unter Wasser arbeitenden Anlagenteil dar, der z. B. am Kopftau eines Schleppnetzes befestigt ist;

F i g. 2 zeigt den an Bord des Beobachtungsfahrzeuges, insbesondere des Fischdampfers, angeordneten Anlagenteil;

F i g. 3 a, 3 b, 3 c veranschaulichen die Wirkungsweise der in F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltung an Hand von Impulsdiagrammen.

Der unter Wasser angeordnete Anlagenteil (F i g. 1) besteht im wesentlichen aus einem mit Schallimpulsen arbeitenden Echolotschwingerl, einem Impulsgeneratori zur Erzeugung der Sendeimpulse und einem Verstärker 3 für die vom Schwinger 1 empfangenen Echos, ferner einer Steuereinrichtung, welche dazu dient, die für die richtige Zusammenwirkung der Sende- und Empfangseinrichtung am Netz und der Anzeigevorrichtung an Bord erforderlichen gegenseitigen Informationen bzw. Kommandos zu liefern. Durch sie werden Steuerimpulse einerseits auf den Impulsgenerator 2 und andererseits auf einen Informationsgenerator 4 gegeben. Durch diesen wird ein Unterwasserschallschwinger 5 betrieben, der zur Übertragung sowohl der empfangenen Echoimpulse

als auch der für die Anzeige erforderlichen Informations- oder Synchronisierimpulse dient.

Der zur Erzeugung der Kommando- und Informationsimpulse dienende Steuerteil arbeitet mit einem Taktgeber 6, der in regelmäßigen Abständen von z. B. 100 ms Impulse U₁ an einen Frequenzteiler 7 gibt, der nur jeden vierten Impuls als Kommando- und Informationsimpuls U₂ weitergibt.

Die vom Taktgeber 6 erzeugten Impulse U₁ im Abstand von 100 ms werden als Informationsimpulse auf einen ersten Zeitgeber 8 und die vom Teiler 7 weitergegebenen Impulse U₂ im Abstand von 400 ms als Informationsimpulse an einen zweiten Zeitgeber 9 und außerdem als Kommandoimpulse an den Impulsgenerator 2 für die Sendeimpulse der Echolotung weitergegeben.

Über die beiden Zeitgeber 8 und 9 gelangen die im schnellen und langsamen Takt vom Taktgeber 6 und Teiler 7 kommenden Impulse als kurze Impulse U₅ und lange Impulse U₆ zum Generator 4. Diese beiden Impulse dienen zur Modulation der Trägerfrequenz des Generators 4.

Die vom Zeitgeber 8 weitergegebenen kurzen Impulse U₅ bewirken im Generator 4 eine kurzzeitige Modulation entsprechend dem Frequenzhub U_s und die langen Impulse U₆ eine lange Modulation entsprechend dem Frequenzhub U_e.

Die über den Teiler7 auf den Impulsgeneratori kommenden Impulse U₂ dienen zur Erzeugung von Echolotimpulsen U₃ für die Aussendung von Schallimpulsen S durch den Echolotschwinger 1.

Die vom Echolotschwinger 1 aufgenommenen Echoimpulse E gelangen als Spannungsimpulse U₁ über den Verstärker 3 als Modulationsimpulse U₇ an den Generator 4 und rufen dort einen Frequenzhub U₇ hervor.

Der Modulationshub U₇ ist in seiner Größe so zu bemessen, daß er mit Sicherheit kleiner ist als der Modulationshub U₅ und U₆. Dieser Größenunterschied der Modulationshübe U₅, U₆ und U₇ und der Längenunterschied der Impulse U₅ und U_e dienen zur Unterscheidung, damit bei der Demodulation an Bord diese Impulse voneinander getrennt werden können.

Die durch U₅, U_e und U₇ modulierte Trägerfrequenz wird vom Schwinger 5 als modulierter Wasserschallstrahl zu einem Unterwasserschallempfänger 10 an Bord des Schiffes übertragen und die Empfangsspannung über einen Verstärker 11 einem Demodulator 12 zugeführt, in welchem die Spannungen U₅, U_e und U₇ wiedergewonnen werden und als Impulsspannungen U₈, U_g und U₁₀ auf ein Impulssieb 13 gelangen. In diesem Impulssieb werden die drei verschiedenen Impulsspannungen entsprechend ihrer verschiedenen Amplitude bzw. Länge voneinander getrennt, und zwar gelangt der Echoimpuls U_in über einen Endverstärker 14 auf den Schreibgriffel 15, der auf dem Registrierstreifen 16 des an Bord befindlichen Echographen die Echoimpulse aufzeichnet, und zwar in Form einer Schwärzung der Schreibfläche.

Der Griffel 15 des Echographen wird von einem umlaufenden endlosen Band 17 getragen, das über eine antreibende Rolle 18 und eine Umlenkrolle 19 läuft. Der Antrieb der Rolle 18 erfolgt von einem Motor mit Getriebe 20 über eine Welle 21.

Der Motor des Echographen hat eine solche Tourenzahl, daß die Umlaufzeit des Griffels 15 im

Claims (1)

wesentlichen der Taktfolge der Lotimpulse I/., entspricht. Um zu erreichen, daß der Griffel 15 die Schallaussendung wie in einem normalen Echolot auf der Null-Linie 22 des Schreibstreifens 16 aufzeichnet, werden die Impulse CZ8, CZfl in folgender Weise zur Synchronisierung des Motorlaufes benutzt. Eine mit der Welle 21 des Motors gekoppelte Nockenscheibe 23 betätigt einen Kontakt 24 und ist so eingerichtet, daß bei dem angestrebten Synchronlauf der dadurch erzeugte Steuerimpuls Un in der Mitte zwischen zwei Synchronisierungsimpulsen Us liegt. Dieser Steuerimpuls CZ11 löst in einem bistabilen Multivibrator 25 den Beginn eines Rechteckimpulses U12 aus. Durch den Rechteckimpuls CZ12 wird in einem Miller-Integrator 26 ein Sägezahnimpuls CZ13 gestartet. Das Ende des Rechteckimpulses U12 wird durch den Synchronisierimpuls Ua bestimmt, welcher dem bistabilen Multivibrator 25 vom Impulssieb 13 über einen Impulsformer 27 als Stopimpuls Uu zugeführt wird. Die im Miller-Integrator 26 aufgelaufene Spannung Uis erreicht damit ihren Spitzenwert und fällt wieder ab. Die erreichte Maximalspannung wird in einem Speicherkondensator 28 für eine gewisse Zeit tr gespeichert. Der Wert dieser Speicherspannung U15 ist ein Maß für den Abstand zwischen dem Startimpuls U11 und dem Stopimpuls CZ14 und damit für die Abweichung vom angestrebten Synchronlauf. Beim Synchronlauf erreicht diese Spannung einen bestimmten vorgegebenen Wert. Die Differenz zwisehen dem tatsächlich erreichten Wert und dem vorgegebenen Soll-Wert wird durch Vergleich mit einer Vergleichsspannung CZie aus einer Spannungsquelle 29 bestimmt. Dieser Vergleich geschieht in einer Vergleichsstufe 30 und wird ausgelöst von dem Impuls Uu, der einen Zeitschalter 31 startet, welcher den Spannungsvergleich in der Vergleichsstufe 30 durch einen Startimpuls CZ31 für eine gewisse Zeit, nämlich die Zeit tv, einschaltet. Zur Beendigung dieses Vergleiches wird der Speicherkondensator 28 durch eine Entladestufe 32 wieder entladen, die vom Zeitschalter 31 gestartet einen Impuls CZ32 auf den Speicherkondensator 28 gibt. Die Vergleichsstufe 30 liefert einen Spannungswert A U/ie'm = CZ15-CZ16, dessen Größe und Vorzeichen ein Maß ist für Maß und Richtung der Abweichung des Griffels 15 vom Synchronlauf. Diese Spannungsdifferenz A Ujt ein wird über eine im einzelnen noch zu beschreibende Sperre 33 einem Motorregler 34 zugeführt, durch den die Drehzahl des Motors für kurze Zeit erniedrigt oder erhöht wird, je nachdem der Griffel vor- oder nachläuft. In der Zeichnung ist der Motorregler als ein mechanisch betätigter Widerstand dargestellt. Vorzugsweise wird eine elektronische Schaltung benutzt. Der Motorregler wirkt in einer solchen Weise, daß bei größerer Differenz J U/lein ein stärkerer und längerer Verzögerungsimpuls auf den Motor gelangt als bei kleinerer Differenzspannung A U/ie'm. Dadurch kann erreicht werden, daß der Motor schon durch einen einzelnen Spannungsvergleich in den Synchronlauf gezwungen wird. Da durch die schnell aufeinanderfolgenden Synchronisierimpulse CZ5 bzw. CZ8 nur Abweichungen vom Synchronlauf festgestellt werden, die dem vierten Teil der Lotperiode entsprechen, sind außerdem die im langsamen Takt, nämlich im Takt der Echolotungen aufeinanderfolgenden Synchronisier- impulse Ue bzw. CZg vorgesehen. Diese Synchronisierimpulse werden in einer zweiten Vergleichsschaltung ausgewertet. Der Motor 20 ist zu diesem Zweck mit einer zweiten, viermal langsamer laufenden Welle mit Kontaktscheibe 35 und Startkontakt 36 versehen. Durch dessen Startimpulse U11 werden in einem bistabilen Multivibrator 37 Rechteckimpulse Uis gestartet. Beendet werden diese Impulse durch Stopimpulse CZ19, die von den Synchronisierimpulsen CZ9 ausgelöst werden, die vom Impulssieb 13 über einen Impulsformer 38 als Stopimpulse CZ19 auf den Multivibrator 37 kommen. Der Rechteckimpuls CZ18 startet in einem Miller-Integrator 39 wiederum einen Sägezahnimpuls U20, und dieser erzeugt in einem Speicherkondensator 40 eine seiner Spitzenspannung entsprechend hohe Meßspannung CZ21. Diese Meßspannung wird in gleicher Weise wie die Meßspannung Uu mit Hilfe einer Vergleichsstufe 41 in Verbindung mit einer Vergleichsspannungsquelle 42 (CZ22), einem Zeitschalter 43 (CZ23) und einer Entladestufe 44 (CZ24) mit der Vergleichsspannung CZ22 verglichen und die dabei gemessene Differenzspannung A CZ/grob = CZ21 — CZ22 wirkt in gleicher Weise wie die Differenzspannung A C//fein auf den Motorregler 34. Ist die Differenzspannung A CZ/grob größer, als es dem halben Abstand der Synchronisierimpulse CZ8 entspricht, so würde die Differenzspannung A CZ/fein nicht mehr in der Lage sein, eine richtige Regelung herbeizuführen. Aus diesem Grund wird in einem solchen Fall die Feinregelung unwirksam gemacht. Zu diesem Zweck ist eine weitere Vergleichsstufe 45 vorgesehen, in der die Meßspannung CZ21 mit zwei weiteren Vergleichsspannungen, einer maximalen U23imax und U2S/min aus einer Vergleichsspannungsquelle 46 verglichen wird. Liegt die Meßspannung CZ21 außerhalb des Spannungsbereiches von U23lmin bis UtsiImax, so wird die Feinregelung ausgeschaltet. Hierzu gibt die Vergleichsstufe 45 einen Verriegelungsimpuls über eine Leitung 47 auf die bereits obenerwähnte Sperre 33 für die Motorfeinregelung, so daß nur noch die Grobregelung von der Vergleichsstufe 41 aus wirksam ist. Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. So können zur Messung der Zeitdifferenz zwischen den Impulsen CZ8 und CZn bzw. zwischen CZ9 und U11 auch andere Methoden angewandt werden. Die Erfindung ist ferner anwendbar auf Anzeigegeräte mit jeder beliebigen Zeitablenkung, sei es durch einen Motor oder durch einen elektrischen Zeitkreis, beispielsweise in einer Kathodenstrahlröhre. Patentansprüche:

1. Echolotgerät, bei dem eine den Lotsignalgeber und -empfänger enthaltende Lotstation auf einem Unterwasserkörper und eine das Anzeigegerät für die Entfernung enthaltende Beobachtungsstation auf einem Beobachtungsschiff angebracht ist und bei dem zur Übertragung der Meßinformationen von der Lotstation zur Beobachtungsstation eine Wasserschallsignaleinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) das Echolotgerät in an sich bekannter Weise mit Lotimpulsen und Messung der Impulslaufzeiten als Maß für die Entfernungen der Echolotziele arbeitet,