DE1265004B - Anzeigeverfahren und -vorrichtung fuer Echolotgeraete - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche Kl.: 74 d-6/15

Nummer: 1265 004

Aktenzeichen: E 28590IX d/74 d

Anmeldetag: 30. Januar 1965

Auslegetag: 28. März 1968

Die bei den Lotungen beabsichtigten Echos müssen zur Auswertung angezeigt werden. Hierbei besteht das Problem, möglichst viele Eigenschaften eines Echos sichtbar zu machen, vor allen Dingen auch die räumliche Lage des angeloteten Objektes, aber ohne Verzicht auf die Wiedergabe seiner stofflichen Eigenheiten, die das Objekt von anderen erst unterscheidbar macht. Es haben sich hierfür Anzeigegeräte eingebürgert, die eine optimale Anzahl von Merkmalen anzuzeigen gestatten.

So sind schreibende Registriergeräte bekannt, bei denen Lotentfernung, Echoamplitude in Abhängigkeit von der Zeit und die zeitliche Abhängigkeit vieler aufeinanderfolgender Lotungen anzeigbar sind. Ebenso gibt es die Anzeige auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, wo ebenfalls die Lotentfernung und der zeitliche Verlauf der Echoamplitude anzeigbar sind.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei Echolotgeräten mit derartigen Anzeigegeräten, die die Echoamplitude in Abhängigkeit von der Zeit anzeigen, zusätzlich die Richtung der Objekte auswertbar zu machen, die ja ebenfalls, beispielsweise für das Ansteuern eines Fischschwarmes in der Schleppnetzfischerei, sehr wichtig ist. Die Schwierigkeiten liegen hierbei einmal darin, daß die Anzeigefläche bereits durch die zeitabhängige Anzeige voll beansprucht wird, so daß zunächst keine weitere Möglichkeit erkennbar ist, die Winkellage des Objektes erkennbar zu machen; zum anderen soll der Aufwand möglichst klein bleiben, damit ein Echolotgerät nach der Erfindung für Schiffe brauchbar bleibt, die bezüglich Raum und Rentabilität beschränkt sind, vorzugsweise für Fischereifahrzeuge.

Die Erfindung benutzt die Erkenntnis, daß die mit einer Zeitauslenkung arbeitenden Anzeigegeräte noch bezüglich ihrer Anzeigestärke regelbar sind, und geht von einem Anzeigeverfahren für mit Wasserschall arbeitende Echolotgeräte aus, die die Echosignale zweikanalig empfangen, die ferner aus den beiden Echoempfangsspannungen das Summensignal und das Differenzsignal bilden und für die Anzeige der Echos in Abhängigkeit von der Zeit verwenden.

Erfindungsgemäß ist bei einstellbarer elektrischer Verschiebung der Phasenlage der beiden Echoempfangsspannungen relativ zueinander allein das Summensignal für die Anzeige in Abhängigkeit von der Zeit und das Differenzsignal zur elektrischen Regelung der Anzeigestärke des Summensignals verwendbar.

Hierdurch ergibt sich die Wirkung, daß Echos bzw. Objekte aus einem sehr engen, aber bekannten Anzeigeverfahren und -vorrichtung für
Echolotgeräte

Anmelder:

Electroacustic

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

2300 Kiel, Westring 425-429

Als Erfinder benannt:
Dr. Hans Drenkelfort,
2300 Kiel-Elmschenhagen

Winkelbereich bevorzugt oder ausschließlich angezeigt werden. Der Anzeige wird mit geringem Aufwand die Winkellage der reflektierenden Objekte entnehmbar, die zusammen mit der Lotentfernung die vollständige räumliche Lage dieser Objekte liefert.

Im Prinzip würde eine bessere Zuordnung von Lotentfernung und Winkellage des Objektes auch durch eine schärfere geometrische Bündelung des Lotstrahles erreicht werden können. Dieser hat bekanntlich einen endlichen Öffnungswinkel von z. B. 20°, wodurch alle Objekte innerhalb dieses Winkels in der Anzeige als einer Richtung zugeordnet erscheinen und bezüglich ihrer Winkellage mit dieser Unbestimmtheit behaftet sind. Diese sehr geringe Peilschärfe läßt sich an sich durch Heraufsetzen der geometrischen Abmessungen d des Wandlers und der Frequenz / erhöhen. Hiermit sind aber Nachteile verbunden, die eine Anwendung dieses an sich bekannten Prinzips bei Fischereifahrzeugen in der Regel unmöglich erscheinen lassen. Zunächst ist die höhere Frequenz nicht für jedes Objekt geeignet und begrenzt auch die Reichweite. Vor allem aber benötigen größere geometrische Abmessungen, z. B. ein 1 qm großer Schwinger, einen derart großen Raum und Kostenaufwand, daß er für Fischereifahrzeuge untragbar ist. Weiterhin benötigt ein derartig großer Wandler eine Einfahreinrichtung, einen Koker im Innenraum des Schiffes, eine sehr stabile Halterung, eine große stromlinienförmige Verkleidung und wegen der außerordentlichen Peilschärfe von etwa 3° bei 30 kHz auch eine aufwendige Stabilisierungseinrichtung gegenüber den Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und erreicht trotzdem eine vergleichbare Peilschärfe, so

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daß Fischereifahrzeuge bereits rechtzeitig den Fisch- F i g. 7 Summen- und Differenzsignale in Abhän-

schwarm ausmachen und genau genug ansteuern gigkeit von der Ablage und mit einstellbarer Peilkönnen. Hierdurch kann zunächst der fangwürdigste schärfe,

Fischschwarm ausgesucht und dieser sodann im ein- F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit

maligen Überlaufen optimal abgefischt werden, ohne 5 räumlicher Peilschärfe.

daß der Fischer erst durch erfolgreiche Nachbarn In der F i g. 1 sind mit 1 und 2 zwei nebenein-

auf einen fangwürdigen Fischschwarm aufmerksam ander angeordnete Schallwandler dargestellt. In diewürde. Sie ermöglicht darüber hinaus auch die sen wird die einfallende Echoenergie in elektrische Ausrüstung sonstiger kleber Schiffe — z. B. Signale umgesetzt. Diese Echoenergie kommt aus Feuerschiffe, Schiffe der Wasserpolizei, Schlepper io dem umgebenden Wasser und stammt von Echos — mit einem raumsparenden, peilscharfen Echolot- angeloteter Objekte, die mittels eines nicht gezeichgerät. neten Senders über die gezeichneten oder über

Eine Bildung des Summensignals und des Diffe- zusätzliche Wandler ausgesandten kurzen Zuges von renzsignals ist an sich beim sogenannten Summe- Ultraschallwellen, von Ultraschallimpulsen, durch Differenz-Verfahren bekannt. Durch dieses Verfah- 15 Reflexion an einem davon getroffenen Objekt erhalren ist eine hohe Peilschärfe, eine elektronische Bün- ten werden bzw. als Echos auf die Wandler 1, 2 faldelung, dadurch erreichbar, daß das Summensignal len. Diese Echos sind mit den kohärenten Wellen 3,4 an das eine Plattenpaar und das Differenzsignal an angedeutet und besitzen bei einer Ablage von der das andere Plattenpaar einer Kathodenstrahlröhre Mittelsenkrechten der beiden Wandler 1, 2 eine gelegt werden und die auf dem Schirm erscheinende ao Phasenverschiebung φ gegeneinander. Lissajous-Figur, eine Gerade, durch ihre Neigung als Nach dem Empfang der Echos und der Umwand-

Richtungsindikator verwertet wird. Hierbei fehlen lung in elektrische Signale werden diese in getrennaber die eingangs geschilderten und für den prak- ten Verstärkern 5, 6 verstärkt und sodann einem tischen Gebrauch notwendigen Aussagen, so daß Summe-Differenz-Rechner 7 zugeführt, in dem das eine derartige Echolotanlage zwar große Peilschärfe 25 Summensignal und das Differenzsignal gebildet werbesitzt, aber allein nicht ausreicht. Mittels der Erfin- den. Das Summensignal möge in der oberen dung werden in erfinderischer Weise Teile des Leitung 8 und das Differenzsignal in der unteren Summe-Differenz-Verfahrens unter Erhaltung, und Leitung 9 weitergeleitet werden. Das Summensignal in einer Ausführungsform sogar Verbesserung, der gelangt an einen Regelverstärker 10, der das Sum-Peilschärfe auf Echolotgeräte mit Anzeigegeräten der 30 mensignal verstärkt an ein Anzeigegerät 11 weitereingangs geschilderten Art übertragen. Dadurch wer- gibt. Dieses Anzeigegerät kann entweder eine Kathoden die Vorteile beider Anzeigeverfahren miteinander denstrahlröhre oder ein schreibendes Registriergerät vereinigt, ohne daß zusätzliche Anzeigegeräte u. dgl. sein sowie zusätzlich einen Endverstärker enthalten, notwendig wären. Die angezeigten Echosignale behal- Die Regelspannung für den Regelverstärker 10 wird ten nicht nur ihren ursprünglichen und für die wir- 35 aus dem Differenzsignal gewonnen. Hierzu ist eine kungsvolle Benutzung der Boote auch notwendigen Demodulationsstufe 12 im Zuge des Differenzsignals Informationsinhalt, sondern gewinnen zusätzlich vorgesehen. Die Wirkung der Erfindung wird wesentgenaue Informationen über die Richtung und damit lieh verbessert, wenn im Zuge des Differenzsignals über die Lage der Objekte. ein zusätzlicher Verstärker 13 angeordnet ist, so daß

Eine Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- 40 das Differenzsignal vor dem Zusammenwirken mit fahrens erfolgt mittels einer Vorrichtung, die gekenn- dem Summensignal gegenüber diesem stärker verzeichnet ist durch die Anordnung zweier Empfangs- stärkt wird.

kanäle sowie durch die Anordnung von Mitteln zur Die vorteilhafte Wirkung der erfinderischen ZuBildung des Summensignals und des Differenzsignals sammenführung von Summensignal und Differenz- und schließlich durch die Ausbildung zur zeitabhän- 45 signal wird an Hand der F i g. 2 demonstriert. Hier gigen Anzeige des Summensignals und zur Regelung sind drei Kurven aufgezeichnet, und zwar drei der Anzeigestärke durch das Differenzsignal. Signalspannungen in Abhängigkeit von der Phasen-

Außerdem liegt der Erfindung die weitere Er- verschiebung φ der beiden einfallenden kohärenten kenntnis zugrunde, daß sich ohne wesentlichen Auf- Echowellen 3, 4. Die Kurve 14 veranschaulicht die wand die Peilschärfe noch weiter durch die Ausbil- 50 Summenspannung U₁ (F i g. 1) in Abhängigkeit von dung einer gegenüber dem Summensignal größeren der Phasenverschiebung ς?. Sie besitzt bei senkrech-Verstärkung des Differenzsignals verbessern läßt. tem Einfall, d. h. bei einer Phasenverschiebung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung φ=0° ein Maximum, das bei zunehmendem Schrägergeben sich an Hand der Ausführungsbeispiele und einfall und der damit verbundenen Phasenverschieder Figuren. Es zeigt 55 bung der beiden Wandlerspannungen erst allmählich

F i g. 1 das Blockschema eines Ausführungs- kleiner wird. Damit läßt sie eine relativ geringe Peilbeispiels der Erfindung, schärfe einer Echolotanlage erkennen, wenn — wie F i g. 2 den Verlauf des Summensignals, des Diffe- üblich — allein das Summensignal zur Anzeige in renzsignals und des gemäß der Erfindung resultieren- der Anzeigevorrichtung 11 benutzt würde. Demden Anzeigesignals in Abhängigkeit von der Ablage, 60 gegenüber besitzt das Differenzsignal für die Phasen-Fig. 3 ein weiteres detailliertes Ausführungs- verschiebung φ=0° ein scharfes Minimum, das beispiel mit schreibendem Registriergerät, durch den zusätzlichen Verstärker 13 noch wesent-F i g. 4 die Anwendung auf ein Anzeigegerät mit lieh verschärft wird. Die zusätzlich verstärkte Diffe-Kathodenstrahlröhre, renzsignalspannung U₂ in Abhängigkeit von der F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit 65 Phasenverschiebung bzw. der Ablage wird durch die Kathodenstrahlröhre, Kurve 15 veranschaulicht. Durch die erfindungs-Fig. 6 die Draufsicht auf ein lotendes Fischerei- gemäße Zusammenführung mit dem Summensignal fahrzeug, resultiert sodann eine anzeigbare Signalspannung EZ₃

mit außerordentlich großer Peilschärfe, wie es an Hand der Kurve 16 deutlich wird.

Die Kurven der F i g. 2 sind nicht nur prinzipielle Kurven, sondern wurden mittels der in der F i g. 3 näher erläuterten Einrichtung experimentell erhalten. Bei Zugrundelegung einer Frequenz von 15 kHz und einem Schwingerabstand von 20 cm ergibt sich eine Halbwertbreite der resultierenden Kurve 16 von nur 1,2°. Das ist weniger als die Hälfte des mittels der sehr aufwendigen Apparatur eines 1-qm-Schwingers bei 30 kHz erreichbaren Wertes. Außerdem ist der Aufwand, auch bezüglich des Raumes, wesentlich geringer.

In der F i g. 3 ist ein detaillierteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die von den beiden Wandlern 21, 22 erzeugten elektrischen Echosignale werden in den beiden Verstärkern 23, 24 ausreichend verstärkt (etwa 10- bis lOOOOOfach). Der Verstärkungsgrad beider Verstärker ist mit dem Bedienungsorgan 25 zur Anpassung an die jeweiligen Lotbedingungen zwischen einem maximalen und minimalen Wert stetig einstellbar. Mit dem Bedienungsorgan 26 ist die Phasenlage der beiden Verstärker verschiebbar, zweckmäßigerweise gegensinnig. Da diese Schaltungsanordnungen für Phasenverschiebungen bis zu 360° seit langem bekannt sind und auch laufend benutzt werden, wird auf die Detaillierung verzichtet. Durch diese einstellbaren Phasenverschiebungen läßt sich ein Nullabgleich der Wandler sowie der Verstärker herstellen. Weiterhin läßt sich durch einen derartigen Phasenschieber die Richtung der maximalen Empfindlichkeit der Wandler für die einfallenden Schallwellen elektrisch schwenken, für die die beiden Echosignale die Phasenverschiebung φ—0° gegeneinander haben.

Die Ausgangsspannungen der Verstärker 23, 24 werden dem Summe-Differenz-Rechner 27 zugeführt. Dieser enthält die beiden Transformatoren 28, 29, die die Ausgangsspannungen unverzerrt übertragen. Infolge der dargestellten Verknüpfung der Sekundär-Wicklungen entsteht am Eingang der Anordnung 30

eine Wechselspannung, die der Summe ^T der von

den beiden Wandlern erzeugten Wechselspannung entspricht, während die am Eingang der Anordnung 31 liegende Wechselspannung der Differenz Δ beider Wandlerspannungen proportional ist.

Beide Signalspannungen (Summe und Differenz) werden in den Anordnungen 30, 31 verstärkt, sodann nachfolgend das Differenzsignal zusätzlich durch 34 weiterverstärkt. 30 und 31 stellen beispielsweise Triodenverstärker in /?C-Kopplung dar (z. B. eine Doppeltriode). Das Diflerenzsignal wird also stärker verstärkt als das Summensignal, wodurch sich die bereits bei F i g. 2 erläuterte Verschärfung der Richtwirkung ergibt.

Das Zusammenwirken von Summensignal und Differenzsignal erfolgt erfindungsgemäß in dem Regelverstärker 35. Die Röhre Röl ist eine Regelpentode, deren Verstärkungsgrad durch die Wahl des Arbeitspunktes am Steuergitter in an sich bekannter Weise einstellbar ist. Die Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt durch eine negative Richtspannung, die erfindungsgemäß aus dem Differenzsignal abgeleitet wird.

Zunächst wird das Differenzsignal gegenüber dem an die Röhre Röl geführten Summensignal in der Röhrei?ö2 zusätzlich verstärkt. Die zweite Triode Rö3 (z. B. das zweite System einer Doppeltriode) wirkt nur stromverstärkend und dient zur Verringerung des Ausgangswiderstandes. Diei?ö3 zugeordnete Schaltung entspricht einer Kathodenfolgerstufe. Von dem als Spannungsteiler Rl ausgebildeten Kathodenwiderstand gelangt die etwa zusätzlich 20-bis lOOfach verstärkte Differenzspannung über einen Kopplungskondensator C1 zur Gleichrichterdiode D. Über dem Kondensator C 2 entsteht durch die Gleichrichtung eine negative Richtspannung, die der Eingangsspannung am Kopplungskondensator C 3, d. h. der Amplitude des Differenzsignals proportional ist. Die etwa vorhandene Welligkeit dieser Gleichspannung wird durch das Siebglied R2, CA ausreichend geglättet und über den Widerstand R3 ebenfalls dem Steuergitter der Regelröhre Röl zugeführt.

Diese Art der Zusammenführung von Summensignal und Differenzsignal in einer Verstärkerröhre ist nicht die einzige Möglichkeit, sondern es gehört ebenso zur Erfindung, das Differenzsignal auf einen anderen Eingang einer Röhre wirken zu lassen, beispielsweise auf die Kathode, auf das Schirmgitter oder das Bremsgitter. Auch ist es möglich, eine Röhre mit zwei Steuergittern zu benutzen, beispielsweise eine Hexode, und das eine Steuergitter mit dem Summensignal und das andere Steuergitter mit dem Differenzsignal bzw. mit einer aus dem Differenzsignal abgeleiteten negativen Richtspannung zu beaufschlagen.

Schließlich wird das durch das Differenzsignal geregelte Summensignal der Anzeigevorrichtung 36 zugeführt. Im Gegensatz zum an sich bekannten Summe-Differenz-Verfahren ist hierfür bei der Erfindung jede gebräuchliche Anzeigevorrichtung geeignet. Gezeichnet ist zunächst eine Schreibanordnung mit Funken-Durchschlagpapier. Eine derartige, bekannte Anordnung besteht beispielsweise aus einem Schreibgriffel 37, der von einem dauernd und gleichmäßig umlaufenden, isolierenden Band 38 getragen wird und einerseits von einer Stromschiene 39 gespeist wird und andererseits auf dem Funken-Durchschlagpapier 40 gleitet. Dieses Papier besteht aus mehreren Schichten, von denen die unteren relativ gut leiten und gefärbt sind und von einer nicht leitenden undurchsichtigen oberen Schicht abgedeckt werden. Das Papier wird von einer Vorratsrolle 41 für jede Lotung um einen kleinen Schritt nach rechts über einen leitenden Tisch 42 transportiert. Über dieses Papier wird der Schreibgriffel quer zur Fortschaltrichtung während der Lotperiode geführt und brennt an den zu markierenden Stellen die Deckschicht mehr oder weniger fort, so daß dort die gefärbte, vorzugsweise schwarze Unterschicht mehr oder weniger als Markierung sichtbar wird.

43 sind so geschriebene 0-Marken, die beim Aussenden des Ultraschallimpulses geschrieben werden, und 44 Marken, die vom Echo eines vom Sendeimpuls getroffenen Objektes in einem die Entfernung dieses Objektes kennzeichnenden Abstand von den 0-Marken 43 geschrieben werden. Zweckmäßigerweise ist eine stromverstärkende Stufe 45 dem Schreiber vorgeordnet.

Durch die Anwendung der Erfindung auf diese an sich bekannte Schreibanordnung ergeben sich die eingangs geschilderten Wirkungen, da entsprechend der hohen Peilschärfe der Anlage, wie sie beispielsweise durch die Kurve 16 in der F i g. 2 veranschau-

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licht wird, nur die Echos solcher Objekte geschrie- größerung der geometrischen Abmessung der Wandben werden, die innerhalb eines sehr engen Winkel- ler bündelnden Echolotanlage den Vorteil, ohne im bereiches liegen, beispielsweise innerhalb von 1 bis Vergleich dazu nennenswerten Aufwand, zusätzlich 2°. Dieser Winkelbereich läßt sich auf einfachste die in einem größeren Winkelbereich liegenden Ob-Weise mittels des Bedienungsorgans 26 elektrisch 5 jekte erkennbar zu machen, wodurch eine Zielausschwenken. Der Betrag dieser Schwenkung läßt sich wahl erleichtert wird und beispielsweise der Fischer an einer mit dem Bedienungsorgan 26 zusammen- auf einen noch fangwürdigeren Fischschwarm aufarbeitenden, nicht gezeichneten Skala leicht ablesen, merksam gemacht wird, ohne befürchten zu müssen, so daß nicht nur die Entfernung, sondern auch die durch zu vieles Herumsuchen einen bereits genau Winkellage des angeloteten Objektes genau meßbar io angepeilten Fischschwarm nicht wieder zu finden, wird. Zur Ausführung bietet auch hier die Erfindung meh-

Die Erfindung ist aber keineswegs auf diese An- rere Möglichkeiten.

Zeigevorrichtung beschränkt, insbesondere auch In einer Ausführung der Erfindung geschieht dies

nicht auf diese Art eines schreibenden Registrier- durch die Ausbildung einer zusätzlichen Anzeige von gerätes. Beispielsweise ist es möglich, statt eines in 15 außerhalb des Hauptminimums des Differenzsignals fester Bahn geführten Schreibgriffels einen sogenann- liegenden Objekten mit einer abweichenden, vorzugsten Polarschreiber zu benutzen, bei dem die Bahn weise schwächeren Anzeigestärke. Zur beispielhaften des Schreibgriffels schwenkbar ist. Wird diese Ausführung kann für die aus dem Differenzsignal Schwenkung in Abhängigkeit von der Lotrichtung abgeleitete Regelspannung eine Begrenzerstufe vorinsbesondere durch Kupplung mit dem Einstellorgan 20 gesehen werden, so daß die übrigen Objekte durch 26 durchgeführt, so ergibt sich eine sinnfällige Be- die Regelspannung nicht vollständig unterdrückt werrücksichtigung der vermittels der hohen Peilschärfe den. In der F i g. 3 ist eine Zenerdiode Z im Verlauf genauen Richtungsbestimmung durch die Erfindung. der Regelspannung anordnenbar, die die Regelspan-An Stelle eines Schreibers kann aber auch eine an nung im gewünschten Maße begrenzt. Zweckmäßigersich bekannte Anzeigevorrichtung mit einer Katho- 25 weise wird R2 hochohmig gewählt. Abliegende Obdenstrahlröhre benutzt werden. Ebenso können beide jekte 54 erscheinen sodann gegenüber den im Peil-Anzeigeanordnungen gleichzeitig oder wechselseitig sektor liegenden Objekten 53 schwächer in der Anzur Anwendung kommen. zeige (53', 54' in Fig. 5). Es sind bei diesem Ver-

In der F i g. 4 ist die Anschaltung einer Katho- fahren die von der Sendekeule erfaßten und ausdenstrahlröhre 46 als Anzeigevorrichtung 36' bei- 30 reichend reflektierenden Objekte zusammen mit den spielhaft gezeigt. An dem senkrechten Plattenpaar peilscharf erfaßten Objekten gleichzeitig erkennbar, liegt üblicherweise eine Sägezahnspannung, so daß Da der schmale Peilsektor durch gegenseitige der Leuchtfleck auf dem Schirm von oben nach Phasenverschiebung der beiden Wandlerspannungen unten geführt wird. An dem waagerechten Platten- geschwenkt werden kann, ist jedes Objekt durch den paar liegt die Echospannung, wodurch sich eine zur 35 Peilsektor leicht erfaßbar und damit bezüglich seiner obigen Richtung senkrechte Auslenkung und damit Richtung genau bestimmbar. Diese Ausführung ist Anzeige des zeitlichen Verlaufs des Echosignals selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einer bzw. des angeloteten Objektes ergibt. Werden die schreibenden Anzeigevorrichtung wirksam. Dieses Anschlüsse 47 (F i g. 3) und 47' miteinander verbun- Verfahren zeichnet sich durch seine Anschaulichkeit den, so ergibt sich die bereits geschilderte peilscharfe 40 und dem relativ geringen Aufwand aus und ist Anzeige gemäß der Erfindung. Zweckmäßigerweise besonders für die Zwecke der Fischerei beim Suchen ist am Eingang der Kathodenstrahlröhre ein Verstär- und Verfolgen von Fischschwärmen wesentlich besker 48 vorgeordnet. ser geeignet als die bisherige Methode der genauen

Die erfindungsgemäße Regelung der Anzeigestärke Anpeilung mit Wandlern großer geometrischer Abvermittels des Differenzsignals ist aber auch in 45 messungen, ganz abgesehen von dem für Fischereiabweichenden Ausführungen realisierbar. So ist in fahrzeuge oder allgemein für kleine Schiffe untragdem Beispiel der F i g. 5 eine aus dem Differenzsignal baren Aufwand.

abgeleitete Regelspannung dem Wehnelt-Zylinder 49 In der F i g. 6 sind diese Lotverhältnisse nochmals

einer Kathodenstrahlröhre 51 zugeführt. Beispiels- veranschaulicht. Sie zeigt eine Draufsicht auf ein weise kann hierzu die Ausführungsform der F i g. 3 50 Schiff 55 mit unter dem Schiff und nebeneinanderbenutzt werden, indem die Anschlüsse 50, 50' mit- liegenden Wandlern 21, 22. In dem normalbreiten einander verbunden werden. Der Elektronenstrahl ist Lotsektor 56 von etwa 20° liegen die beiden Fischnur dann hellgesteuert und damit ein Echo auf dem schwärme 53 und 54. Ohne die erfindungsgemäßen Schirm der Kathodenstrahlröhre 51 sichtbar, wenn Maßnahmen werden diese beiden Fischschwärme sich das reflektierende Objekt innerhalb des scharfen 55 einer Richtung in dem Anzeigegerät zugeordnet, und Peilsektors befindet. Die Aufzeichnung der Echos die Kursbestimmung des Fischers wäre mit der Unkann beispielsweise in der gleichen Art, wie bereits sicherheit des öffnungswinkels von etwa 20° behafbei der F i g. 4 beschrieben, erfolgen, indem tet. Durch die Erfindung ist eine scharfe Anzeige abweichend die Anschlüsse 52 (F i g. 1) und 52' mit- mittels des schmalen Peilsektors 57 mit einer Geeinander verbunden werden. Wenn der Verstärker 30 60 nauigkeit von etwa 1 bis 2° möglich. Der Fischausreichende Verstärkung besitzt, kann auf einen schwarm 53 erscheint als Anzeige 53' (F i g. 4, 5). zusätzlichen Verstärker 48 (F i g. 4) verzichtet wer- Durch die vorstehend geschilderte weitere Ausbilden. Auch läßt sich durch Drehung der Kathoden- dung der Erfindung sind auch weitere Objekte innerstrahlröhre in an sich bekannter Weise eine dem halb des Normalsektors 56 erkennbar, und zwar Polarschreiber entsprechende Übereinstimmung von 65 deutlich unterscheidbar von denen im Peilsektor 57. Anzeigerichtung und Lotrichtung erzielen. Der Fischschwarm 54 tritt als Anzeige 54' (F i g. 5),

Die Erfindung bietet neben dem geringen Aufwand wenn auch zurücktretend und von geringerer Heiliggegenüber einer gleich scharf peilenden, durch Ver- keit, in Erscheinung. Der Fischer kann an der An-

zeige jetzt deutlich erkennen, daß der Fischschwarm 54 größer und fangwürdiger ist als der zunächst angepeilte Fischschwarm 53. Durch das Bedienungsorgan 26 (F i g. 3) kann er sodann den Peilsektor 57 elektrisch schwenken und beim Aufleuchten der Anzeige 54 zu voller Anzeigestärke die Peilrichtung genau ablesen und den Kurs des Schiffes darauf ausrichten. Die Erfindung verbindet so große Suchbreite mit hoher Peilschärfe.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausbildung einer ihrem Betrag nach einstellbaren Amplitude des Differenzsignals. In der Ausführungsform gemäß der F i g. 3 ist hierzu das Potentiometer R1 vorgesehen. Die sich aus dieser einfachen Maßnahme ergebende außerordentliche Wirkung läßt sich an Hand der in F i g. 7 gezeichneten Kurven erläutern. Nach oben sind die Summenspannungen und nach unten die Differenzspannungen unterschiedlicher Amplitude in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung φ aufgetragen. 60 möge der Verlauf der Amplitude des ausgesandten Schallimpulses sein. Das zurückkommende Echo muß dann in jedem Fall dort ein Minimum haben, wo auch der Sendeimpuls ein Minimum hat, also auch bei φ=±π. Deshalb hat auch die Differenz der Echosignale im Zusammenwirken mit dem Sendeimpuls dort ein erstes Minimum, obwohl das Differenzsignal eines selbst schallaussendenden Objektes, wie es in der F i g. 2 zugrunde gelegt wurde, dort ein Maximum hat. Durch dieses Zusammenwirken der mit der Ablage abfal- !enden Sendeamplitude ergeben sich die gezeichneten Kurven des Differenzsignals. Diese besitzen nicht nur nach der Mitte φ—O verschobene Maxima, sondern dadurch tritt auch eine mehr oder weniger große Versteilerung des Hauptminimums ein. Dessenungeachtet soll aber in der F i g. 6 nur die Wirkung unterschiedlicher Amplituden gleicher Phasenverschiebungen, erhalten durch unterschiedliche Verstärkung des Differenzsignals, demonstriert werden. Bei einer großen Amplitude (Kurve 61) ergibt sich eine große Peilschärfe des resultierenden, angezeigten Summensignals (Kurve 61')· Die folgenden Kurvenpaare 62, 62', 63, 63' zeigen die Verringerung der Peilschärfe bei Abnehmen der Amplitude des Differenzsignals entsprechend einer Schleiferbewegung des Potentiometers 1 von oben nach unten. Befindet sich der Schleifer am unteren Anschlag, entsteht auch bei einer großen Differenzspannung infolge Ablage des Objektes keine Regelspannung mehr, so daß der Verstärkungsgrad der Röhre Röl nicht mehr von der Differenzspannung beeinflußt wird. Die an der Klemme 47 auftretende, anzeigbare, aus dem Zusammenwirken von Sende- und Empfangscharakteristik resultierende Summenspannung 60' zeigt dies. Es ist zu ersehen, daß der Öffnungswinkel des Peilsektors 57 (F i g. 6) durch die Einstellung der Amplitude des Differenzsignals ebenfalls einstellbar ist und dadurch den besonderen Lotverhältnissen leicht angepaßt werden kann. Die Einstellbarkeit der Regelwirkung gestattet es somit, den Öffnungswinkel des Peilsektors stetig zwischen den dargestellten Grenzen zu verändern bzw. zu wählen. Dadurch kann beispielsweise zunächst eine grobe orientierende Lotung mit breitem Peilsektor durchgeführt werden und beim Auffinden eines lohnenden Objektes der Peilsektor verengt und damit die Peilschärfe erhöht werden, wodurch die Winkellage des Objektes genau meßbar auf den Kurs des Schiffes übertragbar wird.

Die Erfindung besitzt noch weitere Vorteile, so ist es trotz ihrer hohen Peilschärfe auf einfachste Weise möglich, die Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes bei der Echolotung ohne mechanische Drehung oder Kippen eines großen und schweren Wandlers zu kompensieren. Hierzu ist es in an sich bekannter Weise möglich, mittels Kreisel über gekuppelte elektrische Einstellmittel Phasenverschiebungen als Stabilisierungsmaßnahmen vorzunehmen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, sondern ist noch vielfältiger Ausführung und Anwendung zugänglich. So können die beiden Wandler 1, 2 oder 21, 22 sowohl nebeneinander als auch übereinander angeordnet werden. Außerdem können diese beiden letzteren Geräte miteinander kombiniert werden und trotzdem auf ein gemeinsames Anzeigegerät wirken, wodurch sich eine räumliche elektronische Bündelung bzw. Peilschärfe ergibt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anordnung zweier gekreuzter Wandlerpaare, der Zuordnung von je einem Summenkanal und je einem Differenzkanal zu jedem Wandlerpaar, der Anordnung einer elektronischen Einrichtung 80 mit zwei Steuereingängen und einem gemeinsamen Ausgang für das Anzeigegerät und schließlich der Verwendung des Summensignals und des Differenzsignals des einen Wandlerpaares für den einen Steuereingang und des Summensignals und des Differenzsignals des anderen Wandlerpaares für den anderen Steuereingang.

In der F i g. 8 ist eine Ausführung hierzu dargestellt. Das eine Wandlerpaar zur elektronischen Bündelung in der einen Koordinate ist mit 70, 70' und das andere Wandlerpaar zur elektronischen Bündelung in der anderen Koordinate ist mit 71, 71' bezeichnet. 72, 73, 74, 75 sind Verstärker, 76, 77 Summe-Differenz-Rechner, 78, 79 Einrichtungen zur zusätzlichen Verstärkung der Differenzsignale A₁, A₂ sowie zur Ableitung der Regelspannungen U_v U₅. Diese sowie die beiden Summensignale "^ , "^ ,

werden der gemeinsamen elektronischen Einrichtung 80 zugeführt, die eine gemeinsame Ausgangsspannung U₆ für das gemeinsame Anzeigegerät 81 liefert. Für die Ausführung der elektronischen Einrichtung 80 gibt es viele Möglichkeiten. Gezeichnet ist eine Doppeltriode Rö4, Rö4' mit Kathodenkopplung über einen gemeinsamen Kathodenwiderstand i?3. Das eine Summensignal ]]jT steuert das

Gitter der einen Röhrei?ö4, wobei die aus dem zugeordneten Differenzsignal A₁ abgeleitete Regelspannung U₁ als Gittervorspannung dient; entsprechend

wird bei der zweiten Röhrei?ö4' mit

und CZ₅

verfahren. Die Folge dieser Maßnahme, wie auch der Kopplung über den gemeinsamen Kathodenwiderstand, ist, daß der Elektronenstrom in Rö4 von allen

vier Spannungen ^,^ , U_v U₅ beeinflußt wird. Am Anodenwiderstand R 4 entsteht nur dann eine Ausgangsspannung U_e für das Anzeigegerät, wenn ein reflektierendes Objekt nicht nur innerhalb eines schmalen, scheibenförmigen Peilsektors 53, den F i g. 6 in der Draufsicht auf die Schmalseite zeigt, sondern innerhalb eines in beiden Dimensionen gleichermaßen elektronisch gebündelten Peilsektors liegt.

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Für eine elektronische Einrichtung 80 mit zwei Steuereingängen und einem Ausgang sind auch weitere Einrichtungen bekannt, beispielsweise Röhrensysteme mit zwei Steuergittern, wie etwa Hexoden. Auch lassen sich andere Röhrensysteme an zwei Eingangen steuern, beispielsweise am Steuergitter und an der Kathode.

Eine weitere Möglichkeit der vorteilhaften Anwendung der Erfindung besteht darin, daß das Differenz-Signal als Schaltspannung für das Summensignal benutzt wird. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß durch die aus dem Differenzsignal abgeleitete Regelspannung ein Schmitt-Trigger ausgelöst wird, dessen Ausgangsimpuls den Verstärker für das Summensignal schaltet. Beispielsweise wird der Ausgangsimpuls dem Steuergitter einer Röhre des Verstärkers als Gittervorspannung zugeführt. Da derartige elektronische Schalteinrichtungen an sich bekannt sind, wird auf die Detaillierung verzichtet.

Wie an diesem Beispiel auch ersichtlich, ist die Erfindung keineswegs auf die gezeichneten Ausführungsformen beschränkt, oder die einzelnen Merkmale sind auch nicht an die einzelnen Ausführungsformen, bei denen sie erläutert wurden, gebunden. Auch kann die Erfindung in Verbindung zusammen mit anderen, die Anzeige verbessernden Einrichtungen angewendet werden, beispielsweise mit Mitteln zur Unterdrückung von Störechos kombiniert werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Anzeigeverfahren für mit Wasserschall arbeitende Echolotgeräte, die die Echosignale zweikanalig empfangen, die ferner aus den beiden Echoempfangsspannungen das Summensignal und das Differenzsignal bilden und für die Anzeige der Echos in Abhängigkeit von der Zeit verwenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einstellbarer elektrischer Verschiebung der Phasenlage der beiden Echoempfangsspannungen relativ zueinander allein das Summensignal für die Anzeige in Abhängigkeit von der Zeit und das Differenzsignal zur elektrischen Regelung der Anzeigestärke des Summensignals verwendbar ist.

2. Eoholotgerät mit einem Anzeigegerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Wahl einer gegenüber dem Summensignal größeren Verstärkung des Differenzsignals.

3. Echolotgerät mit elektrischem Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad durch das Differenzsignal regelbar ist.

4. Echolotgerät mit Kathodenstrahlröhre als Anzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit der Röhre mittels des Differenzsignals regelbar und der Kathodenstrahl in der einen Koordinate mittels des Summensignals und in der anderen Koordinate mittels einer zeitabhängigen Spannung auslenkbar ist.

5. Echolotgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung von Mitteln zur Gleichrichtung (D) und Glättung (R 2, C 4) des Differenzsignals.

6. Echolotgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Kathodenfolgerstufe (Rö3) nach einer zusätzlichen Verstärkerstufe (Rö2) für das Differenzsignal.

7. Echolotgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Zusammenführung des Summensignals und des Differenzsignals in einer Regelstufe (35) des Lotverstärkers.

8. Echolotgerät nach den Ansprüchen 2, 5 und 7, gekennzeichnet durch die Zuführung der gleichgerichteten Differenzspannung als Regelspannung zur Verschiebung des Arbeitspunktes einer Regelröhre (Röl) für die zu verstärkende Summenspannung.

9. Echolotgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Differenzsignals ihrem Betrage nach einstellbar ist.

10. Echolotgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung zweier gekreuzter Wandlerpaare, der Zuordnung von je einem Summenkanal und je einem Differenzkanal zu jedem Wandlerpaar, der Anordnung einer elektronischen Einrichtung (80) mit zwei Steuereingängen und einem gemeinsamen Ausgang für das Anzeigegerät und schließlich der Verwendung des Summensignals und des Differenzsignals des einen Wandlerpaares für den einen Steuereingang und des Summensignals und des Differenzsignals des anderen Wandlerpaares für den anderen Steuereingang.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1126 779.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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