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Verfahren und Anordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen
von Wellenenergie Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Anordnung
zum gerichteten Senden und/oder Empfangen von Wellenenergie mit einer Mehrzahl von
Wandlern, die in einer beliebigen räumlichen Gruppierung angeordnet sind und deren
zwischen ihnen auftretende Laufzeitunterschiede elektrisch kompensiert werden. Zu
diesem Ausgleich der Laufzeitunterschiede dient eine zwischen den Wandlern und einer
Sende- und/oder Anzeigevorrichtung angeordnete einstellbare Kompensationseinrichtung.
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Um für eine bestimmte Raumrichtung maximale Empfindlichkeit zu erreichen,
müssen sich die Wandlerspannungen gleichphasig addieren. Durch die räumliche Verteilung
der Wandler entstehen aber Phasenunterschiede, die zur Gewinnung einer gebündelten
Charakteristik kompensiert werden müssen.
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Bekanntlich wird der zu kompensierende Phasenwert dargestellt durch
dile Projektion des Abstandes der einzelnen Wandler von einem Bezugspunkt der Wandlergruppe
auf die Peilrichtung. Da sich diese Projektion mit der relativen räumlichen Lage
zwi schen Wandlergruppe und Lotobjekt ändert, muß sich notwendigerweise auch die
Kompensationseinrichtung in Abhängigkeit von der im dreidimensionalen Raum und nicht
nur in einer ebenen Fläche sich ändernden Lage des Lotobjektes einstellen lassen.
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Für den Spezialfall der Anordnung der Wandler auf einer Kugeloberfläche
ist bekannt, einen sogenannten Kugelkompensator zu benutzen. Es ist dies ein Kompensator
mit zu den Breitenkreisen parallelen Kontaktbahnen auf einer Kugel, denen gegenüber
Kontakte geometrisch ähnlich zur Lage der einzelnen Wandler angeordnet sind und
über die die einzelnen Wandler elektrisch mit den Gliedern einer Laufzeitkette in
einer die Phasenwerte richtig kompensierenden Weise verbunden sind. Die Herstellung
eines derartigen Kugelkompensators ist jedoch mit großem Aufwand verbunden, deshalb
sehr teuer und nur für diesen Spezialfall anwendbar und nicht für Wandleranordnungen
beliebiger räumlicher Verteilung.
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Es ist auch bekannt, einen nur für den Spezialfall in eliner Ebene
liegender Wandler brauchbaren ebenen Streifenkompensator durch die zusätzliche Einstellbarkeit
der relativen Lage seiner einzelnen Kontakte für die Verwendung zur Kompensation
der Phasenunterschiede in Abhängigkeit von der räumlichten Lage des Objlektes zu
erweitern. Eine derartige Mechanik ist aufwendig und beansprucht viel Raum, so daß
sie in der Praxis bei der Vielzahl nahe
beieinander liegender Wander moderner Geräte
nicht anwendbar ist. Hieran können auch einzelne Ausführungsformen nichts ändern,
wie Spindeltriebe, Zahnradgetriebe oder, wenn auch für andere Zwecke, Kurventriebe
wie auch Anordnungen zur Bewegung der an federnden Armen sitzenden Kontakte in Richtung
der Achse gegenüber den auf einem Kegel angeordneten Kontaktstreifen.
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Es ist ferner bekannt, wenn auch nur für eine Frequenzanpassung,
die Laufzeitkette selbst einstellbar auszubilden, beispielsweise die Induktivität
mittels eines vormagnetisierenden Stromes zu ändern. Hierbei werden aber einmal
an die gleichmäßige Wirkung dieser Maßnahme für alle Glieder der Laufzeitkette hohe
Anforderungen gestellt sowie eine unerwünschte Verschlechterung der sonstigen elektrischen
Größen der Laufzeitkette hervorgerufen.
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Alle diese Einrichtungen sind nicht nur aufwendig, sondern in ihrer
Wirksamkeit auch auf Gruppen von Wandlern beschränkt, die auf einer Kugel oder einer
nach irgendeinem regelmäßigen Gesetz gestalteten Fläche liegen. z. B. in Höhen-
oder Breitenkreisen oder an den Ecken eines regelmäßigen Vierecks angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend geschilderten Nachteile
und Beschränkungen zu vermeiden und trotzdem eine Mehrzahl von Wandlern, die in
einer beliebigen räumlichen Verteilung angeordnet sind, bezüglich der durch die
Lage eines Objektes im dreidimensionalen Raum bewirkten Laufzeitunterschiede zu
kompensieren.
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Die Lösung besteht erfindungsgemäß in einer Aufteilung der beliebig
geformten räumlichen Wandlergruppe mittels mehrerer ebener Schnitte, die bezüglich
einer gemeinsamen Raumgeraden oder untereinander parallel sind, sodann in der getrennten
Kompensation
jeder so gewonnenen ebenen, nichtlinearen Wandlerteilgruppe
und schließlich in der Zur am mensetzung der kompensierten Ausgangssignale jeder
ebenen, nichtlinearen Wandlerteilgruppe in einer weiteren, gemeinsamen Kompensationseinrichtung.
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Die mit den eingangs aufgezählten Kompensationseinrichtungen verbundenen
Beschränkungen, insbesondere bezüglich der räumlichen Verteilung der Wandleranordnung,
entfallen. Dadurch läßt sich nicht nur die Charakteristik der Lotanlage uneingeschränkt
wählen, sondern beispielsweise ist es leichter möglich, größere Wandlergruppen,
wie sie zur Erreichung großer Reichweiten und großer Peilschärfe notwendig sind,
in ein Schiff einzubauen, und trotzdem ist eine Lotung in jede beliebige Richtung
möglich. Ist die Wandlergruppe selber stromlinienförmig ausgebildet, so wird nicht
noch zusätzlicher Raum für einen gesonderten Hüllkörper benötigt. Eine derartig
vorteilhafte und in der Fig. 8 näher erläuterte Wandlergruppe wäre aber durch einen
Kugelkompensator nicht zu kompensieren.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht
in der Anordnung je einer Kompensationseinrichtung für je eine ebene, nichtlineare
Wandlerteilgruppe und einer weiteren, zwischen diesen Kompensationseinrichtungen
und der Sende- bzw. Anzeigevorrichtung anzuordnenden gemeinsamen Kompensationseinrichtung.
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Es ergibt sich eine einfache Konstruktion der einzelnen Kompensationseinrichtungen
mit großer Freizügigkeit der Kontaktanordnungen; außerdem sind bekannte Kompensationseinrichtungen
verwendbar, die sich in der Praxis für eine ebene Wandlergruppe zur Schwenkung der
Charakteristik in dieser Ebene bereits bewährt haben. Durch die Ausnutzung der dafür
vorhandenen Fabrikationseinrichtungen und/ oder einen gleichartigen Aufbau einander
entsprechender Teile beider Kompensationseinrichtungen läßt sich der Aufwand weiter
verringern.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren beispielhaft erläutert. Es
zeigt F i g. 1 Laufzeitunterschiede, wie sie bei Wandlern auftreten, die auf einem
nichtlinearen Kurvenzug angeordnet sind, Fig. 2 ein Schema zur Durchführung der
Erfindung mittels paralleler, ebener Schnitte, F i g. 3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel
gemäß Fig.2 für eine Ebene in perspektivischer Ansicht, F i g. 4 ein Schema eines
weiteren Ausführungsbeispiels in der Seitenansicht, F i g. 5 ein detailliertes Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. 4 im Längsschnitt, Fig. 6 ein schematisches Ausführungsbeispiel zur
Kompensation einer zylindrischen Wandlergruppe, F i g. 7 ein weiteres schematisches
Ausführungsbeispiel zur Kompensation einer stromlinienförmigen Wandlergruppe und
F i g. 8 ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel zur Kompensation einer zylindrischen
Wandlergruppe.
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In der Fig. 1 bezeichnet 1 einen von mehreren Wandlern, die im Verlauf
eines nichtlinearen Kurvenzuges 2 im dreidimensionalen Raum angeordnet sind.
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Durch diese räumliche Verteilung werden die Wandler von Wellenenergie,
z. B. von Schallwellen, beispielsweise aus Richtung 3, zu unterschiedlichen Zeiten
getroffen, wodurch die aus den Wandlern abgeleiteten elektrischen Signale Laufzeitunterschiede
bzw.
Phasenunterschiede aufweisen. Die Laufzeitunterschiede lassen sich durch Strecken
4 bis auf eine additive Konstante veranschaulichen, die dadurch entstehen, daß durch
den am weitesten von der Schall quelle entfernten Wandler 1' eine Ebene 5 senkrech
zur Schallrichtung 3 gelegt ist und die Wandler 1 ir Richtung der Schallwellen auf
die Ebene 5 projizier werden. Die Strecken 4 können als Schallstrahler aufgefaßt
werden, die die Wandler 1 auf die Spurpunkte 1" in der Ebene 5 projizieren. Durch
Zeitverzögerung der zuerst eintreffenden Signale, beispielsweise mittels elektrischer
Laufzeitketten, aber aucl durch andere Verzögerungsmittel, wie Speicher, die zu
einem späteren Zeitpunkt abgefragt werden, lassen sich Laufzeitunterschiede der
einzelnen Signale kompensieren bzw. die Signale der einzelnen Wandle in Phase bringen,
so daß sie sich gegenseitig maxima] verstärken und damit die ganze Wandlergruppe
für den einfallenden Schallstrahl 3 in dieser Richtung ihre maximale Empfindlichkeit
besitzt. In der Praxis ist die Durchführung einer derartigen Kompensation für mehrere
auf einem beliebigen Kurvenzug liegende Wandler und erst recht nicht für räumlich
beliebig verteilte Wandler noch nicht möglich gewesen; den die Schwierigkeit liegt
darin, daß die durch die Strekken 4 dargestellten Laufzeitunterschiede nur für die
eine Schallrichtung 3 die Verhältnisse richtig wiedergeben. Wird diese Richtung
geändert, so ändert sich nicht nur die Länge dieser Strecken, sondern auch ihre
Verteilung. Hier setzt die Erfindung ein.
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In der F i g. 2 ist ein Schema zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Es ist ein beliebig geformter räumlicher Körper gezeichnet,
dessen Oberfläche mit Schallwandlern belegt ist, bzw. es sind die Wandler in den
Körper eingelassen, so daß ihre Membranen ein Teil der Körperoberffäche bilden.
Zur Durchführung der Kompensationsaufgabe ist der Körper durch parallele Ebenen
7a bis 7e aufgeteilt zu denken. Dadurch entstehen ebene Körperscheiben und dadurch
ebene, nichtlineare Teilgruppen 6a bis 6f der nicht gezeichneten Wandler. Zunächsl
ordnet die Erfindung jeder dieser Teilgruppen eine gesonderte Kompensationseinrichtung
8 a bis 8f zu, die für die zugehörige ebene Teilgruppe die Kompensation zu leisten
vermag. Die elektrischen Ausgangssignale dieser einzelnen Kompensationseinrichtungen
8 a bis 8f werden schließlich einer allen gemeinsamen Kompensationseinrichtung 9
zugeführt, die die Signale jeder Scheibe bezüglich ihrer zeitlichen Lage zu einer
allen Scheiben gemeinsamen, nicht gezeichneten Bezugsachse - einer alle Scheiben
6a bis 6f senkrecht durchdringenden, sonst aber beliebig gelegten Geraden durch
den Körper - nochmals kompensiert. Schließlich wird das resultierende Anzeigeausgangssignal
einer Anzeigevorrichtung 10 zugeführt, die beispielsweise als Schreiber oder mit
einer Kathodenstrahlröhre realisierbar ist.
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Die Erfindung ist aber keineswegs auf eine Aufteilung der Wandlergruppe
mittels zueinander paralleler Ebenen beschränkt. Je nach der Zahl der zur Aufteilung
notwendigen Ebenen - man wird mit möglichst wenig Ebenen auszukommen suchen, weil
dann die Gesamtzahl der benötigten Kompensationseinrichtungen am kleinsten ist -
wird man auch nichl zueinander parallele Ebenen verwenden. Dies wird im Zusammenhang
mit der F i g. 8 näher erläutert.
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Durch die Erfindung wird die Kompensation derartig beliebig geformter
Wandleranordnungen überhaupt
erst möglich. Sie wird also dadurch
vorgenommen, daß die Kompensation einer beliebig geformten dreidimensionalen Wandlergruppe
auf die Kompensation einer beliebig geformten zweidimensionalen Wandlergruppe zurückgeführt
wird. Die lDurchführung dieser leichteren Kompensationsaufgabe wird deshalb im folgenden
zunächst beschrieben.
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Für die gesonderten Kompensationseinrichtungen 8 a bis 8f sind bereits
eingangs für den Spezialfall in einer Ebene liegender Wandler geschilderte Einrichtungen
anwendbar. Man erreicht bereits mit ihrer Hilfe und durch die Erfindung die Kompensation
beliebig angeordneter Wandler. Wie ebenfalls eingangs ausgeführt, ergeben sich durch
die dort verwendete Mechanik allerdings noch Einschränkungen hinsichtlich der Zahl
der Wandler. In weiterer Vervollkommnung unterteilt deshalb die Erfindung die Kompensationsaufgabe
noch weiter und kombiniert noch mehr aber dafür um so einfachere Kompensationseinrichtungen.
Im Endergebnis resultiert eine keinerlei Bechränkungen hinsichtlich der Wandlergruppe
mehr unterliegende Gesamtkompensationseinrichtung. Zunächst seien deshalb für erfindungsgemäß
vereinachte Kompensationsteilaufgaben anwendbare Komensationseinrichtungen als Beispiele
aufgezählt.
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So können Einrichtungen benutzt werden, die aufzeitunterschiede für
eine nur in einer Ebene chwenkbare Schallrichtung auch für mehrere Wander zu kompensieren
vermögen. Ebenfalls lassen sich ür die Erfindung an sich bekannte Kompensationsinrichtungen
anwenden, die mehrere auf einem linearen Kurvenzug, also auf Geraden, liegende wandler
für beliebige Schallrichtungen zu kompenieren vermögen. Ferner sind sonstige bekannte
Einichtungen verwendbar, die beispielsweise mehrere uf einem Kreis oder einem ebenen
Vieleck angerdnete Wandler für Schallstrahlen in dieser Ebene u kompensieren imstande
sind.
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Derartige Kompensationseinrichtungen sind beipielsweise Einrichtungen
zur magnetischen Aufzeichung auf einem mehrspurigen, umlaufenden Träger, er die
elektrischen Signale jedes Wandlers speichert nd von dem diese im richtigen Zeitpunkt
wieder abragbar sind. Beispielsweise sind die Abfrageköpfe ntsprechend der geometrischen
Anordnung der wandler in Spurrichtung versetzt, so daß die einzelen Signale zu so
unterschiedlichen Zeiten abgefragt erden, daß sie wieder in Phase sind. Möglich
sind uch Schalteinrichtungen (mechanisch oder elektrisch zw. elektronisch), die
die einzelnen Wandler an laufeitkompensierende, elektrische oder mechanische lieder
schalten. Beispielsweise ist es möglich, diese chalter dazu zu benutzen, die einzelnen
Wandler an bfrageköpfe zu schalten, die, wie oben dargelegt, n Spurrichtung versetzt
gegenüber einem ein- oder ehrspurigen Aufzeichnungsträger angeordnet sind. möglich
ist auch die Verwendung von sogenannten treifenkompensatoren, die mittels eines
Streifenchalters die Wandler an Abschnitte einer elekrischen Laufzeitkette schalten.
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In weiterer Ausbildung sind je zwei Kompensaionseinrichtungen bzw.
deren Teile für je eine ebene andlerteilgruppe vorgesehen und so angeordnet, aß
Laufzeitunterschiede kompensierende Glieder für eide Kompensationseinrichtungen
gemeinsam sind. erade diese Glieder sind an sich aufwendig, so daß ich dadurch der
Gesamtaufwand verringern läßt. außerdem wird erfindungsgemäß die Kompensations-
aufgabe
für die zweidimensionale Wandlerteilgruppe nochmals unterteilt: Die eine Einrichtung
kompensiert nur die in der Wandlerebene liegenden Komponenten der Schallrichtung,
während die zweite Einrichtung die kompensierten Werte mit dem Kosinus des zwischen
Wandlerebene und der Richtung des Schalleinfalls liegenden Winkels multipliziert.
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Zweckmäßigerweise werden bei der Verwendung von Schaltern (elektrischen
bzw. elektronischen oder mechanischen) je zwei elektrisch in Reihe für eine ebene
Wandlerteilgruppe angeordnet, wobei jeder unabhängig von dem- anderen dieselben
Wandler an die gemeinsamen Laufzeitunterschiede kompensierenden Glieder schaltet.
Beispielsweise schaltet der eine die Wandler in Abhängigkeit von dem in der Wandlerebene
liegenden horizontalen Peilwinkel und der andere in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel
der Schallrichtung zu der Wandlerebene.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei ebene, unabhängig
voneinander einstellbare Streifenschalter zwischen den Wandlern einer ebenen, nichtlinearen
Teilgruppe und einer einzigen, für diese Teilgruppe gemeinsamen Laufzeitkette angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 wird dieses Prinzip im
einzelnen erläutert. Zur Vereinfachung sind zunächst die Wandler 41 auf einem Kreis
40, einer ebenen, geschlossenen, nichtlinearen Kurve mit konstanter Krümmung angeordnet.
Zur Kennzeichnung der Raumrichtungen ist ein Koordinatensystem x, y, z eingezeichnet.
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Die im Beispiel gezeigte ebene, ringförmige Kreisgruppe der Wandler
41 ist normalerweise unter einem Schiff angebracht. Die Peilgruppe liegt horizontal
in der x-y-Ebene. z ist die Zenitrichtung. Die einzelnen Wandler 41 sind über je
einen Vorverstärker 42 an die Bürsten 43 einer Schleifkontakteinrichtung 44 angeschlossen.
Jeder Schleifring 45 ist elektrisch mit dem zugehörigen Kontakt 46 einer Kontaktplatte
47 verbunden. Entsprechend dem kreisförmigen Kurvenzug 40 sind die Kontakte 46 ebenfalls
auf einem Kreis und in gleicher Verteilung wie die Wandler 41 auf der ebenfalls
kreisförmig gewählten Kontaktplatte 47 angeordnet. Die Kontakte 46 schleifen in
an sich bekannter Weise auf einer ebenen Streifenplatte 48, einer Platte, in der
leitende Streifen 49 und nichtleitende Streifen 50 miteinander abwechseln. Zusammen
ergeben diese Teile einen Streifenschalter 51, der wiederum mit einer Laufzeitkette
zusammen einen an sich bekannten ebenen Streifenkompensator ergeben würde. Die Anschlußenden
52 der einzelnen leitenden Streifen 49 führen nun aber nicht an die entsprechenden
Anschlußpunkte einer Laufzeitkette, sondern an die Kontakte 53 eines zweiten Streifenkompensators
54.
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Die Kontakte 53 sind auf einer Geraden angeordnet und sind über die
Länge dieser Geraden entsprechend der Verteilung der leitenden Streifen 49 des ersten
Streifenschalters 51, im vorliegenden Beispiel also mit gleichen Abständen, verteilt.
Sie werden von einer gehäusefest angeordneten Kontaktbrücke 55 getragen. Ihr gegenüber
ist eine mittels Rollen 56 drehbar gelagerte kreisförmige Streifenplatte 57 angeordnet.
Ihre leitenden Streifen 58 besitzen zweckmäßigerweise eine feinere Teilung, bzw.
es sind mehr leitende Streifen vorgesehen als auf der ersten Streifenplatte 48,
um eine genügend feine Unterteilung der einzelnen Abschnitte der Laufzeitkette zu
ermöglichen. Die einzelnen Abschnitte der Laufzeitkette sind durch
nicht
gezeichnete Widerstände reflexionsfrei abgeschlossen.
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Es ist zweckmäßig, die Laufzeitkette 59 auf der drehbaren Streifenplatte
57 anzuordnen. Wegen der Miniaturisierung von Bauelementen und der Transistorisierung
ist eine derartige vorteilhafte Anordnung erst neuerdings in sinnvoller Weise praktisch
durchführbar. Durch diese Maßnahme entfallen Schleifringe, und es genügt, nur einen
bzw. zwei Schleifringe 60 vorzusehen, die über die Bürsten 61 das kompensierte Ausgangssignal
an die Klemmen 62 liefert.
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Die Laufzeitkette 59 ist so dimensioniert, daß, wenn die Kontakte
53 in ihrer Längsausdehnung senkrecht zur Richtung der Streifen 58 stehen, die richtige
Kompensation für alle Schallrichtungen in der Schwingerebene, der x-y-Ebene, erfolgt.
Durch Schwenken des Kontaktträgers 47 werden die Wandler 41 an solche Anschlußenden
52 geschaltet, daß, wenn dort eine Laufzeitkette entsprechend 59 angeordnet wäre,
die Laufzeitunterschiede für Richtungen innerhalb der x-y-Ebene kompensiert werden.
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Kommt der Schall aus einer Richtung, die gegenüber der Ebene des
Kreisringes 40 geneigt ist, so müssen alle Laufzeiten mit dem Kosinus des Kippwinkels
multipliziert werden, um die richtige Verzögerung wiederherzustellen. Kommt insbesondere
der Schall senkrecht von unten, so müssen die Laufzeitdifferenzen zwischen den einzelnen
Schwingern der Gruppe Null sein, da in diesem Fall alle Schwinger gleichzeitig von
der Schallwelle getroffen werden.
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In diesem Fall ist der Kippwinkel gleich 900, sein Kosinus also gleich
Null, wie es benötigt wird. Diese Kosinusmultiplikation der Laufzeiten erfolgt mittels
des zweiten Streifenschalters 54. Wird die zweite Streifenplatte 57 relativ zu ihren
auf einer Geraden angeordneten Kontakten 53 gedreht, so ändert sich der Abstand
der von den Kontakten berührten Streifen vom Drehpunkt der Streifenplatte und damit
die resultierende Laufzeitverschiebung in der gewünschten Weise mit dem Kosinus
des Drehwinkels. Damit ist eine richtige Kompensation der Laufzeitunterschiede sowohl
in der waagerechten x-y-Ebene als auch in der dazu senkrechten Ebene des Kippwinkels
geleistet. Die elektrischen Signale der einzelnen Wandler sind also für jede beliebige
räumliche Richtung des Schalles in Phase gebracht, so daß der Schall in dieser Richtung
gebündelt empfangen und/ oder gesendet werden kann. Am Ausgang 62 der Laufzeitkette
kann nunmehr die algebraische Summe der Beträge der elektrischen Signale der einzelnen
Wandler einer oder mehrerer Anzeigevorrichtungen zugeführt werden, z.B. einem Lautsprecher,
einem Schreiber, einem Zeigerinstrument zur Messung der Amplitude des Ausgangssignals
und/oder einer Kathodenstrahlröhre.
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Vorzugsweise wird eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die die Winkel
der Schallrichtung in den beiden Raumebenen anzeigt, für die die beiden Streifenschalter
kompensieren. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß verschiedenen Kippwinkeln
Kreise 63 a (Fig.5) mit verschiedenen Radien des umlaufenden Elektronenstrahles
auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre 38 a entsprechen. Die Winkel können auch
in der horizontalen Ebene durch eine fächerförmige, winkeltreue oder winkelähnliche
Anzeige auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 38 a und der Kippwinkel durch den
Zei-
ger eines Synchronanzeigeempfängers dargestellt werden. Es ist auch aus diesem
Grunde schon zweckmäßig, die notwendigen Drehbewegungen der beiden Streifenschalter
51, 54 ferngesteuert vorzunehmen.
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Schematisch sind hierfür die Elektromotoren 64 und 65 sowie zur Kontrolle
und Anzeige der tatsächlich vollzogenen Drehungen die Drehmelder (Resolver) 66,
67 vorgesehen. Mit 68 ist ein gehäusefestes Lager und mit 69 das Gehäuse angedeutet.
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Selbstverständlich ist diese für den Empfangsfall beschriebene Anordnung
in Umkehrung auch für den Sendefall verwendbar. Die Laufzeitkette 59 wird dann von
einem Generator gespeist, und die Verstärker 42 sind als Endstufen ausgebildet.
Durch nicht gezeichnete Umschalter lassen sich die Wandler, die beiden Streifenkompensatoren
und die Laufzeitkette sowohl zum Senden als auch zum Empfangen abwechselnd benutzen.
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In der praktischen Ausführung ist es zweckmäßig, Teile beider Kompensationseinrichtungen
bzw. beider Streifenschalter miteinander räumlich und/oder funktionell zu vereinigen.
Ein Ausführungsbeispiel hierzu wird in der F i g. 4 schematisch dargestellt.
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Zunächst ist es zweckmäßig, beide Streifenschalter koaxial anzuordnen.
Es ergeben sich hieraus eine raumsparende Anordnung sowie gleichgestaltete Bauelemente.
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Eine weitere Vereinfachung läßt sich durch die mechanische Verbindung
eines Schaltgliedes des einen Streifenschalters mit einem Schaltglied des anderen
Streifenschalters erzielen.
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In F i g. 4 sind 70 die Eingangsklemmen des Kompensators. In der
Fig. 4 sind sechs auf einem ebenen Kreis angeordnete Wandler als Gruppe angenommen,
sie selbst aber nicht gezeichnet.
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Die Klemmen 70 sind über Bürsten 71 und Schleifringe 72 an die Kontakte
74 geführt, die von einer schwenkbaren Kontaktplatte 73 getragen werden. Das Handrad
75 und das gehäusefeste Lager 76 deuten diese Schwenkbarkeit an. Die mit den Kontakten
74 zusammenarbeitenden Streifen 77 sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gehäusefest
angeordnet.
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Bis hierin entspricht der Aufbau der in der Fig.3 erläuterten Konstruktion.
Darüber hinaus ist aber aus der F i g. 3 einmal der zweite Streifenschalter 54 koaxial
zum ersten Streifenschalter angeordnet sowie die Kontaktbrücke 55 mit der Streifenplatte
48 des ersten Streifenschalters 51 mechanisch verbunden zu denken, und in weiterer
Ausbildung (F i g. 4) werden Streifen 77 und Kontakte 78 von einem gemeinsamen Träger
79 gehäusefest getragen. Außerdem sind sie noch elektrisch miteinander verbunden.
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Mit den Kontakten 78 des zweiten Streifenschalters arbeiten die Streifen
80 zusammen, die zweckmäßigerweise stärker unterteilt sind als die ersten Streifen
77. Die Laufzeitkette 81 wird zusammen mit den Streifen 80 mit einem gemeinsamen,
mittels des Handrades 82 in dem Lager 83 schwenkbaren Platte 84 getragen. Der Ausgang
der Laufzeitkette 81 ist über zwei Schleifringe 85 und die Bürsten 86 an zwei Ausgangsklemmen
87 geführt. Die Wirkungsweise entspricht der in der F i g. 3 beschriebenen, nur
die konstruktive Gestaltung ist raumsparender und einfacher. Weitere vorteilhafte
Ausführungsformen werden in einer parallelen Erfindung beschrieben.
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In der F i g. 5 ist ein detailliertes Ausführungsbeispiel in schematischer
und geschnittener Form gezeigt. Es sind aus der F i g. 3 die im Zuge eines Kreises
40
angeordneten Wandler 41 in der Draufsicht erneut gezeichnet. Über nicht gezeichnete
Vorverstärker werden die elektrischen Signale direkt, ohne Schleifringe, an die
Kontakte 46 a geführt. Diese sind in einer Platte 47 a gehaltert, die im Gegensatz
zu der Platte 47 der F i g. 3 im Gehäuse 96 a um das Gelenk 97 a klappbar, aber
für die laufende Benutzung gehäusefest gelagert ist. Die Vorteile dieser Maßnahme
werden in einer parallelen Erfindung näher erläutert. Den Kontakten 47 a stehen
die leitenden Streifen 49 a gegenüber, die von der Streifenplatte 48 a getragen
werden und mittels der Achse 100, den Lagern 101, der Hohlachse 102 und des Lagerbockes
103 am Gehäuse 96 a schwenkbar gelagert ist. Mittels des Motors 64 a ist diese Schwenkung
fernsteuerbar.
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Mit der Streifenplatte 48 a mechanisch verbunden ist die Kontaktbrücke
55 a des zweiten Streifenschalters. Die Kontakte 53a sind, wie in der Fig. 3 gezeichnet,
auf einer Geraden, in gleichen Abständen und in solcher Anzahl angeordnet, wie der
erste Streifenschalter Streifen hat. Die mit ihnen zusammenarbeitenden Streifen
58 a werden von der Streifenplatte 57a und mittels der Hohlachse 102 und des Lagerbockes
103 schwenkbar getragen. Der Motor 65 a dient zur Fernsteuerung. Mit der Streifenplatte
57 a mechanisch und mit den Streifen 58 a elektrisch verbunden ist die Laufzeitkette
59 a. Ihr Ausgang ist an die beiden Schleifringe 60a und die beiden Bürsten 61 a
geführt.
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Als Kontakte 46 a, 53 a und Bürsten 61 a sind federnde Kohlebürsten,
im Prinzip ähnlich den im Motorbau gebräuchlichen, verwendet. Die Streifen 49 a,
58 a sind mit Edelmetall überzogen. Dieses sind Ausführungen, wie sie sich in der
Praxis bereits vielfältig bewährt haben.
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Die Ausgangsspannungen der Laufzeitkette werden an den Verstärker
35a geführt und schließlich in einer oder mehreren Vorrichtungen angezeigt. Gezeichnet
sind ein Lautsprecher 104, ein Schreiber 36a und eine Kathodenstrahlröhre 38 a.
Im Schreiber 36 a läuft über ein elektrisch empfindliches Registrierpapier quer
zur Fortschaltrichtung des Papiers ein Griffel, der Signale, beispielsweise Nullmarken
105, Fischechos 106 und Bodenechos 107 jeder Lotperiode, nebeneinander aufzeichnet.
Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 38 a läuft der Elektronenstrahl auf dem Kreis
63 a während einer Meßperiode um und zeigt durch zusätzliche radiale Auslenkung
Signale 108 an. Hierbei kann für je einen Kippwinkel je ein Kreis vorgesehen sein.
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Die Wirkungsweise der Anlage stimmt mit der in der F i g. 3 beschriebenen
überein, nur ergibt sich hier eine raumsparendere und weniger aufwendige Konstruktion.
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Die weitere Ausbildung der Erfindung wird in dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 6 veranschaulicht. Für die praktische Anwendung ist es nämlich zweckmäßig,
nicht nur einen Kreisring 40 (F i g. 3 und 5) zu benutzen, sondern unter einem Schiff
untereinander, horizontal ausgerichtet, mehrere ebene Kreisringe anzuordnen. Als
Beispiel sind in der Fig. 6 drei Kreisringe 110 untereinander gezeichnet. Die einzelnen
Wandler 111 besitzen ausgedehnte Membranen, die sich möglichst lückenlos zu dem
Kreisring 110 ergänzen. Zusammen bilden die drei Kreisringe eine zylindrische Wandlergruppe.
Die zusätzliche vertikale Bündelung bzw. Neigung der Schallrichtung einer solchen
zylindrischen Wandlergruppe
kann dadurch berücksichtigt werden, daß für jeden einzelnen
horizontalen Kreisring 110 eine der vorhergehend beschriebenen zweifach einstellbaren
Kompensationseinrichtungen 112 vorgesehen ist, in unserem Beispiel also dreimal.
Die Ausgänge 113 der einzelnen Laufzeitketten 114 werden einem dritten Streifenkompensator
115 zugeführt, bei dem die Kontakte 116 die vertikale Staffelung der einzelnen Kreisringe
110 untereinander berücksichtigen, also im vorliegenden Beispiel eines geraden Zylinders,
selber auf einer Geraden liegen, und der Ausgang 117 der zugehörigen Laufzeitkette
118 wird über den Verstärker 119 an die Anzeigevorrichtung 120 geführt. Durch diese
Ausbildung ergibt sich der zusätzliche Vorteil der vertikalen Bündelung der zylindrischen
Wandlergruppe.
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In weiterer Ausbildung sind mehrere einstellbare Schaltglieder der
Streifenschalter miteinander mechanisch gekuppelt. Im Beispiel der F i g. 6 sind
zunächst die Streifenplatten der ersten Streifenschalter 121 miteinander gekuppelt,
wie es durch die gemeinsame Achse 122 veranschaulicht ist. In einer Weiterbildung
sind in gleicher Weise die Kontaktbrücken der zweiten Streifenschalter 123 miteinander
gekuppelt, entsprechend der Achse 124. Da der dritte Streifenschalter 125 jeweils
um den gleichen Winkel, dem Kippwinkel, zu drehen ist wie der zweite Streifenschalter
123, ist eine mechanische Kupplung zwischen diesen beiden Schaltern bzw. den Kontaktbrücken
zweckmäßig, wie es beispielhaft durch die Achse 126 angedeutet ist.
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Wie bereits eingangs geschildert, ist die Erfindung aber nicht auf
dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ganz allgemein auf Wandler unbeschränkter
Zahl und Anwendung anwendbar, die also auf einer beliebig gestalteten, nicht ebenen
Fläche angeordnet sind. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise eine Aufteilung der Wandler
auf mehrere ebene, nichtlineare Kurvenzüge, die mittels zweier Streifenschalter
und einer gemeinsamen Laufzeitkette für jede beliebige Schallrichtung des Raumes
kompensierbar sind. Die Zusammenfassung der aus den einzelnen Kurvenzügen gewonnenen
elektrischen Signale erfolgt sodann mittels eines weiteren Streifenkompensators
mit einer mit der Zahl der Kurvenzüge übereinstimmenden Anzahl von Kontakten, an
die die Sende- bzw.
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Anzeigevorrichtung anzuschließen ist.
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In der Fig.7 ist nochmals ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem
die Wandler 130 mit stromlinienförmiger Umrißfläche angeordnet sind. Es ergibt sich
dadurch ein stromlinienförmiger, kompakter Gesamtkörper 131. Zweckmäßig ist es,
von diesem stromlinienförmigen Körper nur einen Teil mit Wandlern zu besetzen und
für den verbleibenden Rest Ergänzungskörper 132, 133 vorzusehen. Dadurch werden
ohne wesentliche Einbuße der Verwendbarkeit der Gesamteinrichtung Wandler gespart.
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Ein stromlinienförmiger Körper der gezeichneten Art ist unter einem
Schiff angeordnet zu denken. Er verbindet größere Stabilität mit günstigem Nutzraum-Totraum-Verhältnis.
Für eine gute Bündelung sind wegen des Wellencharakters der zu den Lotungen benutzten
Ultraschallenergie möglichst große geometrische Abmessungen der Wandlergruppen notwendig.
Sie wurden deshalb in großen, »Matratzen« genannten ebenen Flächen angeordnet, die
an einem kardanischen Gelenk aufgehängt werden müssen und einen großen Hüllkörper
zur Anpassung an die Wasserströmung
benötigen. Dieser Hüllkörper
müßte um ein Vielfaches größer sein als die eigentliche Schwingergruppe. Seine Größe
ist aber durch die gegen den Fahrwiderstand benötigte mechanische Festigkeit einerseits
und die entgegengesetzte Forderung nach Schalldurchlässigkeit andererseits beschränkt
und demzufolge auch die Größe der »Wandler-Matratze« und damit wiederum die Peilschärfe.
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Diese Grenze wird durch die Erfindung überwunden. Es ist jetzt möglich,
einen stromlinienförmigen Hüllkörper an seiner Außenfläche mit Wandlern zu besetzen
und die benötigten mechanischen Verstrebungen u. dgl. zur Erreichung der mechanischen
Festigkeit hinter die schallabstrahlenden, empfangenden Membranflächen zu legen.
Es sind jetzt also Schalldurchlässigkeit und mechanische Festigkeit funktionell
getrennt, so daß sie einander nicht mehr behindern können. Dadurch entfällt auch
die Größenbeschränkung und Peilschärfenbeschränkung, und trotzdem sind Lotungen
in beliebigen Richtungen mit angenähert konstant bleibender Peilschärfe möglich.
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Derartige Wandlergruppen waren bisher nicht bekannt, noch konnten
sie kompensiert werden.
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Zweckmäßigerweise sind bei den einzelnen Wandlern der Gruppe, die
sich nicht lückenlos zu einer Fläche ergänzen lassen, in diesen Lücken Füllkörper
anzuordnen. Außerdem ist es vorteilhaft, für den stromlinienförmigen Körper einen
gemeinsamen Kunststoffüberzug, beispielsweise Kautschuk, vorzusehen. Bei der Erfindung
wird also auch ein zusätzlicher Korrosionsschutz für einen gesonderten Hüllkörper
eingespart.
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Zur Kompensation erfolgt wiederum zunächst eine Aufteilung durch
ebene, einander parallele Schnitte 134 in Scheiben. Entsprechend der Berandungskurve
dieser Scheiben, auf der die Wandler angeordnet sind, sind die Kontakte der ersten
Streifenschalter auf den Kontaktplatten 121 a geometrisch ähnlich mit den Wandlern
angeordnet. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Kontakte von den mit einem Kreuz
gekennzeichneten Drehpunkten aus in einem solchen Abstand angeordnet sind, der sich
aus den um denselben Faktor zu verkleinernden Wandlerabständen ergibt, die von einer
allen Schnitten gemeinsamen gedachten Achse 135 aus zu zählen sind. Die übrigen
Teile entsprechen der F i g. 6.
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Die Erfindung ist nicht auf bisher gezeigte Ausführungsbeispiele
beschränkt. In der F i g. 2 war eine Aufteilung einer beliebig geformten räumlichen
Wandlergruppe mittels aquidistanter und paralleler Ebenen vorgenommen. Diese spezielle
Aufteilung war in der F i g. 6 auf eine zylindrische und in der F i g. 7 auf eine
stromlinienförmige Wandlergruppe angewandt worden. Es gehört aber ebenso zur Erfindung,
wenn die aufteilenden Ebenen ungleichmäßig verteilte Abstände voneinander haben.
Die Erfindung ist aber noch weiter verallgemeinerungsfähig; dies sei an Hand der
F i g. 8 beispielhaft erläutert.
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In der F i g. 8 wird der Einfachheit halber wie in der Fig. 6 von
einer zylindrischen Wandlergruppe ausgegangen. Im Gegensatz zur F i g. 6 erfolgt
hier aber die Aufteilung nicht durch Querschnitte in einzelne ebene Ringe, sondern
in Wandlerzeilen 140, die sich parallel zur Zylinderachse, der z-Achse, erstrekken.
Diese Wandlerzeilen sind ebenfalls wegen ihrer gekrümmten Oberfläche als nichtlinear
anzusehen, wenngleich sie in praxi den gekrümmten Zylindermantel, dessen Teilfläche
sie bilden, durch ebene
Membranoberfiächen nur näherungsweise realisieren.
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Sie werden dann als ebene, lineare Wandlerzeile gefertigt.
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Eine Aufteilung des Zylindermantels in Zeilen mittels Raumebenen
ist auf zweierlei Arten möglich: einmal mittels Sehnenschnitte und zum anderen mittels
Radialschnitte. Sehnenschnitte 141 sind gestrichelt angedeutet und können am Umfang
in eine Tangentialebene aus arten. Es ist dies zugleich ein Beispiel für parallele
Ebenen mit ungleichmäßigem Abstand voneinander. Radialschnitte 142 bilden ein Ebenenbündel
mit der z-Achse als gemeinsamer Schnittgeraden. Aber die Erfindung funktioniert
auch dann noch, wenn sich die aufteilenden Ebenen nicht mehr in einer gemeinsamen
Raumgeraden schneiden, sondern nur noch bezüglich einer gemeinsamen Raumgeraden
parallel sind.
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In dem Beispiel der Fig. 8 werden sodann jede Wandlerzeile mittels
ebener Streifenkompensatoren 143 a bis 143 h (Streifenschalter und Laufzeitkette)
getrennt bezüglich der Neigung der Schallrichtung 144 gegenüber der z-Achse kompensiert.
Die einzelnen Ausgangssignale dieser Streifenkompensatoren werden sodann einem erfindungsgemäßen
zweifach einstellbaren Kompensator 145 zugeführt, wie er bereits in der F i g. 3
im einzelnen beschrieben war, so daß es sich erübrigt, nochmals auf seine Wirkungsweise
einzugehen. Es entsprechen sich die Streifenschalter51a und 51 (Fig. 3) bzw. 54a
und 54. Da die Kompensatoren 143 a bis 143 h und 54 a die Schallneigung gegenüber
der z-Achse berücksichtigen, ist es zweckmäßig, sie mechanisch zu kuppeln, beispielsweise
mittels einer gemeinsamen Einstellachse 146. Der Streifenschalter 51 a mit einer
mit der Zahl der Wandlerzeilen übereinstimmenden Anzahl von Kontakten 46 a berücksichtigt
die Richtungskomponente des Schalles in der x-y-Ebene und ist von den anderen Streifenschaltern
unabhängig einstellbar.
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147 ist der zweite, elektrisch in Serie liegende Streifenschalter,
148 die Laufzeitkette des zweifach einstellbaren Kompensators 145. 149 ist ein Verstärker
und 150 eine Anzeigevorrichtung.
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Anordnungen der beschriebenen Art können gleich vorteilhaft zum Senden
und/oder Empfangen von Wellenenergie beliebiger Art, z. B. von Schallwellen oder
elektrischen Wellen, Verbindung finden. Anordnungen mit Schallwandlern dienen mit
besonderem Vorteil zur Bestimmung der räumlichen Lage sehr weit voraus liegender
Fischschwärme.
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Die dargestellten Beispiele erschöpfen naturgemäß die Gesamtheit
der möglichen Ausführungsformen der Erfindung weder hinsichtlich der Anordnung der
Wandler bzw. der Aufteilung einer nicht ebenen Fläche in einzelne ebene Kurvenzüge
noch hinsichtlich der für jede Wandlerebene zu verwendenden Kompensationseinrichtung.
Ebenso ist die Art der Stromübertragung innerhalb jeder Kompensationseinrichtung
ohne Belang. In den Beispielen sind Gleitkontakte bzw. Schaltkontakte angegeben.
An deren Stelle können auch induktive oder kapazitive Stromverbindungen treten.
Umgekehrt sind Merkmale der Erfindung allgemein bei Kompensationseinrichtungen vorteilhaft
anwendbar.