DE1272560C2

DE1272560C2 - Echolot-Einrichtung zur Vermessung von Wasserstrassen

Info

Publication number: DE1272560C2
Application number: DE1962F0035747
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Siegfr Fahrentholz
Original assignee: Phil Nat Siegfried Fahrentholz
Priority date: 1962-01-11
Filing date: 1962-01-11
Publication date: 1969-02-20
Also published as: DE1272560B

Description

DEUTSCHES 4FmW PATENTAMT

PATENTSCHRIFT Deutsche Kl.: 42 c - 9/01

Nummer: 1 272 560

Aktenzeichen: P 12 72 560.9-52 (F 35747) 1 272 560 Anmeldetag: 11. Januar 1962

Auslegetag: 11. Juli 1968 Ausgabetag: 20. Februar 1969 Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft eine Echolot-Einrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen mit Hilfe eines Meßschiffes, bei der mit einer Vielzahl von an Auslegern des Meßschiffes angebrachten Vertikal-Echolotschwingern fortlaufend Tiefenprofilkurven der Wasserstraßen gewonnen werden und bei der außerdem zur Messung des Uferabstandes in horizontaler Richtung gelotet wird.

Für die laufende Überwachung der Solltiefen von Wasserstraßen, zur Aufnahme von Längs- und Querprofilen und zur Hindernissuche sind Profil- und Flächenechographen bekannt, die eine Vielzahl von Sender/Empfängern unterhalb des Meßschiffes und an seitlich angebauten Auslegern verwenden und mittels Vertikallotung die Wassertiefen auf Spezialechographen registrieren. Entweder wird durch rasch aufeinanderfolgende Abtastung von backbord außen über das Meßschiff nach steuerbord außen oder umgekehrt das Querprofil des vom Meßschiff und seinen Auslegern überdeckten Flußlaufcs direkt als Querprofil aufgeschrieben oder es wird fortlaufend mit allen Sende- und Empfangseinrichtungen auf der ganzen Breite vertikal gelotet, so daß so viele Längsprofile untereinander auf einem genügend breiten Registrierpapier geschrieben werden, als Meßstellen vorhanden sind. Diese Flächenechographcn erfassen lückenlos die überfahrene Fläche und sind deshalb zur Überwachung der Solltiefen und zur Suche von Schiffshindcrnissen oder zur Vorplanung von Baggerarbeiten sehr geeignet. Derartige Meßschiffe werden heute für eine Mcßbreitc bis etwa 50 m hergestellt und zur Überwachung von Flüssen und Kanälen laufend eingesetzt. Hat man einen etwa 100 m breiten Kanal, wie z. B. den Nord-Ostsee-Kanal, so kann man zur läufenden Überwachung der Fahrwassertiefen ein derartiges Meßschiff in vorbestimmten Zeiträumen auf der rechten Seite von Kiel nach Brtinsbüttclkoog fahren lassen und von dort abermals als Rückfahrt auf der rechten Seite von Brunsbiittclkoog nach Kiel. Bei einer Hin- und Rückfahrt wird mit Hilfe der bekannten Geräte damit die gesamte Kanalsohle mit Sicherheit erfaßt und alles für die Sicherheit der Schiffahrt Bemerkenswerte registriert. Fs besieht aber bei diesen Fahrten die Schwierigkeit, von Fahrt zu Fahrt in gleicher Entfernung vom Ufer zu fahren, damit die Ergebnisse jeder Peilfahrt eindeutig mit den Ergebnissen der vorherigen Peilfahrt verglichen werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bereits bekannt, ein Horizontallot mit einem Profil- oder Flächenechographcn derart zu kombinieren, daß mit einem gesonderten Schreibgerät fortlaufend horizontal nach backbord oder nach steuerbord oder glcich- Echolot-Einrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen

Patentiert für

Dr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz, 2300 Kiel, Grasweg 2-6

Als Erfinder benannt: Dr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz, 2300 Kiel - -

zeitig nach beiden Seiten gelotet wird und die Echos von den Ufern auf einem Papierstreifen registriert werden. Diese Horizontallotung bringt aber nicht immer klare Ergebnisse, weil nicht alle Wasserstraßen eine definierte Uferbefestigung genügender Steilheit haben und weil immer eine gewisse Zeit vergeht, bis der Schiffsführer auf dem Schreibgerät die wahre Entfernung vom Ufer erkennen kann, weil erst eine Vielzahl von Echoimpulsen sich auf dem Registrierpapier zu einer zusammenhängenden Linie vereinen. Auch ist es nicht möglich, Schreibgeräte zu konstruieren, die z. B. im Entfernungsmaßstab 1 : 20 regi strieren, wobei also 1 cm auf dem Papier 20 cm in der Natur sind. Dieses hohe Auflösungsvermögen wird aber benötigt, wenn man den Kurs des Meßschilfes nach den Ergebnissen des Horizontallotcs einsteuern will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser bekannten Einrichtungen zu vermeiden, d. h. die Änderung des Uferabstandes eines zur Vermessung von Wasserstraßen vorgesehenen Meß schiffes nach Größe und Richtung ohne Zeitverzöge rung sichtbar zu machen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der der Ufcrabstamlsniessiing dienende Sender-Empfänger an einer beliebigen Stelle des Meßschilfcs oder seiner Ausleger angebracht ist,

*° daß das Echosignal dieses Sender-Empfängers in an sich bekannter Weise einer Braunschcn Röhre zugeführt wird, deren Kathodenstrahl im Iakt der Horizontallotunp in horizontaler Richtung über den Schirm geführt wird, während das Lchosigniil den in vertikaler Richtung wirkenden Ablenkplatten der Braunschen Röhre zugeführt wird und daß der Schirm in der Mitte eine Marke aufweist, mit der das Bild des Echosignals zur Deckung bringbar ist. Wan dert das Echo aus der Milte heraus, so muß der Steuermann den Kurs korrigieren, bis d;is Echo wieder in der Mitte steht und so der Sollabstand vom Ufer wiederhergestellt ist.

909 60S 1613

Die Darstellung eines Echos auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre ist an sich bekannt. Sie wird insbesondere bei der Fischsuche verwendet. Auf die Lage des Echos innerhalb des Schirmes kommt es aber hierbei nicht an, sondern auf die Echoform, die Rückschlüsse auf die Art des Lotobjektes zuläßt.

An Hand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Soll ein Meßschiff mit Auslegern in einem vorbestimmten Abstand von z. B. 3 m parallel zur Böschung des Nord-Ostsee-Kanals fahren, so gelangt eine Einrichtung nach F i g. 1 zur Anwendung. Am Ausleger 1 des Meßschiffes 2, z. B. auf Stcuerbordseite, ist ein genügend scharf gerichteter Echolotsender/Empfänger 3 so angebaut, daß er mit Hilfe einer Einrichtung von der Horizontalrichtung bis zur Vertikalrichtung geschwenkt und in jeder gewünschten Neigung festgestellt werden kann. Entsprechend der Form der Böschung 4 wird dem zur Uferabstandsmessung vorgesehenen Sender/Empfänger 3 zur laufenden Entfernungskontrolle zweckmäßig eine derartige Neigung gegeben, daß, wie in der F i g. 1 angegeben, die Schallwellen nahezu senkrecht auf die Böschung auftrennen und auch entsprechend reflektiert werden. Der Sender/Empfänger 3 ist mit einer Echoloteinrichtiing verbunden, die in bekannter Weise eine Kathodenstrahlröhre 5 zur Anwendung bringt. Eine Kippspannung von z. B. 25 Hz lenkt den Elektronenstrahl in der Kathodenstrahlröhre 5 von rechts nach links periodisch ab und löst immer dann über den Ultraschallsender 3 einen Schallimpuls aus, wenn sich der Leuchtpunkt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre auf der rechten Seite des Schirmes befindet. Während des Uberlaufs von rechts nach links werden dann über den Empfänger 3 unter Zwischenschaltung eines üblichen Verstärkers die von der Böschung 4 erzeugten Echos durch große und helle Ausschläge 6 sichtbar gemacht. Das zur Kurshaltung in vorbestimmten! Abstand von der Böschung vorgesehene Oeriit hat einen Bedienungsknopf 7, mit dein die Größe der Echos auf dem Leuchtschirm eingestellt werden kann, also zur Regelung der Verstärkung dient, und einen Knopf 8, der dazu dient, das EchobiUI zwischen zwei Strichmarken 9 zu schieben. Lnlfernt sich nun das Meßschiff 2 von der Böschung 4, so wandert das Echo 6 sofort nach links aus, / I), in die Stellung 6a; denn die Entfernung von J zur Böschung 4 wird größer. Der Rudergänger des MeUschiffes 2 dreht jetzt am Steuerrad 10 nach rechts, bis das Echo aus der Stellung 6« wieder in die Stellung ή gelangt ist. Wenn dies erreicht ist, so hat das Meßschiff 2 wieder den vorbestimmten Abstand zur Böschung 4. Nähert sich das Meßschiff 2 der Hösel κι η 1; 4, so wandert das Echo 6 in die Stellung 6 b und iiiuli abermals durch Drehen des Steuerrades 10 nach links in die Stellung 6 zurückgebracht werden. Das AliIesen und die Bedienung des Instrumentes ist deshalb so einfach, weil bei einer Impulsfolge von mehr als etwa 15 Lotungen/see die Anzeige praktisch wie ein stehender Zeiger wirkt und jede Abstandsveränderung sofort anzeigt. Gibt man dem Knopf 8 eine Entfernungsskala, so kann jede Meßfahrt in gleicher Weise beliebig oft wiederholt werden, wodurch mit Sicherheit eine genügend genaue Zuordnung aller bei aufeinanderfolgenden Meßfahrten ci/ielten Ergebnisse gewährleistet ist.

Wird das Echolot-Gerät in Flüssen oder Kanälen mit Ilacheren Böschungsformen eingesetzt, so muß man den gerichteten Schwinger 3 in eine solche Nei-

gung bringen, daß wiederum geringe Kursänderungen möglichst große Auswanderungen der Echos auf dem Leuchtschirm des Anzeigegerätes bewirken. Manchmal wird es nötig sein, den Schwinger 3 sogar in die horizontale Richtung zu schwenken, wenn Gewässer mit sehr flach auflaufenden Ufern vorhanden sind (11 in Fig. 2), oder in die vertikale Richtung 12, wenn man auf einem markanten Knickpunkt eines Kanalprofiles entlangfahren will. Es ist deshalb zweckmäßig, den in der Neigung verstellbaren Sender/ Empfänger 3 für das beschriebene Uferabstandsmeßgerät so auszubilden, daß es mit Hilfe einer Klemmvorrichtung od. dgl. an jede Stelle der Ausleger 1 oder des Meßschiffes 2 selbst mit wenigen Handgriffen montiert werden kann. Die Zeitablenkung zur Anzeige der Echos auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre kann mit Hilfe einer großen Ablenkspannung erfolgen, die den Elektronenstrahl nach rechts und links weit über die Schirmfläche hinauslaufen läßt, weil dadurch kleine Entfernungsänderungen große Auswanderungen gegenüber der Mitte der Anzeigeskala bewirken. In jedem Falle besitzt das Anzeigegerät, das vor dem Rudergänger gut sichtbar montiert ist, eine genügend große Verschiebespannung, die es gestattet, mit Hilfe des Entfernungsknopfes 8 jeweils immer das erste Echo nach Aussenden des Sendeimpulses auf die Mitte des Leuchtschirmes zu schieben.

Es braucht auch nicht immer eine getrennte Echolotanlage, die mit einer Frequenz arbeitet, die verschieden ist von der Frequenz der vertikallotenden Profil- und Flächenechographen, verwendet zu werden, sondern es kann auch die Ablenkung der Kathodenstrahlröhre getriggert werden durch die Auslöseeinrichtung der Profil- und Flächenechographen, die die Wassertiefenregistrierung bewirken. In diesem Falle erfolgt die Impulsaussendung zur Uferabstandsmessung stets gleichzeitig mit der Impulsaussendung für die Profil- und Flächenechographen. An der grundsätzlichen Funktion der beschriebenen Einrichtung ändert sich dadurch nichts.

Die beschriebene Einrichtung zur Uferabstandsmessung und zur Wiederholung von Meßfahrten auf einmal vorgegebenen Kurs in einer Wasserstraße ist nicht auf Schiffe mit Auslegern beschränkt. Sie kann überall da Anwendung finden, wo Schiffe auf einer dem Boden einer Wasserstraße markierten Erhebung oder Vertiefung fahren soll.

Befindet sich die Böschung, an der in bestimmter Entfernung entlanggefahren werden soll, auf der Steuerbordseite des Schiffes, so wird die Ablenkspannung derart an das Horizontalplattenpaar der Kathodenstrahlröhre angelegt, daß der Leuchtpunkt von rechts nach links über den Schirm bewegt wird. Befindet sich die Böschung auf der Backbordseite des Meßschiffes, so müssen die Horizontalplattenpaare vertauscht werden, damit der Leuchtpunkt von links nach rechts bewegt wird, und damit die Auswanderung des Echobildes durch eine sinnfällige Ruderbewegung wieder auf die Mitte des Schirmes gebracht werden kann.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann aber nicht nur ein Meßschiff von Hand in einem definierten Abstand zum Ufer gefahren werden, sondern auch vollautomatisch gesteuert werden, besonders wenn es sich um so gut befestigte Ufer handelt, wie sie z. B. der Nord-Ostsee-Kanal aufweist. Für die automatische Steuerung ist der Leuchtschirm der Kathodenstrahl-

Claims

röhre bis auf das Feld in der Mitte zwischen den beiden Strichen 9 auf der linken Seite durch eine Fotozelle und auf der rechten Seite durch eine zweite Fotozelle abgedeckt. Erfolgt eine Auswanderung des Echos aus der Mitte heraus, so entsteht über die entsprechende Fotozelle eine Steuerspannung, wodurch unter Zwischenschaltung eines Verstärkers ein Relais bedient werden kann, welches die Ruderanlage des Meßschiffes so lange betätigt, bis das Echo wieder in der Mitte der Kathodenstrahlröhre erscheint. Vollautomatisch können auf diese Weise mit hoher Genauigkeit die Meßschiffe in vorbestimmten Zeiträumen ihre Kontrollfahrten in Kanälen und anderen Wasserstraßen durchführen. Patentansprüche:

1. Echolot-Einrichtung zur Vermessung von ao Wasserstraßen mit Hilfe eines Meßschiffes, bei der mit einer Vielzahl von an Auslegern des Meßschiflfes angebrachten Vertikal-Echolotschwingern fortlaufend Tiefenprofilkurven der Wasserstraßen gewonnen werden und bei der »5 außerdem zur Messung des Uferabstandes in horizontaler Richtung gelotet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der der Uferabstandsmessung dienende Sender-Empfänger (3) an einer beliebigen Stelle des Meßschiffes (2) oder seiner Ausleger (1) angebracht ist, daß das Echosignal dieses Sender/Empfängers (3) in an sich bekannter Weise einer Braunschen Röhre (5) zugeführt wird, deren Kathodenstrahl im Takt der Horizontallotung in horizontaler Richtung über den Schirm geführt wird, während das Echosignal den in vertikaler Richtung wirkenden Ablenkplatten der Braunschen Röhre (5) zugeführt wird, und daß der Schirm in der Mitte eine Marke

(9) aufweist, mit der das Bild des Echosignals zur Deckung bringbar ist.

2. Echolot-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Uferabstandsniessung dienende Sender/Empfänger (3) am Ende des Auslegers (1) angebracht ist.

3. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Uferabstandsmessung dienende Sender/Empfänger (3) schwenkbar angeordnet ist.

4. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenstrahlröhre (S) im Blickfeld des Rudergängers angebracht ist, und daß die Auswanderung der Echos aus der Mitte des Leuchtschirmes nach links durch eine Rechtsdrehung des Steuerrades

(10) und entsprechend bei einer Auswanderung der Echos auf dem Leuchtschirm nach rechts durch eine Linksdrehung des Steuerrades (10) aufhebbar ist.

5. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Anzeigegerät für die Uferabstandsmessiing ein Verstärkungsregler (7) für die Einstellung der Echogröße und ein weiterer Bedienungsknopf (8) vorhanden ist, mit dem das Echobild auf dem Leuchtschirm seitlich verschiebbar und in die Mitte des mit Merkstrichen (9) versehenen Leuchtschirmes einstellbar ist.

6. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Steuerung des Meßschiffes (2) der Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre (5) einen mittleren schmalen, nicht abgedeckten Bereich besitzt, in dem die Echos zur Anzeige kommen, und daß der übrigbleibende linke Teil des Schirmes ganz oder teilweise durch eine Fotozelle abgedeckt ist. und daß der rechte übrigbleibende Teil ganz oder teilweise durch eine zweite Fotozelle abgedeckt ist, und daß beide Fotozellen direkt oder über eine Verstärkereinrichtung auf eine Relaisschaltung wirken, die die Ruderanlage des Meßschiffes (2) immer dann und so lange in Tätigkeit setzt, bis die Auswanderung der Echosignale aus der Mittellage des Leuchtschirmes heraus wieder aufgehoben wird.

7. Echolot-Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Steuerung des Meßschiffes (2) durch einen Schalter unterbrechbar ist und daß sodann das Steuerrad (10) von Hand betätigbar ist.

8. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Fotoztllen auf dem Leuchtschirm vorhanden sind, die die Auswanderung der Echos nach den Seiten an Signallampen oder akustisch melden, und daß diese Organe zur Überwachung der automalischen Steuerung oder auch bei Steuerung von Hand dienen, und/oder dazu anwendbar sind, auf dem Registrierpapier der Vermessungsechographen durch Anlegen einer Signalspannung an eine Schreibfeder immer die Zeitdauer verschiedenartig zu markieren, während der das Meßschill (2) aus dem Kurs gelaufen ist.

9. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz für das zur Uferabstandsniessung vorgesehene Echolot verschieden von der Frequenz der verwendeten Vermessungsechographen ist. und daß die Impulsfolge unabhängig von dem Vermessungsechographen durch ein elektronisches Kippgerät, das gleichzeitig die Auslenkung des Lcuchtpunktcs in der Kathodenstrahlröhre (5) und die Impulsaussendung bewirkt, bestimmbar ist.

10. E cholot-Einrichtung nach den Anspriuhen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Ufer abstandsmessung dienende Echolot die gleiche Frequenz als Betriebsfrequenz benutzt, die die Vermessungsechographen aufweisen, und daß das elektronische Kippgerät für die Echoaiizeige des zur Uferabstandsmessung dienenden I cholois von einem Vcrmessiiiigsechograplien derail getriggert wird, daß die Sendeimpiilse Iiii das Jei Uferabstandsniessung dienende Echolot gleichzeitig mit den Sendeimpulsen Iiir die Veniiessungscchographen abgegeben werden.

11. Echolot-Einrichliiiignachden Auspiikheii I bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre (5) 111 Ab hängigkeit geringer Entfernungsaiulciimgeii mn ein Teilbild aus dem verwendeten I .othcrcich zur Anzeige kommt.

12. Echolot-Einrichtungnachden Aiispiiiclien I bis II, dadurch gekennzeichnet, daß der bei dei Auslenkung in der Kathodenstrahlröhre (5) am dem Leuchtschirm entstehende Ieiichtstiicli

während des Überlaufs und Rücklaufs ganz oder teilweise dunkel getastet wird, und daß der Echoimpuls hell gesteuert wird.

13. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Empfangsverstärker des der Uferabstandsmessung dienenden Echolotes gelangenden Spannungsimpulse der Echos einem besonderen Zeitkreis zugeführt werden, der bei Fehlen der Echos ein Alarmsignal auslöst, und daß damit die evtl. eingeschaltete Steuerautomatik unwirksam gemacht wird.

14. Echolot-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitablenkung der Kathodenstrahlröhre (5) mittels eines Reglers kontinuierlich oder stufenweise in ihrer Größe veränderbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 864 460,1 032 558; VDI-Zeitschrift 97 (1955), S. 1091 bis 1093; Druckschrift der Atlas-Werke AG, Bremen: tlas-Echolot »Fischfinder« vom November 1955.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen