DE1516622C - Echolot Verfahren nach dem Summe Differenz Prinzip und Gerat zu dessen Aus übung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Echolot-Verfahren, bei dem die elektrischen Ausgangssignale dreier Empfangswandler unter Zweifachausnutzung eines bestimmten dieser Wandler in einer Art Summe-Differenz-Schaltung miteinander verkettet werden.

Anordnungen mit drei Empfangswandlern, bei denen einer der Wandler, nämlich der mittlere, zweifach ausgenutzt wird, sind an sich bekannt (deutsche Patentschriften 874 078, 891028; USA.-Patentschrift 2 533 499). Bei den bekannten Anordnungen sind diese verketteten Wandler für die Zwecke einer Anzeige der Einfallsrichtung von Wellen nach dem Summe-Differenz-Verfahren vorgesehen.

Bei dem Summe-Differenz-Verfahren wird bekanntlich aus den je nach Einfallswinkel gegeneinander ■ phasenverschobenen Empfangsspannungen zweier im Abstand voneinander angeordneter Empfangswandler sowohl die geometrische Summe als auch die geometrische Differenz gebildet. Die Summen- und die Differenzspannung werden durch so 90°-Phasendrehung einer der beiden Spannungen phasengleich gemacht, und sodann wird beispielsweise die Summenspannung den Vertikalablenkplatten und die Differenzspannung den Horizontalablenkplatten eines Braunschen Rohres zugeführt. Hierdurch wird der Kathodenstrahl bzw. sein Leuchtfleck zu einer strichförmigen Lissajou-Figur ausgelenkt, und dieser Strich zeigt die Einfallsrichtung der Wellen an.

Die Aufgabe der Erfindung besteht jedoch nicht einfach darin, den tatsächlichen Einfallswinkel der von einem entfernten Lotobjekt eintreffenden Wellen anzuzeigen, sondern in der Erzielung einer möglichst großen Peilschärfe bei Echolotgeräten, welche die Entfernung eines geloteten Objekts anzeigen.

Diese Aufgabe wird unter Verwendung der als bekannt vorausgesetzten Anordnung mit drei verketteten Wandlern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summe der Ausgangssignale der drei Empfangswandler einem Entfernungsanzeigegerät, vorzugsweise einem Echoschreiber, über einen regelbaren Verstärker zugeführt wird, daß ferner das Ausgangssignal des zweifach ausgenutzten Empfangswandlers verdoppelt, in der Phase umgekehrt und in dieser Form ebenfalls mit den Ausgangssignalen der beiden anderen Empfangswandler verkettet wird und aus dem hieraus resultierenden Differenzsignal eine ihm proportionale Gleichspannung abgeleitet und diese dem regelbaren Verstärker im Sinne der Herabregelunj; der Verstärkung zugeführt wird.

Der Erfindungsvorschlag hat die Wirkung, daß — bei geeigneter Bemessung des regelbaren Verstärkers, insbesondere seiner Kennlinie — eine Echoanzeige immer nur dann erfolgen kann, wenn die Dillerenzspannung, und somit die Regelspannung, gleich oder nahezu gleich Null ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine Peilsehürfe erzielt, wie sie bisher nur durch eine entsprechende Strahlbündelung mittels einer erheblich größeren Anzahl von zu einer sogenannten Wandlermatratze zusammengefaßten Wandlern erreichbar war.

Eine weitere Erhöhung der Peilschärfe läßt sich gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß man das resultierende Differenzsigna! in höhcrem Grade verstärkt als das Summensignal.

Schließlich läßt sich mit dem erfindungsgemäßert Verfahren sogar eine räumliche Bündelung erzielen, indem man vorteilhaft den zweifach ausgenutzten Empfangswandler im Scheitel eines spitzen, vorzugsweise rechten Winkels anordnet, dessen Schenkeln die beiden anderen Empfangswandler zugeordnet sind, und zwar so, daß besagter Winkel in einer zur Lotrichtung senkrecht orientierten Ebene liegt.

An Hand der gezeichneten Schaltbilder wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltungsbeispiel einer räumlich peilscharfen Summe-Differenz-Xnlage gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Schaltungsdetails aus der Fig. 1,

F i g. 3 und 4 weitere mögliche Wandleranordnungen gemäß der Erfindung.

In der F i g. 1 sind drei Empfangswandler 1, 2, 3 in Form eines Winkels 4 angeordnet. Gezeichnet ist ein rechter Winkel; aber auch davon abweichende Winkelwerte sind möglich. Die abstrahlenden Oberflächen sind in der Zeichenebene zu denken. Der Wandler 2 ist im Scheitel 5 des Winkels angeordnet; außerdem sind seine Ausganagssignale in dem Summe-Differenz-Rechner 6 mit denen der beiden anderen Wandler verkettet. Die beiden anderen Wandler 1, 3 liegen auf den Schenkeln 4 a, Ab des Winkels 4. Die Ausgangssignale der drei Wandler sind an die Klemmen 7, 8, 9 geführt.

In dem Summe-Differenz-Rechner 6 ist für jeden Wandler ein Trafo T₁, T₂, T₃ zur Übertragung der Ausgangssignale U₁, U₂, U₃ der Wandler 1, 2, 3 vorgesehen. Das Äusgangssignal U₂ des Wandlers 2 wird bei der elektrischen Verkettung der Ausgangssignale aller drei Empfangswandler besonders behandelt. Der zugeordnete Trafo T₂ verdoppelt zunächst die Amplituden zu 2 U₂ und "bildet sodann auf der Sekundärseite durch die Verkettung mit den beiden anderen Trafos eine Spannung -2U₂ gegenüber den beiden anderen Ausgangssignalen, die als +U₁ und + U₃ auf den Sekundärseiten von T₁, T₃ erscheinen.

Die gesamte Verkettung aller drei Sekundärseiten erfolgt sodann so, daß aus diesen Größen die Summe gebildet wird:

U₁ - 2 U₂ + U₃ = Δ.

Diese Größe erscheint an der Klemme 10 und wird im Sinne eines Differenzsignals bei Peilanlagen verwendet. Gleichzeitig wird aus den Ausgangssignalen U_x, U₂, U₃ die Summe '

Σ - U₁ + U₂ + U₃

abgeleitet. Hierzu sind im Beispiel die Primärseiten der Trafos T₁, T₂, T₃ gleichsinnig hintereinandergeschaltet. Diese Summe Σ erscheint an der Klemme 11 und wird an Stelle des Summensignals in Peilanlagen verwendet.

12 ist ein Verstärker für das Summensignal Σ, das in der Anzeigevorrichtung 13 auswertbar angezeigt wird. 14 ist ein Verstärker für das Differenzsignal A, aus dem mittels der Gleichrichtereinrichtung 15 eine Regelspannung abgeleitet wird, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers 12 für das Summensignal Σ so regelt, daß praktisch nur Summensignale bei J = O den Verstärker 12 passieren und damit in der Anzeigevorrichtung 13 angezeigt werden können.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Treffen Schallwellen von einem selbsttönenden oder von einem schallwellenreflektierenden Objekt auf die drei Schall-

wandler 1, 2, 3, so werden die Schallwellen in elek- Als Anzeigeeinrichtung 13 a ist ein an sich be-

trische Schwingungen U₁, U₂, U₃ umgesetzt. An- kanntes schreibendes Registriergerät gezeichnet. 20

genommen, die kohärenten Schallwellen fallen aus ist eine Kontaktschiene zur Stromzuführung für den

einer zur Oberfläche der Wandler normalen Richtung Schreibgriffel 21, der wiederum von einem nicht

ein, dann treffen sie bei allen Wandlern mit gleicher 5 leitenden, dauernd und gleichförmig umlaufenden

Phase auf, und die von den Wandlern abgegebenen Riemen 22 getragen wird und über das Registrier-

Spannungen sind ebenfalls in Phase. Die Folge hier- papier 23 gleitet. Dieses ist mehrschichtig aufgebaut,

von ist, daß die Summe ; in der unteren Schicht schwarz gefärbt und elektrisch

ν _ Tj ι τι ι Tj — irr ι ι ι tj ι ι irr ι _-ο ti halbleitend. Durch den Schreibvorgang wird die

¹ -ä ■ 3 in i^i ι »ι ίο Deckschicht mehr oder weniger fortgebrannt, wo-

ein Maximum aufweist. Gleichzeitig wird die Differenz durch der schwarze Untergrund als registrierte Marke

J = II/ I—21t/ Ι + Ιϊ/Ι — 0 sichtbar wird. 24 sind so durch den Sendeimpuls ge-

I 21 I 31 schriebene sogenannte Null-Marken und 25 das Echo

und damit auch die negative Regelspannung für den eines, wie vorstehend beschrieben, räumlich genau

Summenverstärker 12 Null, so daß dieser maximal 15 angepeilten Fischschwarmes. Von Lotung zu Lotung

geöffnet ist und das Summensignal an die Anzeige- wird das Registrierpapier über den leitenden, ge-

vorrichtung 13 gelangt. erdeten Tisch 26 von links nach rechts schrittweise

Von der Normalen abliegende Objekte können transportiert.

hierbei keine Anzeige bewirken, da Schallwellen aus Die Anzeigeeinrichtung 13 a wird von dem Sum-

abliegender Richtung wenigstens bei einem der bei- 20 menverstärker 12a gespeist. Dieser besteht in ver-

den Wandler 1 oder 3 bezüglich des Wandlers 2 einfachter Form aus einem Regelverstärker mit der

phasenverschobene Ausgangssignale' erzeugen, die Röhre Röl und einer nachgeordneten stromverstär-

eine Differenzspannung Δ > 0 liefern, und durch die kenden Stufe mit Röl, durch deren Kathoden- bzw.

hieraus abgeleitete negative Regelspannung U_R den Ausgangswiderstand R₁ die Anzeigestärke von Hand

Summenverstärker 12 sperren, so daß die Signale des 25 einstellbar ist. Die Klemme 11a ist mit der

abliegenden Objekts nicht zur Anzeigevorrichtung-13 Klemmeil der Fig. 1 zu verbinden, so daß

gelangen können. Hierbei werden sowohl Objekte das Summensignal Σ auf das Steuergitter der Röhre

ausgeschlossen, die in Richtung eines Schenkels4a Röl gelangt. Außerdem gelangt an dieses Steuer-,

oder 4 ft abliegen, als auch in jeder beliebigen anderen gitter über den Gitterableitwiderstand R₂ die aus

Richtung. 30 dem Differenzsignal Δ gewonnene Regelspannung

Da aber der Fischer auch die Möglichkeit haben U _R.

muß, das Meeresgebiet nach Fangobjekten abzu- Verbindet man die Klemme 10 a mit der Klemme

suchen, sind noch Mittel vorgesehen, um die Emp- 10 der Fig. 1, so gelangt das Differenzsignal A auf

fangscharakteristik des Wandleraggregats 1, 2, 3 be- das Steuergitter der Verstärkerröhre Rö.3, der eine

liebig zu verschwenken, so daß — bei gleicher Peil- 35 stromverstärkende Stufe mit Rö4 nachgeordnet ist,

schärfe — die Differenzspannung /I = O wird, wenn deren Kathodenwiderstand bzw. Ausgangswiderstand

die Echosignale aus einer von der Normalen ab- R₃ einstellbar ausgebildet ist. Hierdurch läßt sich der

weichenden Richtung einfallen. Hat er bei dieser Grad der Regelung durch das Differenzsignal und

Suche ein Fangobjekt aufgespürt, so wird er den damit die Peilschärfe einstellen. In der Einrichtung

Kurs seines Schiffes auf dieses Objekt einstellen und 40 15 a wird aus dem Differenzsignal. I die Regelspan-

die Empfangscharakteristik wieder in die Richtung nung U_R abgeleitet. Durch Gleichrichtung mittels der

der Wandlernormalen zurückschwenken. Diode D entsteht über dem Kondensator C₁ eine

Diese Verschwenkung wird dadurch ermöglicht, negative Gleichspannung, die der Differenzspannung daß zwischen dem Ausgang jedes der beiden einfach proportional ist. Die etwa noch vorhandene Welligausgenutzten Empfangswandler 1 und 3 und der 45 keit dieser Gleichspannung wird durch das RC-Glied Primärseite des Trafos T₁ bzw. T₃ ein verstellbarer R_v C, ausreichend geglättet und ergibt die Regel-Phasenschieber 16 bzw. 17 eingeschaltet ist, wobei spannung U_R.

der eine Phasenschieber die horizontale Schwenkung Die F i g. 3 und 4 zeigen weitere Beispiele mög- und der andere Phasenschieber die vertikale Schwen- licher Wandleranordnungen. In der F i g. 3 sind kung ermöglicht. Die Einstellorgane dieser Phasen- 50 Wandler in einer Zeile angeordnet, und der ausschieber sind mit Winkelskalen versehen zu denken, gezeichnete Empfangswandler befindet sich in der an denen man den jeweils eingestellten Schwenk- Mitte dieser Zeile. Auch hierbei bedeutet die Zahl winkel ablesen kann. drei eine, bezüglich des Kompromisses zwischen

Da sich außerdem, wie im Zusammenhang mit der Aufwand und Wirkung, optimale Zahl, was aber

Fig. 2 auseinandergesetzt wird, die Peilschärfe ein- 55 nicht ausschließt, daß das oben dargelegte Prinzip

stellbar ausbilden läßt, kann die Suche zunächst mit auch für eine größere Zahl von Wandlern vorteil-

einer Übersichtsanzeige geringer Peilschärfe beginnen, haft ist.

die sukzessive und abwechselnd mit der Bedienung Gemäß Fig. 4 sind vier Wandler in Form eines T der Phasenschieber bzw. dem Schwenken der Rieh- angeordnet, in dessen Schnittpunkt seiner beiden tung auf A = O bis zur maximalen Peilschärfe und 60 Zeilen der zweifach ausgenutzte Wandler 31 liegt, damit bis zum Meßwert für die Winkellage gesteigert Werden die Klemmen 7c,8c, 9e mit den Kiemwerden kann. Die Peilschärfe läßt sich sogar extrem men 7, 8 bzw. 9 verbunden, so daß diese Wandlerhoch treiben, wenn der Differenzverstärker 14 einen anordnung an die Stelle der Wandleranordmiiig der größeren Verstärkungsgrad als der Summenverstärker Fig. L tritt, so läßt sich mittels des Umschalters.? 12 besitzt. 65 wahlweise der Betrieb gemäß der Fi g. 3 oder gemäß

Zur weiteren Erläuterung der in der Fig. 1 be- der Fig. 1 durchführen. Ein Vorteil liegt in der nutzten Teile 12 bis 15 sind diese in der F ig.· 2 großen Anpaßbarkcit an unterschiedliche Lot verhältdetailliert. ' nisse und Lotaufgaben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Echolot-Verfahren, bei dem die elektrischen Ausgangssignale dreier Empfangswandler unter Zweifachausnutzung eines bestimmten dieser Wandler in einer Art Summe-Differenz-Schaltung miteinander verkettet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Ausgangssignale der drei Empfangswandler einem Entfernungsanzeigegerät, vorzugsweise einem Echoschreiber, über einen regelbaren Verstärker zugeführt wird, daß ferner das Ausgangssignal des zweifach ausgenutzten Empfangswandlers verdoppelt, in der Phase umgekehrt und in dieser Form ebenfalls mit den Ausgangssignalen der beiden anderen Empfangswandler verkettet wird und aus dem hieraus resultierenden Differenzsignal eine ihm proportionale Gleichspannung abgeleitet und diese dem regelbaren Verstärker ao im Sinne der Herabregelung der Verstärkung zugeführt wird. "

2. Echolot-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Differenzsignal in höherem Grade verstärkt wird als das Summensignal. . ■

3. Echolotgerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweifach ausgenutzte Empfangswandler im Scheitel eines spitzen, vorzugsweise rechten Winkels angeordnet ist, dessen Schenkel die beiden anderen Empfangswandler zugeordnet sind, und daß besagter Winkel in einer senkrecht zur Lotrichtung orientierten Ebene liegt.

4. Echolotgerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang jedes der beiden einfach ausgenutzten Empfangswandler und den Schaltmitteln zur Summenbildung ein verstellbarer Phasenschieber eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen