DE1516629A1

DE1516629A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Dynamikumfanges von Unterwasserschallaufzeichnungen auf stromempfindlichem Papier

Info

Publication number: DE1516629A1
Application number: DE19651516629
Authority: DE
Inventors: Drenkelfort Dr Hans; Siegfried Thieme
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1965-11-29
Filing date: 1965-11-29
Publication date: 1969-06-12
Also published as: US3440598A; DK109827C; ES330351A1; SE358967B; NO119514B; BE686651A; GB1136832A; IS1544A7; IS677B6; DE1516629B2; FR1601732A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Dynamikttmjffangea von Unterwassersohallaufzeiohnungen auf stromempfindliohem Papier

Stromempfindliohea Papier ist beispielsweise ein Kohlepapier, das mit einer niohtleitenden, hellen Beokeohioht versehen ist, die duroh elektrisohen Funken bzw» Strom mehr oder weniger wegbrennbar iet, so daß die sohwarze Kohleschient mehr oder weniger zum Vorschein kommt· Wird der stromführende Sohreibgriffei in Abhängigkeit von der Zeit Über das Papier geführt, so gibt die Schwärzung den zeitlichen Amplitudenverlauf des Stromes wieder« Leider ist diese Wieder» gäbe nur unvollkommen, weH. nur eine geringe Zahl unterscheidbarer örauwerte geschrieben werden können, die aufzuzeichnenden elektrisohen Signal dagegen ein sehr großes Amplitudenverhältni» aufweisen·

Diese Diskrepanz stört besonders bei der Anwendung des Funkendurohschlagpapiers bei Unterwasserschalleinriohtungen· Die· sind Binrioh- „ tungen, die Schall empfangen und in elektrische Signal· umwandeln, die dann in einem Regietriergerät auf das im Gebrauch »ehr handlich· Funkendurohsohlagpapier au schreiben «ind. Beispielsweise werden Sohallimpulse von einem Sohiff auegesandt und die von TJnterwasserobjekten reflektierten Bohos empfangen und in elektrische Signal« umgewandelt· Leider weisen die Amplituden der besonders interessant ten Fisoheohos gegenüber den unvermeidlichen Bodenecho· sehr geringe Amplituden auf, so daß die Wiedergabe duroh das Funkendureheohlag-

papier unbefriedigend ist» Bs ist deshalb aohon mehrfach versucht worden, durch Maßnahmen im Zuge des su einer Eoholotanlage notwendigen elektronischen Empfangsverstärkers den Dynamikempfang der Auf» zeichnung zu verbessern«

So ist es bekannt, einen Zweikanalverstärker vorzusehen, in dessen einem Kanal die Fisoheohos und der untere Teil des Bodeneohos und in dessen anderem Kanal die verbleibend· Spitze des Bodenechos getrennt verstärkt werden« Sie Ausgangssignale der beiden Kanäle lassen sich addieren oder subtrahieren (DBF 1.013,548). Hierduroh läßt sich aber keine Grauwerttrennung zwischen Fisch und anschließenden Teilen des Bodenechos erreichen·

Weiterhin ist es bekannt (DBP 1.136*248), die Torderkante des Bodens schmal und schwarz zu schreiben» um daraufsitzende Fische durch eine relativ große Änderung dieses schmalen schwarzen Bandes su erkennen· Auoh diese Art der Aufzeichnung trennt Fisoh und Boden nioht und der Effekt tritt, bei Seegang nicht auf, weil dann dier Bodenlinie unregelmäßig geschrieben wird und Vlsoheohos in dieser unregelmäßigkeit versohwinden·

Außerdem ist tin« Umschaltung von Serienwiderständen im Schreibetrom« kreis bekannt (USA 2.433.3Θ2), die aber nur für «in« Unterscheidung der von verschiedenen Meßgeräten kommenden Größen in derselben Spur ge« . dacht ist* Damit ist aber der Djnamikumfang für jedes Meßgerät günstig·· stern Fall· halbiert, so dal sieh für das einzelne Meßgerät eine versohleöhterte Aufzeichnung ergibt·

All* diese Malnahmen wirken offensichtlich nur unvollkommen· Man ist iethalb ·« anderen Anzeigevorrichtungen, wie Kathodenstrahlröhren«

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übergegangen, konnte hier nur -teilweise Verbesserungen erzielen und verliert daduroh aber den Vorteil einer dauerhaften, zur statistischen Auswertung geeigneten Aufzeichnung» Die Erfindung stellt sich deshalb did Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und trotzdem auch mit stromempfindlichem Papier einen ausreichenden Dynamikumfang der elektrischen Signale aufzeichenbar zu machen«

Sie Lösung wird in einem Verfahren gesehen, das zunächst eine elektrische, zeitliche Verzögerung des empfangenen und in elektrische Signale umgewandelten Unterwasserschallsignals vornimmt und ferner in der Steuerung dieser verzögerten elektrischen Signale durch einen Teil der noch unverzögerten Signale, deren Amplitude einen vorgegebenen Wert übersteigt und schließlich in der Steuerung auf geringere, aber noch mit unterschiedlicher Schwärzung schreibbare Amplitudenwerte·

Die Erfindung vermag Fieöh und Boden vollständig des Schwärzungewert nach zu trennen, insbesondere den Fisch schwarz undden Boden grau zu schreiben. Hierbei weist der Boden noch Details auf, so daß seine Struktur erkennbar ist, wodurch wiederum niohtlotbare Fische, z.B· Langusten, die aber an eine bestimmte Bodenstruktur gebunden sind, noch ausgemacht werden können. Außerdem ist auch bei Tiefenänderungen infolge des Seegangs der schwarze Fisch gegenüber dem grauen Boden immer noch durch den Kontrast au erkennen*

Bine einfache Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrens bei Unter« wassersqhalleinrichtungen mit einen elektronischen VeretErker und einem Regietriirgerät für «tromepsiifindiiches Papier besteht in der Anordnung eines Verzögerungsgliedee im Zuge des Veratärkers, ferner

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in der Anordnung eines steuerbaren, elektronischen Parallelwiderstandes zwischen Verzögerungsglied und Registriergerät und schließlich in der Anordnung von schwellwertbildenden Mitteln für die Steuer- , spannung des Parallelwiderstandes und einer Dimensionierung des steuerbaren, elektronischen Parallelwiderstandes derart, daß die von der Steuerung des Parallelwiderstandes beeinflußten elektrischen Signale in ihrem weiteren Verlauf noch mit unterschiedlicher Schwärzung geschrieben werden*

Es ist an sich bekannt (USA 2»437*131) parallel zum Schreibpapier einen spannungsabhängigen Widerstand anzuordnen« Dieser bewirkt aber nur eine mit zunehmender Amplitude stärker werdende Abflachung der Verstärkercharakteristik© Die Folge hiervon istt Wird der Fisch schwarz geschrieben, so wird notwendigerweise auch der Boden schwarz und zwar praktisch der ganze Boden,, so daß diese Anordnung noch schlechter ist als die eingangs angeführten, mit einer schwarzen Bodenkontur arbeitenden Anlagen»

Weiterhin ist eine Anordnung mit elektronisch steuerbarem Parallelwiderstand zum Schreibpapier vorgeschlagen (E 26*202 IXd/74d)« Auch diese Anordnung ist so dimensioniert, daß sie eine schwarze, wenn auch besonders dünne Bodenkontur schreibt, von der sich der Fisch besser als von den breiteren Konturlinien abhebt, wie sie die eingangs beschriebenen Anlagen erzeugen»

Weitere Vorteile und Merkmaleder Erfindung werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele im folgenden näher er- ' läutert·

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Es zeigen«

Fig. Ti Bine gemäß der Erfindung schematisch, ausgestaltete Unter-

wasserSchallempfangseinrichtung,
Figo 2 t Eohospannung im erfindungsgemäßen Zusammenwirken mit einer zeitverzögerten Echospannung,

Figo 3-J Beispiel eines Echogramms nach der Erfindung,

Fig«. 4» detaillierte Ausführungsform des Schemas der Fig. 1,

Figo 5« Schema der Mittel zur Dynamikerweiterung der Fig. 4»
Fig. 6 Ui 7' Diagramm der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von

der Eingangsspannung für eine /bestimmte Dimensionierung der Fig. 4,

Fig. 8t weiteres schematisches Ausführungsbeispiel,
Fig. 9» Diagramm der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der

Eingangsspannung gemäß der Ausführung nach Figo 8,
Fig« 10: eine Weiterbildung zur besseren Wiedergabe der Null-Linie des Echogramms·

Mit 1 ist in der Fig. 1 ein Empfangsschwinger bezeichnet,· der sich unter Wasser befindet, z.B. an einem nicht gezeichneten Schiff· Dieser Schwinger wandelt auf seine Membran auftreffende Schallenergie in elektrische Schwingungen um, die an einen in seiner Nähe befindlichen Vorverstärker 2 weitergeleitet und dort verstärkt werden· Irgendwo auf dem Schiff befindet sich sodann der Hauptverstärker 3, der die elektrischen Signale weiterverstärkt. Mit Rb"-1 ist eine von evtl« mehreren Verstärkerstufen angedeutet. Rö 2 ist eine Endstufe, die auf das nachgeordnete Registriergerät 4 arbeitet.

In dem Registriergerät 4 wird stromempfindlioh.es Papier 5 zwischen Hollen 6 über einen leitenden und geerdeten Tisch 7 geführt. Senk-

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recht zu dieser Transportrichtung läuft dauernd ein nichtleitender Riemen 8 um, der 'einen Schreibgriffel 9 trägt. Dieser Griffel wird von einer Stromschiene 10 und diese wiederum von der Endstufe Bö 2 gespeist« Der Antrieb des Riemens θ und damit des Schreibgriffels erfolgt durch den Motor 11 und das Getriebe 12_e Gleichzeitig wird naoh jedem Umlauf zwangsläufig durch das Schrittschaltwerk 13 das Papier um etwas mehr als eine Strichbreite von rechts nach links weitergerückt«

Beim Überlaufen des Schreibgriffels 9 über das Papier wird das sogenannte Echogramm geschrieben· 14 sind Null-Marken, die von einem zu Beginn jeder Lotung ausgesandten Impuls eines nicht gezeichneten Senders herrühren. Danach werden die von "Unterwasserobjekten reflektierten Schallwellen empfangen, verstärkt und durch den Schreibstrom die Papierdeokschioht mehr oder weniger fortgebrannt« 15 sind die bei der Erfindung praktisch schwarz geschriebenen Fischechos und 16 der zunächst nur grau geschriebene Meeresboden, der jedoch an seinem Ende I6a schwarz wird· Die Fische heben sich deutlich vom Meeresboden ab, auch dann, wenn durch starke Zerklüftung des Meeresbodens bzw» Seegang die Fische in die Bodenaufzeichnung hineingeschrieben werden. Diese vorteilhafte Schreibweise wird durch folgendes, erfindungsgemaßes Ausgestaltungsbeispiel der an sioh bekannten Echoloteinrichtung erreichte

Im Zuge der Verstärkung, in Fig« 1 symbolisch zwischen Rö 1 und Rö 2, ist ein Verzögerungsglied 17 für die zu schreibenden Signale angeordnet» Vorher wird ein Teil der Signalspannung abgezweigt, Leitung 18, sofern die Spannung ausreicht, um eine Schwellwerteinrichtung 19 zu pas s i er en e. Deren Sohwellwert ist so eingestellt, daß nur das relativ

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starke Bodeneehosignal nicht aber wesentlich schwächere Fischechosignale passieren können· Die den Schwellwert überschreitenden Teile des Bodenechosignals werden als Steuerspannung für den elektronisch steuerbaren Parallelwiderstand 20 verwendet· Dieser Parallelwiderstand hat normalerweise einen großen Wert, so daß Fischechos den Verstärker unvermindeft passieren können und schwarz geschrieben werden· Das Bodenecho übersteigt aber den Schwellwert und steuert den Parallelwider·· stand zu geringeren Werten» Da diese Steuerspannung relativ zum zu schreibenden Signal durch Jas Verzögerungsglied 17 früher wirksam wird, tritt diese Wirkung schon vorher ein, bevor der Beginn des Bodenechosignals geschwärzt wird und das Bodenechosignal wird von seinem Anfang an mit einer gegenüber den Fischen verminderten Schwärzung, also deutlich heller, geschrieben«

Die Wirkungsweise sei nooh'einmal * im Zusammenhang mit den Figo 2 und 3 erläutert· In der Fig. 2 sind über der Zeitachse t die Amplitude des

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Fischechos F und des Bodenechos B sowie des zeitverzögerten Fisch» echoe F und des zeitverzögerten Bodeneohos B aufgetragene Die unverzögerte, gestrichelt gezeichnete Echospannung findet Verwendung als Steuerspannung und die durchgehend gezeiohnete Echospannung als nooh zu korrigierende Schreibspannung· Die Auswirkung dieser erfinderischen Maßnahmen ist in der Fig. 5, einem Ausschnitt aus einem Eohogramm dargestellt· ,

Mit V_n ist in der Fig· 2 jenes Spannungsniveau eingezeichnet, bei dem Schwarz geschrieben wird· Das Spannungsniveau V. symbolisiert den Schwellwert·

Es mögen jetzt die Steuer- und Schreibvorgänge der Fig» 1 in* ihrem zeitlichen Ablauf betrachtet werden· Das Fischecho F und ein kurzer

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Teil des Bodenechos B liegen unterhalb des Schwellwertes V.,können deshalb die Einrichtung 19 nicht passieren und nicht an die Steuerstufe 20 gelangeni die Schreibspannung bleibt unbeeinflußt. Überschreitet das Bodeneoho B den Sohwellwert V₁ im Punkte 50, so setzt duroh die Einrichtung 20 bei der Sohreibspannung B im Funkte 51 eine Gegensteuerung ein, so daß die SchreibspannungB das Schwarzniveau V nicht zu erreichen vermag. Damit bleibt die Bodenaufzeichnung 16b

(Fig. 5) im Gegensatz zur schwarzen Fischaufzeichnung 15b (Fig· 3) grau·

Unterschreitet die Steuerspannung B im Punkte 52 den Schwellwert V., so hört die Korrektion der Sohreibspannung B durch die Steuerstufe auf'die Sohreibspannung B kommt vom Punkte 53 an unverändert an die Endstufe Rö 2. Sa der Punkt 53 nooh oberhalb des Sohwarzniveaus V liegt, wird das Stück von 53 bis 54 im Echogramm schwarz geschrieben, entsprechend I6o in der Fig« 3· Hieran schließt sich, well das Schwarzniveau V unterschritten wird, ein graues Band I6d an.

Es sei nooh angemerkt, daß in dem Eohogramm der Fig. 3 innerhalb der Streifen 16b und I6d an sich nooh Nuanoierung vorhanden sind, die aber aus zeichnerischen Gründen nicht aufgenommen sind· Die erfindungsgemäfle Anzeige bietet also nooh Aussagen über die Bodenstruktur· Außerdem ist die Schwärzung 16ο am Ende der Bodenaufzeichnung eine Funktion der Reflexionseigenschaften des Bodens und damit ebenfalls seiner Struktur· Der Abstand dieser schwarzen,Linie bzw« Bandes 16ο innerhalb der Bodenaufzeichnung vom Beginn der Aufzeichnung des Bodenechoe vermittelt also zusätzliche Informationen, die ait den bisher üblichen Methoden nioht zu gewinnen sind«

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Die Kenntnis der Bodenstruktur ist sowohl für den Pang sonst nicht mehr erkennbarer Fischsorten, deren Vorkommen an eine bestimmte Bodenstruktur gebunden ist, wie auch für geologische Untersuchungen wertvoll*

Ein weiterer Torteil der Erfindung liegt noch darin, daß bei Seegang (Yertikalbewegung des Schiffes), die dunkle Fischanzeige 15b deutlich unterscheidbar in die hellere Bodenanzeige 16b hineingeschrieben wirdj die Unterscheidung Fisch/Boden wird also bei der Erfindung durch den Seegang nicht unterbunden, was aber bei einer Vorrichtung der Fall wäre, die zur Fisch- Bodentrennung eine schwarze Bodenkontur schreibt»

Nachfolgend wird in der Fig. 4 ein stärker detailliertes Ausführungsbeispiel dieses Teiles der Bcholoteinrichtung gezeigt· Zunächst sind sdhematisch mit 1a der Schwinger, mit 2a ein oftmals auch nicht vorgesehener Vorverstärker, mit 3& ein Teil des Hauptverstärkers entsprechend Rö 1 der Fig. 1 und mit 4a die Registriervorrichtung wiederholt eingezeichnet· Jb ist der restliche Teil des Hauptverstärkers, der ausführlich dargestellt ist.

Nachdem das elektrische Signal in dem Verstärkerteil Ja ausreichend spannungsverstärkt ist, wird es mittels der Dioden D.. und D« unter Spannungsverdopplung gleichgerichtet· C. ist ein Siebkondensator« Das derartig demodulierte Signal wird sodann durch doppelte Integration mittels der R-C-Glieder R₂, C₂ und R₅., C, geglättet und verzögert und gelangt schließlich an das Steuergitter der Endröhre Rö 5» Ihre einstellbare Gittervorspannung zur Festlegung ihres Arbeitspunktes wird aus einer an den Klemmen 30 des Trafos 35 anzuschließenden Wechsel-

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Spannungsquelleι einem nicht gezeichneten Bordnetzgerät, durch Gleichrichtung mittels der Diode D, und dem Siebkondensator C. gewonnen« Mittels des einstellbaren Spannungsteilers R., R- ist auch diese Vor» spannung einstellbar· Sie wird mittels C₁. nochmals gesiebt und gelangt über den Gitterableitwiderstand Rg oder über R/-¹ an das Steuergitter der Endröhre Rö 3»

Weiterhin ist parallel zum Steuergitter der Endröhre Rö 3 der Transistor Rö 4 gelegt« Er ist vom npn-Typ und liegt mit seinem Kollektor an der positiven Richtspannung des demodulierten elektrischen Signals bzw· am Steuergitter der Endröhre Rö 3 und mit seinem Emitter über dem Emitterwiderstand R₇ und dem Kondensator CL an ihrer Kathode« Der Transistor ist normalerweise gesperrt« Hierzu wird seiner Basis über den Widerstand R₇ * eine negative Gleichspannung zugeführt« Diese Diese wird aus demselben Transformator 3I durch Gleichrichtung mittels Diode D₇ und Siebkondensator C₇ gewonnen· Sie ist mittels des Potentiometers R- einstellbar» Die Zener-Diode Z begrenzt den Basisvorspannungs·

wert, damit der Parallel-Transistor Rö 4 einerseits geschützt ist und andererseits mit Sicherheit noch auf Echos anspricht« Die negative Vorspannung kann die Zenerspannung nicht überschreiten, bei entsprechender Einstellung von R₀ jedoch unterschreiten und schließlich zu Null

werden· Die Basis des Transietors ist nämlich auch durch die noch unverzögerten elektrischen Signale zu steuern« Hierzu ist eine Abzweigung 32 vor den zeitverzögernden R-G-Gliedern R_2> C„und R,, C, vorgesehen·

Die Wirkungsweise ist folgende« Übersteigt das im Punkte 32 abgezweigte elektrische Signal die durch die Zener-Diode Z bzw« Einstellung von R. festgelegte Steuervorspannung des Transistors Rö 4» so steuert der übersteigend· positive Teil den Transistor mehr oder weniger auf« Die

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Basisvorspannung ist mittels R₀ bzw, der Zener-Diode Z so groß ge-

wählt, daß nur das relatiy starke Bodeneohosignal, nicht aber das im Verhältnis erheblich schwächere Pisohechosignal diesen Sohwellwert zu übersteigen vermag. Hierdurch entsteht für die durchgehenden elektrischen Signale im Punkte 33 eine mehr oder weniger große Ableitung, so daß diese mehr oder weniger stark geschwächt werden· Zusätzlich sind diese durchgehenden elektrischen Signale so stark verzögert, daß diese Schwächung der Verstärkung zeitlich vorverlegt und schon zu Beginn des Bodenechos vorhanden ist und das Bodenecho von Anfang an trotz seiner ursprünglich gegenüber den Fischechos größeren Amplitude mit geringerer Amplitude an das Steuergitter von Rö 3 gelangt und demzufolge heller als die Fischechosignale geschrieben wird·

Fische werden im Gegensatz zum Boden als das für den Fischer subjektiv Interessante wenigstens dunkelgrau, vorzugsweise schwarz aufgezeiohne t. Das gilt auch für ganz dicht über dem Boden stehende Fische, so daß sich diese deutlich von dem helleren, grauen Boden abheben« Mit wieder abnehmender Amplitude des elektrischen Bodenechosignals nimmt nämlich die Schwärzung des Bodens wieder zu« Unterschreitet die Amplitude des Bodeneohos den Sohwellwert der Basisvorspannung, so wird der Transistor wieder sehr βohne11 gesperrt und der diesen Schwellwert unterschreitende Teil am Ende des Bodeneohosignals wird zunächst schwarz und dann wieder heller werdend geschrieben·

Die von der Steuerung des Traneistor» Rö 4 hervorgerufene Wirkung auf die Anzeige läßt sich vervielfachen, wenn man die'gleiche oder eine ähnlicht Anordnung auch für Vorstufen 3a vorsieht· In dem gezeichneten Aueführungsbeiepiel ist von einer anderen Högliohktit zur Verstärkung dieeer Wirkung Gebrauch gemaoht|.indem für die Bndröhre rö

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eine besonders steile Schaltung verwendet wird» die aber Gegenstand einer anderen Patentanmeldung ist·

Das Schirmgitter von Rö 5 ist einerseits über die Diode D₅ mit ihrer Anode und über den Kondensator CL«mit ihrer Kathode verbunden«» Der Widerstand R₁₀ begrenzt nur den Ladestrom für den Kondensator, wenn dieser bei gesperrter Rö 3 über die Diode D₁- von der Anodenbatterie B₁ aufgeladen wird« Der Widerstand R begrenzt den Schirmgitterstrom, im tJbernahmebereich und verhindert eine unerwünscht starke Entladung des Kondensators CL. Im ersten Moment bei einer Aufsteuerung von Rö 3 durch ein Fischecho fällt zwar durch den Spannungsabfall am Kathodenwiderstand R_q die für den Anodenstrom einer Triode maßgebliche Potential· differenz zwischen Anode und Kathode ab, aber durch den Kondensator CL wird zunächst das Schirmgitter auf konstantem Potential gegen Kathode gehalten, so daß keine Erniedrigung durch die Rückwirkung der Aufsteuerung zu verzeichnen ists Die Röhre arbeitet auf einer Pentodenkennlinie· Diese ändert sioh aber, für einen späteren Teil des Signals, da der Kondensator C' durch den Schirmgitterstrom mehr oder weniger entladen ist» Dadurch sinkt die Schirmgitterspannung, der Anodenstrom und -damit die Steilheit der Röhre«, Es wird hierdurch unterstützt, daß die am Ende des Bodenechos infolge des Schwellwertes wieder erscheinende nahezu schwarze Aufzeichnung.160 (Figo 3) so schwarz wie das Fisoheoho geschrieben wird, so daß es neben dem Fischecho als das . schwärzeste- Detail des ganzen Echogramms erscheint und aus der flächenhaften Aufzeichnung plastisch hervortritt«

Weiterhin kann der Fischer ganz nach Belieben die den Dynamikumfang erweiternden Teile zu« und abschalten· Hierzu ist in dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 der Sohalter S parallel zur Basis des Transistors Rö 4 angeordnet, wodurch dieser außer Funktion gesetzt werden kanni

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Ist der Schalter nach rechts gelegt bzw«, geschlossen, so erfolgt die Aufzeichnung in der üblichen Darstellung«

In weiterer Ausbildung erfolgt die Zu- und Abschaltung periodisch. Für einen Teil der Lotperioden, 2·Β» 20$, ist der Schalter S geschlossen und die Echos werden in üblicher Weise dargestellte Es können beispielsweise derart fünf Lotperioden geschrieben werden und darauf wird der Schalter S selbsttätig wieder geöffnet und verbleibt in dieser Stellung für 20 Lotperioden, um dann wieder selbsttätig für fünf Lotperioden geschlossen zu werden uswo Daduroh ergibt sich der Torteil einer verstärkten Informationι Selbsttätig abwechselnde Schreibweise und damit zwei Darstellungsarten lassen selbsttätig immer die für axe jeweilige Darstellungsart' günstigsten Objekte hervortreten, so daß insgesamt mehr Objekte erkennbar werden«.

Als Beispiel einer selbsttätig wirkenden Schaltanordnung ist in der Figur 4 im Registriergerät 4a ein Nockenschalter S¹ angeordnet, der beispielsweise von demselben Schrittschaltwerk 13& angetrieben wird« das das Registrierpapier nach jeder Lötperiode um wenigstens eine

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oder mehr' Strichbreiten gx fortschaltet» Durch die geometrischen Abmessungen des Schalters wie auoh durch die Zahl der Nocken34» sowie deren Breite läßt sich die Zahl der Lotperioden, für die der Schalter geschlossen ist, sowie das Verhältnis von "Auf" und "Zu" wählen» Der Schalter S¹ ist an die Stelle des Schalters S die Ansohlüsse a,b und a',1»' einander en.tsprea.hen_e

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist an unterschiedlichste Lotbedingungen leicht anpaßbar« Dies wird im folgenden erläutert» Zunächst ■ ■ ist der Parallel-Transistor mit seinen Schaltungsgliedern in der Figur

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gesondert herausgezeichnet· Zur Verallgemexnerung ist der Transistor mit Rö 5 bezeichnet· Die aus der Echospannung gewonnene positive Riohtspannung IL wird an den Schaltungspunkt 32' geführt und dem Schaltungspunkt 33'" entnommen» R₁₁ sind Verzögerungsglieder, die für den Transistor zunäohst nur einen Widerstand darstellen« Die Widerstände R₁₁ und R^t- bilden einen Spannungsteiler, so daß die tm Punkte 33' gemessene Ausgangsspannung U₂ entsprechend dem Teilerverhältnis R₁ */"&*-i+R-jc kleiner ist als TJ₁O Die Spannung U₂ wird, wie in der Figur V· beschrieben, einer Endstufe zugeführt* Der Transistor Rö 5» vom npn-Typ, wird durch eine negative Basisvorspannung TJ, über R₁, im Ruhezustand gesperrt j er stellt dann keine zusätzliche Belastung für R₁₁ dar· Mit zunehmender Eingangsspannung U₁ wird über R₁₂ das Potential an der Basis in positiver Richtung verschoben· Beim Überschreiten eines bestimmten Potentialwertes, der als Schwellwert wirkt, führt der Transistor etwas Strom; damit belastet er zusätzlich R₁₁, so daß die Spannung Up reduziert wird«» Da außerdem die Zeitverzögerung in R₁₁ wirksam ist, wird diese Reduzierung bereits so früh beim Bodenecho wirksam, daß es von seinem Anfang an nicht mehr schwarz wie die Fische geschrieben wird»

In Figur 6 ist U₂ in Abhängigkeit von U₁ dargestellt mit der Basisvorspannung U, als Parameter« Für das Fischecho ist die Kennlinie 36

wirksam· Nach Überschreiten des durch die Basisvorspannung U, einstell· baren Schwellwertes V. wird der Transistor immer weiter geöffnet·

Durch die Zeitverzögerung des zu schreibenden Signals gegenüber der Steuerspannung an crtr--3asi8 des Transistors kann das Bodensignal auf der Kennlinie 36 nur bis aum Punkteι 35 gelangen, weil dann die Öffnung des Transistors für die verzögerte Schreibspannung des Bodensignals

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wirksam wird. Die einer vollen Schwärzung des Papiers zugeordnete Ausgangsspannung V liegt aber oberhalbdes Punktes 35» so daß der Beginn des Bodens bereits grau und in jedem Falle heller als das Pisoheohö geschrieben wird·

Unter Bezugnahme auf Pig· 2 durchläuft der überwiegende Teil des Boden-

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echos B von 51 bis 53 reichend, den Kennlinienast 37 von links nach rechts bis zu einer dem Bodenmaximum zugeordneten Spannung V-, um dann umzukehren und auf dem Kennlinienast 37 nur bis zu einer der Schwell·· wertspannung T₁ entsprechenden Stelle zurückzulaufen, um dann auf die Kennlinie 36 überzuspringen und mit der dortigen Steilheit zunächst schwarz und dann bis weiß abfallend geschrieben zu werden»

Bei einer Basisvorspannung ti«, wird das Bodenmaximum entsprechend der Lage von T- mit einer mehr oder weniger großen Umgebung weiß geschriebene .-■.....-""■■ - ^: Λ . : ^;

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Je größer die Verzögerungszeit gewählt wird, desto tiefer liegt der Knickpunkt 35 für das Bodenechö und desto heller wird der Beginn des Bodenechos geschrieben· Bei konstanter, dem Punkt 35 entsprechenden Verzögerungszeit, wird das Bodeneoho ebenfalls dann heller geschrieben, wenn die Basiavorspannung U, von U- auf U-. erniedrigt wird* Es gilt dann der Kennlinienast 37'·

Der Emitterwideretand E^, bewirkt bei der *öffnung'des Traneistors HO eine Gegenkopplung, so daß der Innenwiderstand des Transietorg^rejsh*=—-gut linear mit dem Anstieg der positiven Eingangeipannung U. abnimmt· Eine weitere Öffnung des Traneistore bewirkt daher einen linearenAbfall 37 der Ausgangeepannung U. in Abhängigkeit von der Eingangsspan-

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nung TJ_-. β

Die zu schreibende Spannung U₂, die nach Verstärkung durch die" Endstufe am Schreibgriffel liegt, verläuft also bis zu einer einstellbaren Amplitude V₁ der Echospannung positiv proportionale Die Aufzeichnung nimmt mit zunehmender Eingangsspannung TL ebenfalls an Schwärzung zu, stellt also ein "Positiv" dar« Aber nach Überschreiten der zuvorgenannten Amplitude V.., dem Schwellwert, beginnt die zu schreibende Spannung U₂ mit einem tieferen Wert 55 und sodann fällt die Schwärzung trotz zunehmender Eingangsspannung Ü.monotoni die Aufzeichnung wird "invers" und stellt sich demgemäß als "Negativ" dar* Die Umschaltung der beiden Darstellungsarten erfolgt automatisch in Abhängigkeit von der Echoamplitude«

Die zusätzliche Darstellung als "Negativ" gestattet nunmehr auch dann noch*Amplitudenuntersohied der verstärkten Echospannung in der Anzeige als Schwärzungsunterschied zu erkennen, wenn infolge der steilen G-ra- ^ dation des Registrierpapiers, wegen der SchwärzungeSättigung, sonst keine Feinheiten mehr erkennbar wären₀ Damit wird - der Dynamikbereich ohne Verlust des Kontrastes vielfach vergrößert« Da außerdem eine Zeitverzögerung zwischen der Eingangsspannung U₁ und der Öffnung des Transistors besteht, tritt die inverse Schreibweise bereits kurz nach Be*· ginn des Bodenechosignals ein, so daß das Bodenechosignal die volle Schwärzung nicht erreicht und deshalb von Anfang an heller als die Fisohe geschrieben wird«

Die Steilheit des Abfallens nach dem auf dem Ast J6 an sich verschiebbaren Endpunktes 55 hängt von der Größe des Emitterwiderstandes R₁ . ab» In der Figur 7 ist bei konstanter Basisvorspannung U, die Ausgangs«

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■ Q η Q ft 9 /. A η 7 R /. \

spannung II« als Funktion der Eingangs spannung TJ.. und dem Emitterwid erstand R₁ - als Brameter aufgetragen« Mit folgendem Emitterwiderstand (R... -f-H>-_A1.f R„ . ) sind die für das Bodenecho wirksamen Kurvenäste ^x I4a\ 140 140

37»! 37b, 37c immer stärker fallend* Wird der Transistor so weit ausgesteuert» daß er vollkommen geöffnet ist, dann liegt der Emitterwiderstand R₁- direkt parallel zu R..,. und es ergeben sich erneut ansteigende Kurvenäste 38b, 38o_e Durch diesen Wiederanstieg wird der Schwärzungeumfang des Papiers erneut wirksam, so daß es duroh die Erfindung möglich ist, einen sehr großen Dynamikbereich der Eingangsspannung durch mehrfaches Durchlaufen bzw» durch mehrfache Ausnutzung des an sich sehr engen Schwärzungsumfanges des Papiers nuanciert wiederzugeben* 36 ist wie bisher der für die Fische wirksame Asto Es gehört also ebenso zur Erfindung, den fallenden 1st 37 (Figur 4) zur Wiedergabe des Bodenechos zu benutzen wie auch einen wieder ansteigenden Teil 38b, 38c der Verstärkerkennlinie (Figur 7)«

In weiterer Vervollkommnung der Erfindung wird die bevorzugte Benutzung des wieder ansteigenden Teiles verfolgte Hierbei ist es vorteilhaft, den Anstieg des Astes unabhängig von der Steilheit des Abfallens des Astes 37^» 37° zu machen_o In bevorzugter Ausführung ist letzterer möglichst steil zu wählen und den wieder ansteigenden Ast mit einem deutlich unterscheidbaren minderen Anstieg auszustatten.

Zur Durchführung sind in der Figur 8 die Elemente der Figur 5 erneut gezeichnet, nur mit dem Unterschied, daß der Widerstand R... von der Emitterseite auf die Kollektorseite des Transistors Rö 5 gelegt und mit R₁I bezeichnet ist· Dadurch ist jetzt bei der Steuerung des Transistors keine Gegenkopplung mehr wirkeamj der normalerweise durch U,

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gesperrte Transistor kann sehr schnell vollständig geöffnet werden,

es liegt dann praktisch, nur der Widerstand IL . parallel zum Ausgangswiderstand B₁,- und die Aus gangs spannung U₂ springt auf einen, dem Wert dieser Spannungsteilung entsprechenden kleineren Wert«

Bei weiterer Spannungszunähme von U₁ steigt auch die Ausgangsspannung Up weiter an, jedoch mit einer.geringeren Steilheit· Hierbei ist infolge des zeitverzögernden Gliedes R₁₁ und der Schwellwert bildenden •Vorspannung U, diese wieder ansteigende Verstärkung geringerer Steilheit nur für das Bodenechosignal und zwar bereits zu dessen Beginn so wirksam, daß in jedem Falle der Boden zum größten Teil heller als der Fisch geschrieben wird»

Die Wirkungsweise ist durch Darstellung der Kennlinie U₂ » f (U₁) in der Figur 9 nochmals veransähaulicht· Die Fischechosignale werden wie vorher auch, auf dem steil ansteigenden Ast 56 verstärkte Beim Überschreiten des Schwellwertes V₁ setzt sodann infolge des zeitverzögernden Gliedes R₁₁ der Kennlinienast 57d mit einem geringeren Spannungswert 55d für das Bodenechosignal eine Im Gegensatz zum schwarzen Fisch wird das Bodenechosignal bereits zu Beginn grau geschrieben. Wegen seiner sehr großen Steilheit wird der Ast 37d sehr schnell durchlaufen, so daß er praktisch nicht geschrieben wird· Es sind aber alle Über» gänge zwischen 57b (Fig. 7) und 37d möglich, so daß dieser Ast auch im Echogramm, wenn dies gewünscht wird, in Erscheinung treten kanne

Der Grauwert, mit dem die Bodenaufzeichnung beginnt, läßt sich durch die Größe der Zeitverzögerung wählen, beispielsweise auch während des Betriebs, indem zeitverzögernde Glieder einstellbar ausgebildet sind (z.B· R₂, R₅ in Figur 4)_f Wird di® Zeitverzögerung größer gewählt als es der Lage von 37<i in Figur 7 entspricht, rutsoht der Ast 35d zum

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Nullpunkt fund ergibt Z₀B* 37s*

Figur 10 zeigt eine Variante der Ausführung gemäß .Figur5 zur tief« schwarzen Aufzeichnung des Sendeimpulses als Nullmarke für die Tiefen»« skala des Echogramms* Üblicherweise wird ein Bruchteil des Sendeimpulses über den Empfangsverstärker gegeben und im Echogrämm als Nullmarke geschrieben (14 in Figur 1)« Bei einer Schaltung gemäß Figur 5 würde der Sendeimpuls wegen seiner großen Amplitude aber grau geschrieben werden· In einer Fortbildung der Erfindung wird deshalb für eine vorbestimmte Zeit die Einrichtung gemäß der Erfindung außer Betrieb gesetzte Hierzu wird in der Figur 10 Rö 5 durch einen zusätzlichen positiven Impuls am Emitter kurzzeitig gesperrt« Dadurch vermag ein positiver Echoimpuls an der Basis den Transistor nicht zu öffnen und der Nebenschluß kann trotz hoher Echosignalspannung U.. nioht wirksam werden» die Nullinie (14 in Figur 1) erscheint als dünne schwarze Linie im Echogramm«

Der positive Sperrimpuls für den Emitter kann dem Registriergerät 4^ai das auch Taktgeber für den nioht gezeichneten Sender ist, entnommen werdene Beispielsweise sitzt auf dem nioht leitenden, den nicht ge» zeichneten Schreibgriffel tragenden Riemen θ ein Kontaktstück 40, das mi-t: dem Riemen dauernd umlauft· Kommt dieses Kontaktstück 40 zwischen die beiden gehäusefesten Kontakte 41 und 42» so schließt es kurzzeitig für die Batterie B„ einen Stromkreis, wodurch ein positiver Impuls entsteht. Dieser wird einerseits zum Triggern des Generators 43 benutzt, der mit einem kurzen Wellenzug den Sendeschwinger 44 beaufschlagt und als Ultraschaliimpuls in das Wasser gegeben wird« Zusätzlich wird andererseits der Impuls an den Emitter von Rö 5 gelegt und sperrt den Transistor' fürdie Bauerdes Sendeimpulses·

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Sie !Erfindung iat nicht auf die gezeiohneten Ausführungebeispiele beschränkt _t insbesondere aind die einzelnen Merkmale nioht an die Ausfuhr ungs formen gebunden, bei denen sie erläutert sind· Die Erfindung ist auoh nioht auf Punkenduroheohlagpapier beschränkt, sondern bei jeder Art τοη elektrisch empfindlichen Papier vorteilhaft verwendbar, z«B· auch bei elektrolytisch arbeitenden nassen Papieren, weil alle diese Aufzeichnungsträger einen Gradationsumfang besitzen, der erh&Lich kleiner ist als der Dynamikumfang der einfallenden Signale*

Auoh ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen nioht auf schreibende Registriergeräte beschränkt, sondern ergeben beispielsweise auoh bei Kathodenstrahlröhren Vorteile· Bei diesen würden zu große Amplituden des Bodens über den Sohirmrand. hinausreichen, wenn man die Verstärkung für die Fischechoe groß genug einstellt· Durch die Erfindung findet aber eine Umkehrung oder.eine entsprechende Reduzierung der Gröffenverhältnisse von Pisoh- und Bodenechos statt, so daß das Bodeneoho mit geringerer Auslenkung angezeigt werden kann als das Fischecho, deshalb nicht mehr über den Schirmrand hinausreichen kann und trotzdem nooh Details zur Beurteilung seiner Struktur beinhaltet·

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Claims

*Π Kiel , den 26. November I965

1IW29

Patentansprüche

Verfahren zur Erweiterung des Dynamikumfanges von Unterwasserschall- Auf zeichnungen auf stromempfindlichem Papier, g e -kennzeichnet durch eine elektrische, zeitliche Verzögerung des empfangenen und in elektrische Signale umgewandelten Unterwasserschallsignals, ferner durch die Steuerung dieser verzögerten elektrischen Signale durch einen abzuzweigenden Teil der noch unverzögerten Signale, dessen Amplitude einen vorgegebenen Wert übersteigt und schließlich durch die Steuerung auf geringere, aber noch mit unterschiedlicher Schwärzung schreibbare Amplitudenwerte.. ;■ "^: .■'■", ^; - ■■.. " "; ..; "

2. Unterwasserschalleinrichtung mit einem elektronischen Verstärker und einem Registriergerät für stromempfindliches Papier zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruoh 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Verzögerungsgliedes im Zuge des Verstärkers« ferner durch die Anordnung eines steuerbaren, elektronischen Parallelwiderstandes zwischen Verzögerungsglied und Registriergerät, und schließlich durch die Anordnung von Schwellwert bildenden Mitteln für die Steuerspannung des Parallelwiderstandes und einer Dimeneionierung des steuerbaren« elektronischen Parallelwideretandee derart« daß die von der Steuerung des Parallelwiderstand·« beeinflußten elektrischen Signale in ihrem weiteren Verlauf noch mit unterschiedlicher Schwärzung geschrieben werden·

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch «in· derartig· Bemessung d·· Verzögerungsglied«·, daß die Infolg· der Schwellwert

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bildenden Mittel verzögert einsetzende Steuerung des Parallelwiderstand*· höchstens ausgeglichen wird.

Jf. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Transistors als Parallelwiderstand mit einem so begrenzten Steuerbereich des Widerstandswertes» daß bei der Steuerung die elektrischen Signale noch mit unterschiedlicher Schwärzung geschrieben werden.

5« Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anordnung wenigstens eines ohmseheη Widerstandes in Serie mit dem Transistor.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» gekennzeichnet duroh die Bemessung der Verzögerungszeit und der Kennlinie des Parallelwiderstandswertes derart, daß die elektrischen Signale nach Öffnen des Parallelwideratandes alt einer alt zunehmender Amplitude abnehmenden Spannung geschrieben werden (37)·

7. Einrichtung naoh Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Bemessung des Steuerbereiches des Parallelwiderstandswertes derart, daß mit weiter zunehmender Amplitude die Schrelbspannung wieder zunimmt (38'b, 38'c).

8. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet duroh die Verwendung de· Parallel-Transistor· als Schalter für einen ohmschen Parallelwiderstand (Η· κ).

9* Einrichtung naoh Anspruch 5 und 8, gekennzeichnet durch die Wahl einer so großen ZeitYerzögerung und die Wahl eine· so großen durch den Transistor geschalteten ohmschen Widerstandes (R¹ ₁ ^), daß die

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elektrischen Signal· nach dem Schalten in ihrer Amplitude sprunghaft herabgesetzt und dann mit einer mit zunehmender Amplitude zunehmenden Schwärzung geeohrleben «erden»

10. Einrichtung nach eines der Torhergehenden Aneprüche, gekennzelch·" net durch die zusätzliche Verwendung einer Endpentode, deren Schirmgitter mittels einer Diode alt ihrer Anode und mittels eines Kondensators mit ihrer Kathode verbunden ist·

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche_f gekennzeichnet durch die zu- und abschaltbare Ausbildung von Einrichtung*- teilen, die den Dynamikumfang erweitern.

12. Einrichtung nach Anspruch 12« gekennzeichnet durch die Ausbildung zur selbsttätigen periodischen Abschaltung für einen Teil der Lotperioden.

13· Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Sperrung des Parallelwiderstandes für die Dauer des Sendelmpulees.

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Le e rs eι te