DE1523144B2 - ARRANGEMENT FOR COMPENSATION OF FLUCTUATIONS IN SOUND SPEED IN WATER IN WATER SOUND DEVICES USING THE DOPPLER PRINCIPLE - Google Patents

ARRANGEMENT FOR COMPENSATION OF FLUCTUATIONS IN SOUND SPEED IN WATER IN WATER SOUND DEVICES USING THE DOPPLER PRINCIPLE

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DE1523144B2
DE1523144B2 DE19641523144 DE1523144A DE1523144B2 DE 1523144 B2 DE1523144 B2 DE 1523144B2 DE 19641523144 DE19641523144 DE 19641523144 DE 1523144 A DE1523144 A DE 1523144A DE 1523144 B2 DE1523144 B2 DE 1523144B2
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Heinz Dr phil 2800 Lihenthal G05b 6 02 Thiede
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Fried Krupp GmbH, 4300 Essen
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    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

3 43 4

Schiffsboden und Grund oder in sonst geeigneter Man errechnet eine mittlere Wellenlänge von λ Tiefe geschleppt wird. Das bietet insbesondere bei = 14,65 mm und erhält für 2 λ einen Abstand zwistarken Temperaturgradienten den Vorteil, daß ein sehen Sender S und Empfänger E von 29,3 mm. Diebesserer Kompensationswert als in Oberflächennähe ser Abstand wird fest eingestellt. Die in F i g. 1 nicht erzielt und bei unterschiedlicher Schallgeschwindig- 5 gezeigte mechanische Halterung wird dazu aus einem keit über der Meßstrecke des Schallogs der Schall- Material hergestellt, das im Temperaturbereich zwigeschwindigkeits-Mittelwert benutzt wird. sehen 0 und 30° C nur eine Ausdehnung von unterin der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des geordneter Bedeutung aufweist.Ship bottom and bottom or in any other suitable way a mean wavelength of λ depth is calculated. This provides mm especially at = 14.65 and receive for 2 λ a distance zwistarken temperature gradient the advantage that a see sender S and receiver E of 29.3 mm. The better compensation value than near the surface this distance is fixed. The in F i g. 1 not achieved and at different sound speeds 5 shown mechanical holder is made from a speed over the measurement section of the sound log of the sound material, which is used in the temperature range between speed mean value. see 0 and 30 ° C only an expansion of below in the drawing are exemplary embodiments of the orderly meaning.

Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Der Bandpaß BP ist so ausgelegt, daß sich eineSubject of the invention shown, namely shows the bandpass filter BP is designed so that a

F i g. 1 einen Konstant-2-Generator in einer ersten io Begrenzung der sich erregenden Eigenfrequenzen aufF i g. 1 a constant 2 generator in a first io limitation of the exciting natural frequencies

Ausführung, den Frequenzbereich von /s = 95 bis 105 kHz ergibt.Execution that results in a frequency range of / s = 95 to 105 kHz.

F i g. 2 einen Konstant-2-Generator in anderer Um zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten desF i g. 2 a constant-2 generator in another To avoid excessive flow velocities of the

Ausführung. Wassers W in der Meßstrecke M zu vermeiden, ge-Execution. To avoid water W in the measuring section M,

In der Meßstrecke M der F i g. 1 wird ein Schwin- nügt es, letztere in einem Beipaß anzuordnen,In the measurement section M of FIG. 1 becomes a Schwin- it is sufficient to arrange the latter in a bypass,

ger als Sender S erregt. Im Abstand 15 Es ist nicht unbedingt nötig, wie in diesem Zahlenbeispiel angenommen, den Abstand der Meßstrecke Mger than transmitter S excited. In the distance 15 It is not absolutely necessary, as assumed in this numerical example, the distance of the measuring section M

. _ 2 3 _ 4 A. gleich vier halben Wellenlängen zu wählen; man. _ 2 3 _ 4 A. to choose four half wavelengths; man

2 kann auch mehr oder weniger — allgemein η 2 can also be more or less - generally η -

halbe Wellenlängen wählen, jedoch höchstens sochoose half wavelengths, but at most so

ist ortsfest ein Wandler als Empfänger E angeordnet, 20 viele, daß der Wert 100/λι nicht kleiner wird als dera transducer is fixedly arranged as a receiver E , 20 many that the value 100 / λι is not smaller than that

der an einen Verstärker V mit nachfolgendem Band- Prozentsatz der Änderung der Schallgeschwindig-to an amplifier V with the following band percentage of the change in the sound velocity

Ih paß BP angeschlossen ist. Der Bandpaß BP sorgt keitc. Your passport is connected to BP. The bandpass filter BP ensures keitc.

* dafür, daß sich die Sendefrequenz /s nur in solchen An Stelle des Empfängers £ in F i g. 1 kann als * for the fact that the transmission frequency / s is only in such Instead of the receiver £ in F i g. 1 can be used as

Eigenfrequenzen erregen kann, die den vorkommen- Begrenzung der Meßstrecke M auch ein ReflektorCan excite natural frequencies that occur- limiting the measuring section M also a reflector

den Bereich der Schallgeschwindigkeit c überdecken. 25 RE benutzt werden, wobei die Erregung des Sen-cover the range of the speed of sound c. 25 RE can be used, whereby the excitation of the

Hinter dem Bandpaß BP folgt eine Röhre R mit an- ders S in der an sich bekannten Weise nach F i g. 2 Behind the bandpass filter BP follows a tube R with another S in the manner known per se according to FIG. 2

geschlossenem Transformator TR, über dessen Aus- erfolgt; hierin ist als Beispiel ein magnetostriktiverclosed transformer TR, via whose output takes place; here is a magnetostrictive one as an example

gang die Sendefrequenz /s zur Erregung des Echo- Wandler MW gewählt.gang selected the transmission frequency / s for exciting the echo converter MW .

signalsenders einerseits und zur Rückführung auf den Unter Ausnutzung der Impedanz des Wassers W, signal transmitter on the one hand and for tracing back to the taking advantage of the impedance of the water W,

Sender S andererseits ausgekoppelt werden. 30 .. - r. . j-mrfw 171*1-· λTransmitter S on the other hand are decoupled. 30 .. - r . . j-mrfw 171 * 1- · λ

Ein Zahlenbeispiel erläutert die Arbeitsweise der dxe fur Eigenwerterregung der Meßstrecke M bei η · y A numerical example explains the mode of operation of the dxe for eigenvalue excitation of the measuring section M at η · y

Vorrichtung näher. durch Z —=>- 00 gekennzeichnet ist, wird eine RückSoll ζ. B. eine Sendefrequenz /s im Bereich von kopplungsschaltung unter Zwischenschaltung eines 100 kHz gewählt werden und ist ein Bereich der Bandpasses BP aufgebaut, die so arbeitet, daß sichDevice closer. is marked by Z - => - 00, a return setpoint ζ. B. a transmission frequency / s in the range of coupling circuit can be selected with the interposition of a 100 kHz and a range of the bandpass filter BP is built up, which works so that

Schallgeschwindigkeit c von 1400 bis 1530 m/s im 35 eine ganzzahlige Anzahl von stehenden A-WellenzügenSpeed of sound c from 1400 to 1530 m / s in 35 an integral number of standing A-wave trains

Wasser W zu erwarten, so bedeutet das eine Zuord- & β 2 b To expect water W , this means an assignment & β 2 b

nung von 1465 m/s + 4,5 °/o zu 100 kHz + 4,5 %. als Eigenwert aufbaut.Acceleration from 1465 m / s + 4.5% to 100 kHz + 4.5%. builds up as an eigenvalue.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

1 2 ■ Sendefrequenz Meßfehler ·νρη ±4,5 Vo um einen Patentansprüche: Mittelwert auftreten können. , : .. .■■■„· Man hat deshalb Einrichtungen gebaut, die mit1 2 ■ Transmission frequency measurement error · νρη ± 4.5 Vo around a patent claim: mean value can occur. ,: ... ■■■ “· That is why facilities were built that with 1. Anordnung zur Kompensation von Schwan- Temperaturfühlern den Einfluß der Temperatur auf kungen der Schallgeschwindigkeit im Wasser in 5 die Schallgeschwindigkeit berücksichtigen. Diese das Doppler-Prinzip, insbesondere zur Messung Vorrichtungen sind aber bedienungs- und schaltungsdes Weges und/oder der Geschwindigkeit von technisch aufwendig und befriedigen im praktischen Wasserfahrzeugen, ausnutzenden Wasserschall- Einsatz nicht.1. Arrangement for the compensation of Schwan temperature sensors the influence of the temperature the speed of sound in water in 5 consider the speed of sound. These the Doppler principle, especially for measuring devices, however, are operating and circuitry Path and / or speed of technically complex and satisfying in practice Watercraft, not exploiting water-borne use. geräten, die einen ins freie Wasser strahlenden Es sind auch schon Einrichtungen bekanntgewor-Echosignalsender, einen die reflektierten Wellen io den, die ohne Temperaturfühler arbeiten und bei aufnehmenden Empfänger und ein die Differenz denen statt dessen mit einem Schallausbreitungszwischen Sende- und Empfangsfrequenz bestim- Meßsystem im Außenwasser als Führungsgröße für mendes Meßgerät enthalten, mit einer eine vom eine Kompensationsschaltung (USA.-Patentschrift Wasser durchfluteten festen Meßstrecke enthal- 2 841775) bzw. mit einer Störaufschaltung für den tenden Anordnung zum Erfassen der jeweiligen 15 Regelkreis (deutsche Auslegeschrift 1094 471) gear-Schallgeschwindigkeit und zur Korrektur der beitet wird, um in die Doppler-Meßwerte eine Kor-Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, rekturgröße einzuführen bzw. um die zum Messen daß die Korrekturauordnung in an sich bekannter benutzte Schallfrequenz zu ändern. Auch diese Lo-Weise als Konstant-A-Generator ausgebildet ist, sungen stellen jedoch vor allem wegen des erforderder die Sendefrequenz (/s) des Echosignalsenders 20 liehen schaltungstechnischen Aufwandes keinen bebestimmt, friedigenden Ausweg zum Umgehen der vorhandenenDevices that radiate into the open water There are already facilities known Gewor echo signal transmitter, one the reflected waves io that work without temperature sensor and with the receiving receiver and the difference instead of which with a sound propagation between the transmitting and receiving frequency determin- measuring system in the Outside water included as a reference variable for mendes measuring device, with a fixed measuring section flooded by a compensation circuit (USA patent specification water) or with an interference switch for the tendency arrangement for detecting the respective control circuit (German Auslegeschrift 1094 471) gear -Sound velocity and for correction which is used to introduce a correction variable into the Doppler measured values, characterized in that the correction order is changed to a known sound frequency. These Lo-way is formed as a constant-A-generator solutions, however, provide mainly because of erforderder the transmission frequency (/ sec) of the echo signal transmitter 20 loan outlay on circuitry not bebestimmt, friedigenden way to bypass the existing 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- meßtechnischen Probleme dar.2. Arrangement according to claim 1, which poses technical measurement problems. kennzeichnet, daß zwischen denKonstant-A-Gene- Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnisindicates that between the constant-A genes- The present invention is based on the finding rator und den Echosignalsender ein Frequenz- aus, daß man schaltungstechnischen Aufwand ververvielfacher oder Frequenzuntersetzer geschal- 25 meiden kann, wenn man den Kehrwert des für Dopp-rator and the echo signal transmitter a frequency from that one multiplies circuit complexity or frequency scaler, if one uses the reciprocal of the double tet ist. lermessungen kritischen Quotienten fs/c, also dieis tet. lermessungen critical quotient f s / c, so the 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- Wellenlänge λ des für die Dppplermessung ausgedurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke (M) in strahlten Schalles, als konstante Führungsgröße eines einem absenkbaren Schleppgerät angebracht ist. Frequenz-Regelkreises heranzieht, in welchem sich3. Arrangement according to claim 1 or 2, because the wavelength λ of the Dppplermessung expressed by that the measurement section (M) is attached in radiated sound, as a constant reference variable of a towing device that can be lowered. Frequency control loop, in which 30 die Sendefrequenz in Abhängigkeit von den tatsächlichen Schallgeschwindigkeiten im Übertragungs-30 the transmission frequency as a function of the actual speed of sound in the transmission ; medium, d. h. im Meer- bzw. Flußwasser, ändert.; medium, d. H. in sea or river water. Dazu wird die Technik des in der Luftfahrt-Meßtechnik zur Messung der Luft-StrömungsgeschwindigkeitFor this purpose, the technology used in aviation measurement technology is used to measure the air flow velocity Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korn-, 35 an sich bekannten Konstant-A-Generators für die pensation von Schwankungen der Schallgeschwiridig- Dopplermessung durch Wasser als demUbertragungskeit im Wasser in das Doppler-Prinzip, insbesondere medium für die Bewegungsbestimmung über Grund zur Messung des Weges und/oder der Geschwindig- dienstbar gemacht.The invention relates to an arrangement for grain, 35 known constant A generator for the compensation of fluctuations in the sound velocity - Doppler measurement by water as the transferability in the water in the Doppler principle, especially a medium for determining movement over the ground made serviceable for measuring the distance and / or the speed. keit von Wasserfahrzeugen, ausnutzenden Wasser- Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daßability of watercraft, exploiting water This is done according to the invention in that schallgeräten, die einen ins freie Wasser strahlenden 40 die Korrekturanordnung in an sich bekannter Weise Echosignalsender, einen die reflektierten Wellen auf- als Konstant-A-Generator ausgebildet ist, der die nehmenden Empfänger und ein die Differenz zwi- Sendefrequenz des Echosignalsenders bestimmt,
sehen Sende- und Empfangsfrequenz bestimmendes Die feste Meßstrecke wird dabei von demjenigen
sound devices that emit an echo signal transmitter that radiates into the open water 40 the correction arrangement in a manner known per se, one of the reflected waves is designed as a constant A generator that determines the receiving receiver and the difference between the transmission frequency of the echo signal transmitter,
see transmit and receive frequency determining the fixed measuring section is from the one
Meßgerät enthalten, mit einer eine vom Wasser Wasser durchflutet, in dem das Doppler-Prinzip zur durchfluteten festen Meßstrecke enthaltenden Anord- 45 Messung benutzt wird, während derKonstant-A-Genenung zum Erfassen der jeweiligen Schallgeschwindig- rator aus zwei temperaturunabhängig fest angeordkeit und zur Korrektur der Meßwerte. neten Schallwandlern als Resonanzstrecke mit stehen-Measuring device included, with a one flooded with water, in which the Doppler principle is used for the flooded fixed measuring section containing the 45 measurement, while the constant A generation for recording the respective sound velocity from two temperature-independent fixed arrangement and for correction of the measured values. ne t en transducers as a resonance section with stand- Es ist bekannt, mit einem sogenannten Doppler- den Wellen von einer oder mehreren halben Wellen-Schallog Weg und Geschwindigkeit eines Schiffes auf längen besteht und nach ebenfalls an sich bekannter Grund zu messen, wobei der Weg als Zeitintegral der 50 Weise (vgl. deutsches Patent 811 965) eines sich Geschwindigkeit gewonnen wird. Die mathematische selbst erregenden Systems arbeitet.
Analyse der zur Bestimmung der Geschwindigkeit Die so gewonnene Sendefrequenz kann man aber
It is known to use a so-called Doppler wave of one or more half-wave sound logs to measure the path and speed of a ship for a length of time and based on a known reason, with the path being the time integral of the 50 wise (cf. German patent 811 965) a speed is gained. The mathematical self-excitatory system works.
Analysis of the speed used to determine the transmission frequency obtained in this way can, however
herangezogenen Frequenzabweichung der Empfangs- auch zunächst auf einen dem Konstant-2-Generator frequenz von der Sendefrequenz zeigt, daß dieser nachgeschalteten Frequenzvervielfacher oder -unter-Wert der Frequenzabweichung Af nicht nur der Ge- 55 setzer schalten, ehe die dann daraus resultierende schwindigkeit ν des Wasserfahrzeuges selbst, sondern Frequenz den Echosignalsender erregt. Man wird auch der Sendefrequenz /s und dem Kehrwert der diesen Weg insbesondere dann vorziehen, wenn die Schallgeschwindigkeit c im Wasser proportional ist, Anordnung des akustischen Teiles der VorrichtungThe frequency deviation of the received frequency used also initially on a constant-2 generator frequency from the transmit frequency shows that this downstream frequency multiplier or lower value of the frequency deviation Af is not only switched by the setter before the resulting speed ν des Watercraft itself, but frequency excited the echo signal transmitter. The acoustic part of the device is also preferred to the transmission frequency / s and the reciprocal of this path, especially when the speed of sound c in water is proportional ; ■■ ; · · ; ■ zur Kompensation von Schwankungen der Schall-; ■■ ; · ·; ■ to compensate for fluctuations in the sound ^j L./ 6° geschwindigkeit im Wasser, die sich nach den Ein- ^ j L. / 6 ° speed in the water, which changes after the entry c s' baüniöglichkeiten am Wasserfahrzeug richten muß,c s ' must set up construction options on the watercraft, eine akustische Beeinflussung des Empfängers für diean acoustic influence on the receiver for the Nun schwankt der Wert der Schallgeschwindigkeit Messung nach dem Doppler-Prinzip befürchten läßt, bekanntlich in Abhängigkeit von Temperatur und Die beschriebene Vorrichtung läßt sich auch inNow the value of the speed of sound fluctuates according to the Doppler principle. is known as a function of temperature and The device described can also be used in Salzgehalt des Wassers. So können beispielsweise 65 einer Meßstrecke anwenden, deren Konstant-A-Gene-Schallgeschwindigkeiten zwischen c = 1400 m/s und rator nicht unmittelbar am Wasserfahrzeug ange- c — 1530 m/s auftreten, je nach Jahreszeit und Salz- bracht ist, sondern in einem absenkbaren Schleppgehalt. Das bedeutet, daß bei konstantgehaltener gerät angeordnet ist, das etwa in der Mitte zwischenSalinity of the water. Thus, a measuring section, for example, 65 apply, the constant-A-Gene-sound velocities reasonable between c = 1400 m / s and not rator directly on the watercraft c - 1530 m / s occur, is introduced according to the season and salt, but in a lowerable drag level. This means that when the device is kept constant, it is roughly in the middle between
DE19641523144 1964-11-03 1964-11-03 Arrangement for the compensation of fluctuations in the speed of sound in water in water-borne sound devices using the Doppler principle Expired DE1523144C (en)

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DE1523144A1 DE1523144A1 (en) 1970-01-02
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3538964A1 (en) * 1985-11-02 1987-05-14 Swf Auto Electric Gmbh Device for measuring distance, particularly for motor vehicles
DE4215438C1 (en) * 1992-05-11 1993-06-03 Pil Sensoren Gmbh, 6454 Bruchkoebel, De Temp. compensation system for sound wave propagation distance measurements - using capacitor charging source or discharge circuit having temp. coefft. compensating temp. dependence of propagation time

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