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Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung der Reichweite einer Unterwasserlotung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Vergrößerung
der Reichweite einer Unterwasserlotung. Bei diesen Lotungen wird ein impulsförmiger
Schallwellenzug ins Wasser gesandt, zum Teil von Unterwasserobjekten als Echo reflektiers,
in elektrische, impulsfönaige Wechselspannungssignale umgesetzt und selektiv verstärkt.
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Die Reichweite dieser Echolotungen ist relativ kurz. Dies liegt darin
begründet, daß der Raumwinkel, unter dem ein Nutzobjekt angestrahlt wird, mit der
Entfernung abnimmt, dies dagegen bei der Gesamtheit der Störobjekte nicht der Fall
ist. Dadurch nimnt eas Amplitudenverhältnis der Nutzechosignale zu den Störnsignalen,
das Nutz-Stör-Verhältnis, sehr schnell ab und die Reichweite wird dadurch begrenzt,
daß das Nutzechosignal nicht mehr in den Störszhesignalens erkennbar ist.
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Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die Reichweite der
Echolotung mit möglichst einfachen Mitteln zu vergrößern. an sich ist es für eine
Reichweitenvergrößerung bekannt, die Bündelung der Richtcharakteristik der benutzten
Wandler zu vergrößere, das heißt den Raumwinkel zu verkleinern, unter dem Schall
unter Wasser abgestrahlt und empfangen wird. Eine schärfere Bündelung durch Heraufsetzen
der Schallfrequenz muß hierbei ausscheiden,
weil durch Umwandlung
der Schallenergie in Wärme und durch Streuung für die Schallausbreitung im Wasser
eine Dämpfung resultiert, die mit steigender Frequenz schnell wächst. Es gibt weiter
die Möglichkeit, durch größere Wandler die Bündelung zu verbessern. Große Wandler
sind aber teuer, auch dadurch, daß sie große schwenk- und neigbare Halterungen und
Hüllkörper benötigen. Ferner muß ein scharf gebündelter Schallstrahl durch Kreisel
zum Ausgleich der Roll-und Stampfbewegungen des Schiffes anchgesteurert werden,
damit das Ziel nicht aus dem Schallstahl auswandert. Zwar läßt sich die Reichweite
durch Erniedrigung der Schallfrequenz erhöhen, aber hierin liegt kein Ausweg, weil
dadurch für eine ausreichende Bündelung noch größere, schwerere und teurere Schaliwandler
benötigt werden, wächst doch das Gewicht eines Schallwandlers bei gegebener Bündelung
annähernd umgekehrt mit der dritten Potenz der Frequenz.
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Die Lösung für eine einfache Reichweitenverbesserung sieht die Erfindung
deshalb-in einem elektrischen Verfahren, indem während der Laufzeit der Schallwellen
im Wasser eine selbsttätige Vermit stellung der Bandbreite der selektiven Verstärkung
sE einem gegen sunde der Laufzeit minimalen Wert vorzunehmen ist.
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Hierdurch wird erreicht, daß ein Nutzecho jenseits der normalen Reichweite
durch die selbsttätig verringerte Bandbreite bei seiner Ankunft immer einen Verstärker
vorfindet, der das normalerweise nicht mehr auswertbare Nutzecho gegenüber den Stör-Echos
bevorzugt verstärkt dadurch noch etwas von den Stör-Echos abhebt und somit die Reichweite
vergrößert. Die Durchführung solcher selbsttätigen Regelungen @@@@@@@@ in alxlehnung
an die Lehren der elektrischen
Rsgelschaltungen mittels Regel spannungen,
die je nach Beginn und Form ihres zeitlidhen Verlaufes innerhalb.der Lotperiode
unterschiedliche Vorteile ergeben.
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In einer weitergebildeten Lösung erfolgt die selbsttätige Bandbreitenregelung
mittels einer Steuerspannung, die in Abhängigkeit von einem der Lotperiode zugeordneten
Zeitprogramm in ihrer amplitude veränderlich ist, und während der Laufzeit der Schallwellen
im Wasser die Bandbreite der selektiven Verstärkung von einem maxImalen Wert am
Anfand der Laufzeit zu einem minimalen Wert am Ende der Laufzeit selbsttätig verstellt.
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Es ist zwar bekannt (DAS 1.019.939), zur Verbesserung des Echo empfanges
den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers durch eine aus der Echospannung abgeleitete
Regelspannung automatisch. an die Größe der einfallenden Echoam, plituden anzupassen,
so daß selbstätig ein ausgleich für die mit der Entfernung abnehmente Echoamplitude
vorgenommen wird. In die gleiche wichtung zielt eine von der Echospannung unabhängige
Regelspannung für den Verstärkungsgrad, durch die dieser nach einem festen Zeitprogramm
während des Ablaufens der Lotperiode vergrößert wird. Diese Maßnahmen verhindern
zwar eine Übersteuerung des Empfangsverstärkers, verbessern dadurch den Empfang
der Echos, vermögen aber nicht die Reichweite zu vergrößern.
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Durch die erfindungsgemäße zeitabhängige, selbsttätige Regelung der
Bandbreite werden zwei an sich gegensinnige Forcerungen für ie ganze Kotperiode
optimal erfüllt. Zur Erzielung einer optimalen auf lösung der Aufzeichnung der impulsförmigen
cos ist ele möglichst große Bandbreite anzustreben, damit die Einschwingungsvorgänge
nicht
zu einer Verfälschung führen. Bisher war mit einer festen
mittleren Bandbreite gearbeitet wcrden, durch die ein Teil der Information verlorenging
und trotzdem nicht die größtmögliche Reichweite erzielt wurde. Bei der Erfindung
dagegen steht die für eine sehr gute Auflösung benötigte große Bandbreite für Echosignale
aus geringeren Entfernungen voll zur Verfügung. Diese für die Auflösung optimale
Bandbreite wird erst für Echosignale aus zunehmender Entfernung verlassen und für
die schwachen Echosignale aus großen Entfernungen ist die Bandbreite selbsttätig
so schmal wie möglich geworden. Dadurch geht zwar die iuflösung zurück, aber das
Nutz-Stör-Verhältnis wird angehoben und damit die Reichweite verbessert.
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Bewußt wird davon ausgegangen, in großen Entfernungen liefer überhaupt
ein Signal zu empfangen, wenn es auch einen geringeren Aussagewert hat, als gar
keines. Darüber hinaus wird durch die utomatik sichergestellt, daß die Verringerung
der Luflösung flur so weit getrieben wird, wie es für die Reichweitenverbesserung
unbedringt notwendig ist. Es stillt sich selbsttätig für Jede Entfernung ein opteimales
Verhältnis zwischen Auflösung und Reichweite her.
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Als weiterer vorteil ist noch die Ausnutzung der Beziehung (Pentoden-)
Verstärkung x Bandbreite = constant bei einem selektiven Verstarker zu werten, durch
Üle eine mit wachsender Entfernung zumhmende Empfindlichkeit des Verstärkers bei
Anwendung der Erfindung resultiert. Dadurch wird die eingangs geschilderte Regelung
des Verstärkangs grwaes (Dynamik-negelung0 nach einer Zeitfunktion durch andere
Mistel ersetzt cder unterstützt.
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In einer Weiteren Losung erfolgt die Verwendung der elektrischen Echo-Signale
für gei während der laufzeit der Schallwellen ins Wasser vorzunehmende selbsttätige
Vers tellunC der Bandbreite dc-r
selektiven Verstärkung von einem
minimalen Wert bei der Echo-Signal-Amplitude Null zu einem mit wachsender Echo-Amplitude
zunehmened Wert.
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Diese Maßnahme bewirkt bereits für sich allein eine Vergrößerung
der Reichweite. Es wird die für elne maximale Reichweite vorteilhatte, für die Echoauflösung
nachteilige minimale Bandbreite selbsttaeig immer nur so viel verlassen, wie ein
für die Wiedergabe ausreichendes Echo zur Verfügung steht. Dadurch ergibt sich eine
dem Lotobjekt selbst zugeordnete Bandbreite, so daß gut reflektierende Objekte in
großen Entfernungen mit einer für die Erkennung von Details vorteilhaften großen
Bandbreite wiedergegeben werden, benachbarte, schlecht reflektierende Objekte trotzdem
nicht im Störpegel untergehen Diese Vorteile ergeben sich in verstärktem Maße in
Verbindung mit der der Schall-Laufzeit zugeordneten selbsttatigen Bandbrreitenregelung.
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Die Durchführtn der erfinungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise
mit einem 5-elektiven Echolot-Empfangsverstärker, der auf die Frequenz von unter
wasser ausgesandten Schallwellen abgestimmt und gekenn:eichnet ist durch eine Serien-
oder parallel Snordnung eines elektronischen oder elektrischen Steuer- oder Schaltgliedes
zu einem Schwingkreis oder einem Schwingkreisteil für eine Bandbrei tenregelung,
ferner der Anordnung eines Impulsformers in dem Emprangsverstärker zur Gewinnung
einer der Lotperio-de zugeordne ten Steuerspannung aus einem Tnktgeber für die Anslösung
des Sendeimpulses der Encholotung und schließlich der beaufschlagung des Steuer-
oder Schaltgliedes für die Bandbreiter durch diese Steuerspannung und/oder druch
die Echo- Signalspannung für eine
selisttätige Bandbreitneregelung.
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Ausführungssbeispiele sollen an Hand der Beigefügten Zeichnungen erläutert
werden.
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Bs zeigern: Pig. 1 u. 2: eine Zuordnung von Bandbreite und Lotperiode,
Fig. 3 u. 4: Resonnanzkurven veränderlicher Bandbreite von Schwirgkreisen aes Selektivverstärkers,
Fig. 5: eine Echoloteinreichtung nach der Erfindung,
Fig. 6: Kupplung
der Bandbreite mit dem Bereichsumsohalter, Fig. 7 u. 8a: schwingkreisverstimmendes
Ausführungsbeispiel, Fig. 8b u. c: bedämpfendes und Fig. 9: entdämpfendes Ausführungsbeispiel
mit Fig. 10: als Abwandlung zu Fig. 9, Fig. 11: bedämpfende Ausführung mit Doppelweggleichrichtung,
Fig. 12/ bedämpfende Ausführung mit Photozelle und Fig. 13: Charakteristiken zur
Ausführung der Fig. 12.
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In der Fig. 1 ist zunächst der zeitliche Ablauf einer Lotung dargestellt.
Diese Darsteillung ist aus zeichnerischen Gründen nicht maßstäblich. Insbesondere
ist der Abstand der Impulse gerafft und der Sendeimpuls 1 in Verhältnis zu den beiden
Echcimpulsen 2 und 3 zu klein dargestellt. Die Lotperiode rechnet vom Beginn des
Sendeimpulses 1 bis zum Beginn des nächsten Sendeimpulses 4.
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Außer den erwünschten Echosiganlen 2 und 3 fallen aber laufend die
Störsignale 5 ein. levztere setzen siche aus vielen Anteilen Zusammen, Einmal sind
es ebenfalls Echosignale, die aber von den vielen, über den ganzen Lotkegel verteilten
kleinen Störobjekten herrühren, wie Inhomogenitäten des Wassers, algen, Plankton
und dergl. mehr. Auch diese Störecos nehmen mit der Zeit bzw. der Entfernung ab,
aber a sie den Lockegel immer vollständig ausfüllen. - bei größerer Freitt des Lotkeigels
in größeren Entfernungen werden wervere Störobjekte erfaßt - nimmt ihre Amplitude
relativ zur Amplitude der Nutzehes langsamer ab ; denn ei Nutzobjekt nimmt im Schallkegel
mit der Sntfernung einen immer kleineren Raumwinkel ein.
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Ferner kommen als Quellen für Störsignale noch weitere "Geräusch-Erzueger
infrage, Die einen etwa konstanten, das heißt zeitunabküngigen
Anteil
am Störpegel 5 liefern a) Schraubengeräusche/ b) Motorengeräusche, die als Körperschall
an das Wasser übertragen werden, c) Hilfsmaschinen des - ortenden - Schiffesi die
ähnlich an das Wasser über den Schiffskörper übertragen werden1 d) Geräusche, die
durch nicht laminare Strömung des Schiffes be-. sonders an den aktiven Schall- und
Empfangsflächen der Wandler entstehen, beziehungsweise an ihren Trägern und Büllkörpern,
e) allgemeine Geräusche, welche durch die Bewegung des Schiffes im Wasser besonders
bei höherer Fahrt oder/und stärkerem Seegang entstehen f) Geräusche, die zusätzlich
zu denen von e) beim Schleppen des Fanggeschirres (Netzes) hervorgerufen werden/~
g) allgemeine Meeresgeräusche durch Seegang, Brandung und Eigengeräusche von maritimen
Lebewesen.
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Es liegt auf der Hand, daß so viele und starke Geräuscherzeuger zu
einer erheblichen Beeinträchtigung beim Empfang der aus großen Entfernungen zurückkommenden
schwachen Schallechos führen. Dadurch kommt es, daß sich das zunächst noch gut aus
dem Störpegel 5 heraushebende Echo 2 dies nicht mehr tut, wenn dasselbe Objekt sich
in größerer Entfernung befindet, beispielsweise das Echo 3 ergebend. Hierdurch wird
aber die Reichweite bestimmt. Es wird deutlich, daß trotz Gegenregeln mittels des
Verstärkungsgrades, der Verstärker das Echo 3 nicht mehr befriedigend wiederzugeben
vermag.
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Wird aber der Lotperiode eine automatische Bandbreitenregelung b zugeordnet,
so wird das Echo 3 noch erkennbar, die Reichweite
ist vergrößert.
In der Fig. 2 ist die Bandbreite b in Abhängigkeit von der Schallaufzeit t aufgetragen.
Sie besitzt zu Beginn t der 0 Lotperiode ihr Maximum und am Ende bzw. kurz vor Beginn
t der neuen Lotperiode ihr Minimum. Der dazwischenliegende Verlauf ist durchaus
in weiten Grenzen wählbar, der einfachheithalber ist eine Gerade 6 gezeichnet. Durch
diese feste Zuordnung einer bestimmten Bandbreite zu einer bestimmten Lotentfernung,
wobei die Bandbreite mit der Schallaufzeit bzw. der Lotentfernung abnimmt, wird
das Echo 3 noch erkennbar.
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Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die Frequenz der Störsignale
mehr oder weniger kontinuierlich statistisch auf das ganze Schallfrequenzband verteilt.
Hierdurch geht mit einer Verringerung der Bandbreite eine Verringerung der Amplitude
der Störsignale einher.
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War die Bandbreite für das Nutzechosignal reichlich bemessen, so bleibt
eine Verringerung der Bandbreite zunächst ohne jeden Einfluß auf das impulsförmige
Nutzechosignal, um dann in eine zunehmende Verformung des Nutzechoimpulses überzugehen
; ixE hierbei bleibt die maximale Amplitude erhalten. Es verbessert sich also das
elektrische Nutz- Stör-Verhältnis und die Reichweite vergrößert sich. Durch die
zwangsläufige Zuordnung wird außerdem erreicht, daß eine auch für das Nutzecho einhergehende
Einengung der Bandbreite nur gerade eben soweit getrieben wird, wie es zur Eomprimierung-des
Störpegels 5 erforderlich ist, ohne die Wiedergabe des Nutzsignals unnötig einzuengen.
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Hinzu kommt noch, daß normalerweise bei einem Selektivverstärker mit
abnehmender Bandbreite die EmpSindlichkeit wächst. Dadurch
wird
zugleich eine Mitwirkung bei der üblichen Regeleinrichtung zum Ausgleich der mit
der Entfernung abnehmenden Amplitude erreicht.
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In den Figuren 3 und 4 sInd die Spannungen U über einem oder mehrerer
Schwingkreisen des Selektivverstärkers in Abhängigkeit von der Frequenz f, die ResonanzkurvenX
aufgetragen. f0 ist die Resonanzfrequenz. Als Bandbreite ist die Kurvenbreite in
einer Höhe von 1/V2 des Maximums, die sog. 3 dB 3andbreite, genommen.
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Die Resonanzkurven der Fig. 3 ergeben sich beispielsweise durch Bedämpfung
eines Schwingkreises mittels eines Ohmschen Widerstandes oder Znsdämpfung durch
Rückkopplung. Zu Beginn der Lotperiode ist die Resonanzkurve 7 mit geringer Kreisgüte
und ihrer großen 3andbreite b1 vorteilhaft, die dann durch Entdämpfung bzw. Verkleinerung
des Chmschen Dämpfungswiderstandes im Laufe der Lotperiode über die Kurve 7a mit
der mittleren Bandbreite b2 in die schmale Bandbreite b3 der Kurve $9 am Ende der
Lotperiode übergeht. Gleichzeitig nimmt die maximalspannung am Schwindkreis von
U1 nach U3 zu, so daß zum die Verstärkung xxxexxxxm Ende der Lotperiode in willkommener
Weise ebenfalls zunimmt.
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In der Fig. 4 ist die Verstellung der Bandbreite in verstärktem Maße
durchgeführt. Sie wird beispielsweise durch gegensinnige Verstimmung zweier Schwingkreise
erhalten. Zusätzlich läßt sich eine Bedämpfung gemäß Fig. 3 durchführen. Die Bandbreiten
b5 und b6 sind in die Fig. 2 eingezeichnet.
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In der Fig: 5 ist eine Echoloteinrichtung Schematisch dargestellt.
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Von einem Taktgeber 11 - Multivibraor oder Schaltkontakte am umlarfenden
Riemen oder entsprechend angetriebener Scheibe oder Arm mit Schreibfender - gelangt
ein elektrischer Impuls 12 an den Generator, dey-einen elektrischen Sendeimpuls
14 auslöst. Der damit beaufschlagte Sendewandler 15 sendet einen Schallimpuls in
das umgebende Wasser.
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Die zurückkommenden Schallechos werden mit dem Empfangswandler 16
in elektrische Signale verwandelt, die in 17, 18 spannungsverstärkt und in 19 leistungsverstärkt
werden. 20 ist eine Anzeigevorrichtung, rotierende Ne-onlampe, Kathodenstrahlröhre
oder Schreiber. Der Empfangsverstärker wird durch Einfügen von Schwingkreisen selektiv,
so daß die vom Generator 13 ausgesandte Frequenz bevorzugt verstärkt wird.
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Hierbei ist eine Verschiebung der Echo frequenz gegenüber der Generatorfrequen
um die "Dopple-Frequenz" zu berücksichtigen, die durch die Relativbewegung zwischen
Schiff und Objekt entsteht.
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Die Erfindung setzt an zwei Schwingkreisen 21, 22 an und verstimmt
sie gegensinnig. Die in Fig. 5 nur schemstisch eingetragenen Mittel sind in der
Fig 7 detaillierter gezeichnet. Der Schwingkreis wird gebildet aus der Induktivität
L1 und der in zwei Kondensatoren C1 und C2 aufgespaltenen Kapazität C und C4 sind
lediglich Koppel-.3 kondensatoren, die je nach Eine und Ausgangswiderstand die Abstimmung
beeinflussen. C2 ist der npn-Transistor T1 mit der Oollektor-Emitterstrecke parallelgeschaltet;
diese Strecke stellt sowohl einen variablen Widerstand als auch eine variable Kapazität
dar. Beim Anliegen einer Spannung entstehen nämlich in den pn-Übergängen Verarmungen,
die Ladungsträger erhalten einen größeren Abstand, was mit einer Kapazitäts verringerung
gleichzusetzen ist.
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Ist der Transistor T1 geöffnet (positive Spannung zwischen der Basis
und Emitter), wird C2 parktisch kurzgeschlossen, so daß nur die Kapazität C1 wirkt.
Hierbei ist der Widerstand der Collektor-Emitterstrecke
klein,
daß er praktisch die Güte des LC-Kreiscs nicht beeinflußt.
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Die Resonanzfrequenz erreicht ihren tiefsten Wert und die Kreisgüte
ihren höchsten. Mit zunehmender Sperrung von T1 wird der Serienwiderstand zu C1
größer, so daß die Güte des Kreises abnimmt bzw. dieser stärker gedämpft wird. Gleichzeitig
wird die Kapazität der CoIlektor-EmittersWrecke und damit die Gesamtkapazität des
Kreises kleiner; die Resonanzfrequenz wird höher. Ist der Transistor vollkommen
gesperrt, so wirkt im wesentlichen nur noch die Serienkapazität C1 + C2, und die
Resonanz hat die höchste Frequenz erreicht.
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Da bereits eine sehr kleine Änderung der Steuerspannung (ca. 0,5
Volt an der Basis von T1 ausreicht, um den Transistor auszusteuern, ist ein Widerstandsnetzwerk
R1 bis R zur Spannungsteilung vorgesehen. ausweichend/ Zur Einstellung der gerade
noch sperrenden Basis-Vorspannung dient das Potentiometer P1 mit dem Basiswiderstand
R1. Zur Begrenzung des Einstellbereiches dient der Vorwiderstand R für das Potentiometer
3 P1. Eine weitere Steigerung der positiven Spannung an der Basis des Transistors
öffnet diesen entsprechend. Diese Öffnung kann einmal von Hand mittels des Potentiometers
P2 vorgenommen werden, wobei der Vorwiderstand R2 für P2 dessen Einstellbereich
begrenzt. Zum sich anderen läßt/diese Öffnungsspannung anderveitig erzeugen und
in den Schaltpunkt A einspeisen, so daß eine automatische Änderung'der Resonanzfrequenz
des Schwingkreises ermöglicht wird. R4 ist ein relat: sehr hohmiger Basisvorwiderstand.
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Die experimentelle Messungen zeigten, wird durch die Parallelschaltung
von C2 zu T1 unter den o.a. Bedingungen mit dem relativ sehr hochohmigen Widerstand
R4 in der Größenordnung von 107 Ohm währeng der. oeffnung eine gute lineare Abhängigkeit
der Frequenzverschiebung von der Steurersapnnung erzielt
Die Resonanzfrequenz
verschiebt sich fast exakt linear mit zunehmender Steuerspannung nach unten Die
Bandbreite nimmt ebenfalls ab, jedoch nicht exakt linear, sondern etwas weniger
als bei strenger Linearität.
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Das liegt daran, daß auch die obere Frequenz für den Abfall um 3 db
etwas langsamer abfällt als es sei strenger Linearität zu erwarten ist. Die untere
Eequenz für den Abfall um 3 db verläuft dagegen praktisch linear.
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Werden zwei Schaltungsanordnungen nach Art "frequenzversetzter" Schwingkreise,
wie siein der Fig. 7 dargestellt sind, im Empfangsverstärker vorgesehen, so ergibt
sich bei einem relativ geringen Unterschied der Resonanzfrequenzen eine Wirkung
ähnlich einem Bandfilter und Resonanzkurven entsprechend Fig. 4. In der Fig. 5 sind
die Anordnungen als 21 und 22 eingezeichnet, wobei sie durch eine Verstärkerstufe
18 gesrennt sein können. Damit die Bandbreitenvariation der Fig. 4 eintritt, sind
die beiden Kreise gegensinnig zu steuern. Wird in dem einen Kreis die Resonanzfrequenz
durch die Steuerspannung erhöht-steigende positive Steuerspannung 23 (Fig. 5) -
, so muß in dem anderen Kreis gleichzeitig die resonanz frequenz durch eine fallende
positive Steuerspannung 24 erniedrigt werden.
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Die beiden Steuerspannungen 23 und 24 werden in dem Impulsformer 25
gewonnen. Sie sind aus dem Rechteckimpuls 12 des Taktgebers 11 um-und geformt worden
getrennt über die Leitungen 26, 27 den zugehkrigen steuerbaren Kreisen 21, 22 zugeleitet.
Es treten selbsttätig bereits im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläuterten Wirkungen
und Vorteile ein.
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Die Resonanzkurven der Fig. 4 lassen sich naturgemäß auf sehr vielfältige
Weise erzeugen. Je nach Schaltung wird die dazu passende
Spannungs
form der Steuerspannung zu wählen sein. Für die Ausführung der Fig. 7 beziehungsweise
21, 22 der iig. 5 ist zur Erzielung der Resonanzkurve 8 der Fig. 4 der eine Kreis,
zum Beispiel 21, auf die Sendefrequenz f0 abgestimmt und durch den vollen Betrag
der Steuerspannung 24 maximal nach rechts verstimmt und wird mit abnehmender Steuerspannung
24 auf die Sendefrequenz fO gebracht.
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Der zweite preis 22 ist von vorne herein maximal nach links verstimmt
und wird mit zunehmender Steuerspannung 23 in der Frequenz nach rechts auf die Sendefrequenz
fo verschoben. Mit zunehmender Zeit laufen also die Resonanzfrequenzen oeider Kreise
21, 22 aufeinander zu und decken sich schließlich oeide mit der Sendefrequenz sich
£0, wodurch/die resultierende Resonanzkurve 8b ergibt.
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Durch die Form der Steuerspannung in Abhängigkeit von der Zeit lassen
sich sehr vielfältige Bandbreitenkurven in Abhängigkeit von der Zeit lineare erzielen.
Sind die Kurven 23, 24 beispielsweise/ Sägesähne, so ergibt sich die lineare Bandbreitenkurve
6 der Fig. 2. Ferner braucht der Beginn der Bandbreitenverringerung keineswegs bereits
zu der Zeit to, unmittelbar am Anfang der Periode vor sich zu gehen, sondern es
ist durchaus vorteilhaft, die Herabregelung zu einem späteren Zeitpunkt einsetzen
zu lassen, da anfänglich das Nutz-Störverhältnis noch nicht kritisch ist und so
die große Bandbreite möglichst lange erhalten bleibt. Das verzögerte Einsetzen der
Schalt- oder Steuerder Kurven spannung erfolgt durch einen verzögerten Beginn/23,
24t beispielsweise mittels eines RC-Zeitverzögerungsgliedes oder mittels eins mono
durch den Taktimpuls 12 getriggerten stabilen Multivibrators, der einen zeitlich
versetzten Rechteckimpuls liefert, der noch in die gewünschte Form umzuformen ist.
Eine weitere Mögliohkeit besteht
in der Verwendung räumlich versetzter
und zeitlich unterschiedlich wirksam werdender Kontakte bei einem Schreiber als
Taktgeber.
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Weiterhin vermag auch eine zunächst waagerecht verbleibende Kurvenform
der Steuerspannung einen verzögerten Einsatz zu liefern. Auch liegt eine einfache
möglichkeit in der Einstellung der Basisvorspannung mittels P1 (Fig. 1). Wird diese
nämlich nicht gerade eben vor der beginnenden Öffnung des gesperrten Transistors
T1 eingestellt, sondern tiefer, im Ausführungsbeispiel mehr negativere Vorspannung,
so muß die Steuerspannung erst einen der-Vorspannung entsprechenden Teil für die
Erreichung der Öffnungsspannung aufwenden, was wegen der schrägen Kurvenform einer
zeitlichen Verschiebung entspricht.
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Der Impulsformer 25 läßt sich in einfachster Weise durch wenigstens
ein RC-Glied realisieren. Derartige Impulsformer sind für die Gewinnung einer sich
über die Lotperiode erstreckenden Steuerspannung aus dem Taktimpuls 12 für die eingangs
geschilderte zeitliche Regelung des Verstärkungsgrades an sich bekannt. In Fig.
6 ist schematisch ein aus dem hochohmigen Widerstand R5 und dem Parallelkondensator
C5 bestehendes integrierendes RC-Glied gezeichnet. Der Kondensator wird von dem
Taktimpuls 12 - evtl. unter Zwischenschaltung eines Emitterlolgers bzw. Kathodenfolgers
- niederohmig wobei die Diode Dseine Entlandung über die speisende Stufe verhindert.
und deshalb kurzzeitig über die Klerme 28 aufgeladen, VEs ergibt sich an der Aus6angsklemme
29 ein kurzer Spannungsanstieg 30, dessen Zeitdauer gegenüber der Lotperiode zu
vernachlässigen ist. Die Entladung des Kondensators C5 erfolgt dann hochohmig über
den Widerstand R5 wodurch sich die Entladekurve 31 ergibt, wobei die Entiadezeitkonstante
so groß gewählt ist, daß sich die als Stuerspannung zu verwendende Entladespannung
31 bis zum Ende der Lotperiode erstreckt. Durch die Verwendung einer nicht gezeichneten,
bekannten
Umkehrstufe gewinnt man die zweite Steuerspannung 32 zur Realisierung der Fig. 4.
Für die Fig. 3 wird aber jedoch nur die Steuerspannung 31 benötigt. mittels des
Widerstandes R5, wozu dieser schaltbar oder einstellbar auszubilden ist, ist es
in einfacher Weise möglich, die Zeitdauer der Bandbreitenregelung zu variieren.
Insbesondere wird für eine Jarstellung der chos in einem möglichst großen Abbildungsmaßstab
in deu Anzeige gerät 20 bei näherliegenden Objekten die Aufzeichnungsdauer mittels
eines Bereichsumschalters 33 verkürzt und die Lot folgte entsprechend erhöht. Bei
einer mechanischen Kupplung 34 mit der Einstellung des Widerstandes 25 oder/und
des Kondensators ergibt sich eine zwangsläufige Anpassung der Länge der Steuerspannung
31 beziehungsweise 32 an die verkürzte Lotperiode, so daß immer erst ar Ende der
Lotperiode die minimale Bandbreite zur Verfügung stehet. Ferner ist es möglich,
mittels des Bereichsumschalters direkt auch eine Umschaltung von frequenzbestimmenden
BaueLementen wenigstens eines Schwingkreises vorzunehmen.
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Beispielswise ist statt des Transistors T1 ein Schalter zu verwenden,
der mit dem Bereichsumschalter mechanisch zu kuppeln ist.
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Bei Echoloten für geringe Wassertiefen ist es vorteilhaft, wenn mittels
des Bereichsums chalters die in der Bandbreite automatisch geregelten Schwlngkreise
nur für die größeren Bereiche zwangsläufig auf schmale Bandbreite umgeschaltet werden,
während in den kleineren Meßbereichen die minimale geregelte Bandbreite begrenzt
wird.
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Solche Umschaltung kann naturgemäß auch mittels des Potentjometers
P2 in der Fig. 7 erfolgen. ebenso ist auch eine Umschaltung der Bandbreite von Hand
zweckmäßig, und zwar zusätzlich zur
automatischen Regelung, da
bekanntlich die Lotrbodingungen von vielen Faktoren abhänge und deshalb eine optimale
Anpassung an die jeweiligen örtlichen Bedingsungen den Auflösungsvermögen verbessert.
Hierfür ist in dz Fig. 5 die von Hand einstellbare steaerspannungsquelle 35 vorgesehen.
Diese enthält beispielsweise für jeden Steurertransistor einen Potentiometer entprechend
P2 der Fig. 7. ferner ist es vorteilhaft, die Bandbreite selbsttäting vor dem echosignal
selbst zu steuern. Hierzu dient in der Fig. 5 der Reglerteil 36. Dieser erhält die
Echowechselspanung aus der Endstufe 19 oder einer der Vorstufen. Die Echowechselspannung
wird gleichgerichtet und als Steuerspannung den beiden steuerbaren kreisen 21, 22
zugeführt. In dem Beispiel-der Fig. 5 ist für den einen Kreis die positive Hüllkurvenhälfte
und für. den anderen Kreis die negative Hüllkurvenhälfte zu verwenden, wobei die
letztere invers zur erstgenannten arbeitet, weshalb die Dioden D1-D6 i unterschiedlicher
Polarität zu verwenden sind. Diese beiden Regelungen arbeiten an sich selbständig.
Sie sind über eine ~ogische"oder"-Verknüpfung oder Konjunktion miteinander verbunden.
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Die Regelung hängt damit von der jeweils größten positiven/negativen
Regelspannung ab.
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Durch die Verwendung der Trenndioden D1 bis D6 ist es auf einfache
Weise möglich, sämtliche Ausführungen zur Regelung und/oder Einstellung der Bandbreite
gleichzeitig und in Bezug auf die maximalwirkung trotzdem unabhänig. voneinander
wirkend vorzusehen, da sie als "oder"-Verknüpfung wirken.
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Eine Regelung der Bandbreite mittels der Echospannung ist besonders
zum besseren Erkennen von Schichtungen und'Einschlüssen im
Meeresboden
geeignet. Einerseits wird im Sinne einer Dynamikkompression einer Ubersteuerung
des Verstärkers und/oder der Anzeigevorrichtung 20 entgegengewirkt, und zum anderen
steht die volle Bandbreite auch in größeren Entfernungen für die auflösung der Details
dieses relativ, starken Echos selbsttätig zur Verfügung, während für die über dem
Boden stehenden, schwach reflektierenden Fische bei größeren Wassertiefen dagegen
automatisch auf die vorteilhaftere schmalere Bandbreite umgeschaltet wird. sei einer
Regelung der Bandbreite mittels der Echospannung ergibt sich noch eine weitere Vereinfachte
Ausführung. Die Bandbreite ist der von Hand oder bei/ Endjustierung im Verlauf der
Fertigung auf einen ur große Entfernungen ausreichenden minimalen .ert fest eingestellt,
die bei stärkeren Echospannungen automatisch durch die zuvor beschriebenen oder
ähnlich wirkenden Schaltungen zu einer selbsttätigen Verbreiterung dieser minimalen
Bandbreite führt. Dadurch vergrößert jedes Echosiganal die Bandbreite in dem Maße
wie seine Amplitude oberhalb des Störpegels liegt. Zwer nimmt das Nutz/Störverhältnis
aus den o. a. Gründen mit der Schall-Laufzeit ab, so daß optimale Bedingungen dann
erhalten werden, wenn zur Anpassung an den Störpegel eine mit der Schall-Laufzeit
abnehmende Bandbreite durch das Echosignal selbst auf einen seiner den Störpegel-
überschießenden Amplitude angepaßten Wert wieder verbreitert wird, aber eine zusätzliche
Rand- -einstellung bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die unterschiedlichen
Bedingungen verschiedener "Unterwasser-Landschaften" beziehungsweise Lotorte.
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@ Slbstverstänlich ist ddc, Bandhr.itenregelung gemäß Fig. 4 nicht
an die Ausführung der Fig. 5 gebunden. Beispielsweise können die heibedn steuerbaren
Kreise 21, 22 auch in einer Stufe zusammengefaßt werden Fig. 8a zeigt eine Ausführung.
Die vorsturen des Verstärkerssind
durch den Generator 40 mit dem
Innenwiderstand R. veranschaulicht. Die beiden Regelspannungen 25, 24 (Fig. 5) sind
an die Klemmen 41, 42 zu legen.
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Diese räumlich zusammengezogene Bauform der beiden zu regelnden Schwingkreise,
die sogenannte Bandfilteranordnung, bietet auch noch die Möglichkeit, die Bandbreite
über die Kupplung K zu regeln.
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Beispielsweise ist K eine einstellbare Kapazität, die entsprechend
der Schwingkreiskapazität C2 (Fig. 7) steuerbar auszubilden ist. ein Weiterhin kann
für K auch eine Induktivität oder/Viderstand genommen werden, deren Werte durch
die zeitabhängige Steuerspannung xxxxxxxxxxxxxxx steuerbar oder schaltbar sind.
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Eine weitere Köglichkeit, die Bandbreite des Empfangsverstärkers durch
eine Steuerspannung zu beeinflussen, die aus einem der Lotperiode zugeordneten Zeitprogramm
und/oder aus der verstärkten Eohospan nung gewonnen wird, liegt in einer Gleichstromvormagnetisierung
der Schwingkreisspulen. Durch die Verwendung von modernen Keramikmassen als Spulenkerne
ist es möglich, den ert der Induktivität durch eine mehr oder weniger große Gleichstromvormagnetisierung
relativ stark zu ändern. Hierbei müssen für eine geringste Bandbreite beide Induktivitäten
mit einem mittleren Gleichstrom vorbelastet werden. Für zunehmende Bandbreite wird
bei der einen Schwingkreisspule die Induktivität durch geringere Gleichstromvorbelastung
erhöht und bei der anderen sinngemäß die Incuktivität durch größere Gleichstromvorbelastung
erniedrigt. Die Steuerung der Vorbelastung erfolgt also winder gegensinnig und wieder
in Abhängigkeit von einem der Lotperiode zugeordneten Programm und/oder von der
Echo
spannung. Schaltungen der Schwingkreise sind von modernen
Wobbel-Meßsendern an sich bekannt.
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In weiterer Durchführung gemäß Fig. 3 sind in den Figuren 8b und c
steuerbare Bedämpfungswiderstände parallel zu Resonanzschwingkreisen gelegt. Im
einfachsten Fall ist dies ein Ohmscher Widerstand, dessen Widerstandswert keine
Konstante ist, sondern nach einer vorgegebenen Funktion von der anliegenden Spannung
abhängt, beispielsweise ein unter dem Handelsnamen VDR-"Jiderstand bekanntes Bauelement.
Die Widerstandänderung derartiger Widerstände ist zwar relativ groß, verlangt jedoch
relativ große Spannungen und ist deshalb vorzugsweise für die Endstufe zu verwenden.
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Dagegen ist die Anordnung eines Transistors mit seiner Collektor-Emitterstrecke
parallel zu einem gleichspannungsfreien Resonanzschwingkreis auch für Vorverstärkerstufen
geeignet. Moderner Silizium-Transistoren benötigen wegen ihrer hohen Stromverstärkung
nur eine sehr kleine Steuerspannung, so daß diese Anordnung auch für die Dämpfung
kleiner Signalspannungen mit relativ geringen Steuerspannungen geeignet ist. In
der Fig. 8b ist ein Transistor T2 direkt parallel zu einem Schwingkreis gelegt und
in der Fig. 8c ein Transistor T3 parallel zu einem gesonderten, festen Dämpfungssiderstand
R5. Der zum Transistor in Serie liegende feste Widerstand R6 begrenzt den Steuerbereich
und damit die maximale Dämpfung. 43 bzw. 44 sind die Klemmen, an die die Steuerspannung
zu legen ist. Selbstverständlich ist der Innenwiderstand Ri des Generators 40 groß
genug zu wählen - R.i > R5 + R6 - damit eine wirkungsvolle Dämpfung resultiert.
-Wird an die Stelle des Transistors 2 in der Fig. 8b beziehungsweise T3 in der Fig.
8c eine Kapazitätsdibde verwandt, so ändert der
Schwingkreis seine
Frequenz mit der Echospannung. Es sind dies nämlich Dioden, deren Kapazität sich
mit der angelegten Spannung bzw. mit dem Strom ändert. Wetere Schaltungsmöglichkeiten
liegen in der Verwendung von an sich bekannten Anordnungen zur automatischen Sendereinstellung
bei Rundfunk- und Fernsehgeräten.
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Da der Innenwiderstend der Trandsistoren relative klein sein kann,
ist zur richtigen Dimensionierung der Behämpfungsanpassung eineniederohmige - Sekundärwicklung
zweckmäßig. Da ein Transistor nur in einer Stromrichtung arbeitet, die Bedämpfung
bei Verwendung eines Transistors aber strenggenommen nur für eine der beiden Halbwellen
gilt, ist eine Doppelung gemäß Fig. 11 zweckmäßig.
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Die Dioden ? 8 und D9 bewirken eine Doppelweggleichrichtung, so daß
9 ar beide Halbwellen die gleicile Dämpfung einsetzt. Der Emitterwiderstand R17
trägt zu einer Linearisierung der Dämpfung in Abhängigkeit der an der Klemme 43"
liegeinden Steuerspannung bei5 verringert den Einfluß der Exemplarstreuungen und
gestattet die indiviquelle Einstellung der Maximaldämpfung. Die Alaufspannung der
Dioden ggf. - in Verbindung, insbesondere in Serie, mit Senerdioden bewirkt bei
Kreisen geringer Amplituden (Vorverstärker), daß die Dämpfung erst nach Überschreiten
einer gewissen - durch Zenerdioden ir relativ weiten besteimbaren- Grenzeh einsetzt.
Damit ist zu erreichen, das die Vergrößerung der Bandbreite des selktiven Versvärkers.
er nach Überschreiten eines- einstellbaren Schallwertes einsetzt und uwm@ - infolge
des wertes von R17 - stetig und nahezu linear ansteigt.
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Werden die Dioden in bekannter Weise durch Anlegen einer elektrisches
Gegenspannung vorgespannt, oder - wie zuvor erwähnt- die Basisvorspannung erhöht
(in Sperrichtung!), ist der Regelbegin in weitn
Grenzen zu verändern
und den örtlichen Gegebenheiten optimal anzupassnn.
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Eine große Bandbreitenänderung bei Steuerung nur eines Kreises mittels
der. der Lotperiode bzw. dem Echosignal zugeordneten Steuerspannung ergibt die Steuerung
oder Schaltung entdämpfender Bauelemente. Dadurch läßt sich die Bandbreite über
einen sonst durch die "natürliche" Dämpfung gegeoenen Grenzwert hinaus weiter verringern
und die Reichweite der Echolotung vergrößern. Wird als Ausgang ein relativ stark
bedämpfter Kreis verwendet, so läßt sich zusätzlich zu dem Steuerbereich, wie er
bei den bedampfenden Maßnahmen erhalten wird, ein weiterer Steuerbereich jenseits
der "natürlichen" Dämpfung gewinnen: Zusammengefaßt wird ein sehr großer Steuerbereich
der Bandberie verfügbar. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 9 in Form eines
sogenannten Q-Amplifiers dargestellt. Mit Q wird die Kreisgüte bezeichnet.
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Die Echospannung-wird dem als tmitterfolger geschalteten Transistors
T4 über den Kopplungskondensator C9 zugeführt. R dient als Basis-7 widerstand. Am
Emitterwiderstand Ra entsteht die niderohmige Ausgangasspannung, die über C6 an
die Schwingkreisspule L2 gelangt.
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Die Kapazität und die Induktivität L2 stellen den stark gedämpften,
durch die Steuerung zu entdämpfenden Schwingkreis dar. Die Dämpfung erfolgt durch
den Emitterwiderstand Ra, den Basistidergtand
dessen Eingangswiderstand
eines zeiten Transistors T Tc/sowie durch die Verluste von Spule 5 und Kondensator,
der"natürlichen" Dämpfung. C7 ist Koppelkondensator für den zweiten Emitterfolger
mit T5. Zur weiteren Verstärkung wird die Echospannung über den Koppelkondensator
C8 ausgekoppelt.
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Die Entdämpfung erfolgt durch Zurückführen eines Teiles der Echo
spannung über die zweite Induktivität L3. Bei gleichphasiger Wicklungszuordnung
wird dadurch die Spannung über L2. erhäht, es resultiert ein entdämpfter Schwingkreis
C6, L2 mit einer Xesonanzkurve geringer Bandbreite und großer Masimalampliture zur
Verwendung für große Lotentfernungen. stirn keine Spannung zurückgeführt, ist der
Kreis durch R8 und Rg stark bedämpft und es ergibt sich eine 9 Resonanzkurve großer
Bandbreite und niedriger Maximalamplitude für geringe Lotentfernungen. Zur Zwangsläufigen
Zuordnung dieser Bandbreiten, wie auch der Zwischenwerte, zu der Lotperiode und/oder
der Echolotamplitude ist der Steuertransistor T6 mit seiner Collektor-Emitterstrecke
in Serie mit der Xückkopplungsspule L3 vorgesehet.
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Die Steuerung erfolgt an der Basis. Der Transistor T6 ist durch R10
zweckmäßigerweise so stark gegenzukoppeln, daß die Anordnung nicht selbst schwingt.
Eie Widersttände R11, R12 sind ein Spannungsteiler. Durch den Parallelwiderstand
R13, der gleichzeitig mittels widerstand von T5 ist, bleibt das mechselapannungspotential
unabhängig davon, ob der Steuertransistor T6 gesperrt oder geöffnet ist.
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Pur die automatische Zuordnung der Kreisgüte und damit der Bandbreite
zur Lotperidoe bzw. der Echospannung wird eine Steuerspannung zweckmäßig in den
Schaltungspunkt B eingespeist.
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Fig. 10 zeigt eine Abwanddlung der Basisseite des Steertransitors
T6 der Fig. 9. Zur Vergrößerung des erfaßbaren Steuerbereichs ist
ein
Widerstandsentzwerk ähnlich der Fig. 7 vorgesehen. Mit P3 wird die Basis-Grundspannung
eingestellt. Die Begrenzungswiderstäne R15, R16 dienen zur leichteren Potentiometer-Einstellung.
Die diode verhindert die Rückübertragung des positiven Potentlals auf den Geber
der im Punkte B"einzuspeisenden Steuerspannung.
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In beiden Schaltungen (Fig. 9 und 10) kann eine Erhöhung der Kreisgüte
nur dann erfolgen, wenn vom Transistor T5 eine - gleichphasige -Wechselspannung
in L2 induziert wird. Wenn T6 gesperrt ist, kann aber kein Strom durch L fließen,
so daß keine ntdämpfung des Kreises 3 C6, L2 eintritt. L'it zunehmender Öffnung
von T6 durch eine positive Steuerspannun, g, die im Punkt B bzw. B" eingespeist
wird, nimmt der Strom durch L3 und damit auch die Entdämpfung des Kreises C6, L2
zu, Mit wechselnder - positiver - Steuerspannung nimmt deshalb wegen. der zunehmenden
Entdämpfung, also der Erhöhung der Güte Q, die Bandbreite ab.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt; insbesondere braucht eine Zuordnung von Bandbreite und Lotperiode nicht
mittels einer zeitabhängigen Steuerspannung zu erfolgen, sondern läßt sich auch
mittels einer zeitabhängigen Widerstandsär. derung durchführen. Beispielsweise läßt
sich in der Fig. 9 der Widerstand R14 durch eine CdS-Widerstandszelle ersetzen,
die mit dem Licht einer Glühlampe zu beaufschlagen ist (optoelektrischer Wandler).
Der zeitliche Stromverlauf der Glühlampe ist hierbei der Lotperiode bzw. der Echospannung
zuzuordnen. Das gilt auch, wenn ar. stelle des Transistors T6 eine CdS-Zelle benutzt
wird, cie infolge der gesteuerten Beleuchtung ihren Widerstand zwischen mehr als
10 Megchm (Dunkelwiderstand) und wenig mehr als 100 Ohm
(volle
Beleuchtung) ändert.
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@ In der Fig. 12 ist als weiteres Ausführungsbeispiel in Anlehnung
an Fig. 8b der dortige elektronisch steuerbare Widerstand, Transistor durch einen
durch Licht steuerbaren Widerstand, Photozelle bzw.
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ILadmiumsulfid-Zelle (CdS-Zelle) Z ersetzt. Es empfiehlt sich, wie
in Fig. 11, die Bedämpfung über eine zweite Wicklung des Schwingkreises vorzunehmen,
um sich besser den Widerstandsbedingungen anzupassen.
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Die CdS-Zelle Z ist zusammen mit der steuernden Glühbirne 6 in einem
nichtdichten Behälter 45 angeordnet. Ein derartiges Bauelement ist handelsüblich
und sehr preiswert. Die Steuerung der Glühbirne er-2olgt zweckmäßigerweise unter
Zwischenschaltung eines Impedanzwandlers.
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Als Beispiel ist ein Emitterfolger mit dem Transistor 7 gezeichnet.
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7 Dann ist die Steuerspannung an die Klemme 46 zu führen.
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Die Ausführung mit CdS-Zelle bietet erhebliche Vorteile. Einmal ist
eine vollständige Entkopplung des Steuerkreises vom Schwingkreis gegeben. Ferner
steht ein sehr großer Aussteuerbereich zur Verfügung.
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Der Widerstand der CdS-Zelle Z ist in Abhängigkeit von der Beleuchtung
zwischen einigen Hundert Ohm und mehr als 10 Megaohm änderbar. Dadurch läßt sich
ein großer Regelbereich realisieren. Ferner verschiebt sich die Resonanzfrequenz
nur äußerst geringfügig.
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Auch ist die Verwendung der Photozellen-Steuerung nicht auf die Bed&mpfung
allein beschränkt, sondern auch im Zusammenhang mit entdämpfenden Schaltungen verwendbar.
Beispielsweise kann sie an die Stelle des Transistors T6 in der Fig. 9 oder der
beiden Widerstände R12 und R14 treten. Letzteres bietet die Möglichkeit einer Widerstandsanpassung,
wenn der CdS-Widerstand für die Spule L3 zu groß sein sollte.
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Es soll noch ein.al ein Vorteil der erfindung hervorgehoben werden,
der für aie Echolotung von besonderer Bedeutung ist. Bei der Bandbreitenänderung
durch Bedämpfung erfolgt nämlich gleichzeitig eine Schwåchung des Übertragungsmaßes
(Ausgangsspannung des Vierpols bezogen auf die Eingangsspannung) Der Eirfindung
liegt nämlich die weitere Erkenntnis zugrunde, daß sich eine Zuordnung von großer
Bandbreite, kleinem Übertragungsmaß und kurzen Entfernungen ergibt, die mit zunehmender
Entfernung In kleine Bandbreite und großes Übertragungsmaß übergeht. Hierduirch
werden Maßndehmen eingespart oder verbessert, die den Verstärkungsgrad der Anlage
den Ausbreitungsbedingungen anpassen. ür kleine Entfernungen wird bekanntlich ein
kleiner Verstärkungsgrad und für große Entfernungen ein großer Verstärkungsgrad
benötigt.
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Eine Veranschaulichung der änderung des Übertragungsmaßes, wie sie
mittels Hxen durch die Regelung der Bandbreite XUXSH Bedampfung bewirkt wird, liefert
die Fig. 13. Auf der Abzisse sind die Lampenspannung V und die Bandbreite #f aufgetragen,
während die Ordinate die Ausgangsspannung bei der mehr oder weniger hellen Lampe
im Verhältnis zur Ausgangsspannung bei dunkler Lampe des Vierpoles der Fig. 12,
also das übertragungsmaß Ü, in Prozenten angibt.
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Die obere Kurve zea das Übertragungsmaß Ü als Funktion der Lampenspannung
V, u = Ü (V), und die untere Kurve als Funktion der BandbreiteAf, v = Ü (#f). An
dieser Stelle interessiert besonders die Variationsbreite des Übertragungsmaßes.
In einer Versuchsschaltung fällt das übertragungsmaß bei der größten Bandbreite
auf etwa 4% des Ubertragungsmaßes bei geringster Bandbreite. Im Oleichen Maße wird
der Verstärker unempfindlicher. Es ist also bei der Erfindung mög lich, die Maßnahme
zur Vergrößerung der Reichweite mit der Maßnahme
zur Vermeidung
von Übersteuerungen bei Echos aus kurzen Entfernungen zu vereinigen. eben der Ersparnis
ergibt sich aber auch noch eine größere Funktionstüchtigkeit.
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Bei den bisher bekannten Methoden zur Regelung des Verstärkungsgrades
(eben zur Anpassung an die Ausbreitungsbedingungen) gibt es bekannt lich die Schwierigkeit,
daß zwar bei modernen Röhren die minimale und maximale Verstärkung garantiert wird,
so daß ein Röhrenwechsel keine wesentlichen Änderungen des Verstärkers ergibt, was
für die Ubergänge dazwischen aber nicht gilt. Die Wirksamkeit derartiger Programmregelungen
(in Abhängigkeit von der Zeit wird die Verstärkung geändert) hängt deshalb mehr
oder weniger stark von den Exemplarstreuungen der aktiven Elemente (das gilt auch
für Transistoren) ab, was bei der zuvor genannten Abhängigkeit des Ubertragungsmaßes
von der Dämpfung nicht der Fall ist. Außerdem bereitet es auch heute noch gewisse
Schwierigkeiten, gute und reproduzierbare Vers ärkungsregelungen bei Transistoren
besonders im Hinblick auf Temperatureinflüsse zu realisieren. Auch hier hat die
Erfindung durch die grundsätzlich andere Wirkung erhebliche Vorteile.
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Ferner ist die Erfindung auch vorteilhaft bei meeresseismischen Messungen
verwendbar. Insbesondere bewaltigt die Erfindung die Erschwernis, die sich'aus der
Forderung einer niedrigen Grenzfrequenz für den Verstärker ergibt. Aber auch hier
ist eine Verstsrkungsregelung nach einem Zeitprogramm erforderlich. Das übliche
Verfahren, durch eine negative Gittervorspannung die Steilheit von Regelpentoden
zu steuern, muß hier versagen, weil mit einer negativen Steuerspannung der Anodenstrom
sinkt und am Anodenwiderstand ein positiver Spannungsanstieg entsteht, der über
den nachfolgenden Koppelkondensator eine unerwünschte Verschiebung des Arbeitspunktes
der nächsten Röhre in das Positive bewirkt. Deshalb muß hier auf
eine
"spannungssprungfeie" Regelaung übergegangen werden, wie sie durch die Verwendung
des Übertragungsmaßes für die Regelung, insbesondere in Verbindung mit der CdS-Zeilel
gegeben ist.
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Ferner vermag die Erfindung die Reichweite nicht nur nach großen Entfernungen
hin auszudehnen, sondern auch nach geringster Tiefe hin. Die Lotung geringster Entfernungen
ist ebenfalls begrenzt und wird auch stark von den Einschwingvorgängen der Kreise
des selektiven Empfangsverstärkers mitbestimt. Deshalb ist für die Lotung geringster
Tiefen eine möglichst große Bandbreite -anzustreben, was mit dem vorgeschlagenen
Verfahren ohne Einschränkung der Reichweite für große Entfernungen möglich ist.
Hierbei ist jedoch selbstverständlich vorauszusetzen, daß die Bandbreite im wesentlichen
durch den selektiven Verstärker bestimmt wird, also als elektroakustische Wandler
nur Systeme mit geringer Güte, sog. Low-Q-Transducer, verwendet werden. Die magnetostriktiven
Wandler auf Nickelbasis sind hierfür im allgemeinen weniger geeignet und man greift
deshalb besser auf Keramikawandler aus Bariumtitanat, Bleizirkonat oder atriumdihydrophosphat
zurück.
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Patentansprüche 1. Verfahren zur Vergrößerung der Reichweite einer
Unterwasserlotung, bei der nach dem Aussenden eines impulsförmigen Schallwellenzuges
von Unterwasserobjekten als Echo reflektierte Schallwellen in elektrische impulsförmige
Wechselspannungssignale umgesetzt und selektiv verstärkt werden, g e k e n nz e
i c h ne t d u r c h eine während der Laufzeit der Schallwellen im Wasser vorzunehmende
selbsttätige Verstellung mit der Bandbreite der selektiven Verstärkung zu einem
minimalen Wert gegen Ende der Laufzeit.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung
einer Steuerspannung, die in Abhängigkeit von einem der Lotperiode zugeordneten
Zeitprogramm in ihrer Amplitude veränderlich ist, für die während der Laufzeit der
Schallwellen im Wasser vorzunehmende selbsttätige Verstellung der Bandbreite der
selektiven Verstärkung von einem maximalen Wert am Anfang der Laufzeit zu dem minimalen
Wert am Ende der Laufzeit.
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3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung
der elektrischen Echo-Signale für die während der Laufzeit der Schallwellen im Wasser
vorzunehmende selbsttätige Verstellung der Bandbreite der selektiven Verstärkung
von einem minimalen Wert bei der Eoho-Signal-Amplitude Null zu einem mit wachsender
Echo-Amplitude zunehmenden Wert.