DE1673362C3 - Vorrichtung zur Messung der Fahrtgeschwindigkeit von Wasserfahrzeugen - Google Patents

Description

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ausgelegt ist, einem solchen Entfernungsbereich vor Fig, I zeigt den Verlauf einer Popplerverschiebung dem Schiffsbug zugeordnet ist, der im Bereich der Af bei vier verschiedenen vorgegebenen Fabrtge-Sterung des Wassers durch die Bugwelle des Wasser- schwindigkeiten v« eines Wasserfahrzeuges, Hierbei fahrzeuges liegt, und daß bei der Ermittlung der Fahrt- wächst die Dopplerverscbiebung A/mit zunehmendem «schwindigkeit aus der gemessenen Dopplerverschie- 5 Abstand s vor dem Bug innerhalb eines Störung»- bung ohne Einrichtung den durch die Störung verur- bereiches SB nach einer Störungsfunktionskurve F, achten Meßfehler durch eine Berücksichtigung der die unter anderem von der Größe und Formgebung durch Eichmessungen ermittelten Störfunktion korn- des Unterwasserschiffes abhängig ist, an. pensiert. Die zur Messung der Dopplerverschiebung vom Der der Dopplerverschiebung aus dem durch die 10 Schiffsbug in Fahrtrichtung voraus und annähernd Zeitblende erfaßte;» Störungsbereich entsprechende horizontal ausgesendeten Wasserschallimpulse werden Meßwert wird nach einer zweckmäßigen Weiterbildung von den Volumenelementen des Wassers zurückder Erfindung als Steuersignal einem Funktionsgene- gestreut. Es werden aber nur Echos empfangen, die rator zugeführt, dessen Ausgangssignal der Doppler- innerhalb einer variablen Öffnungszeit Δ/ eines nach verschiebung im ungestörten Bereich und damit der 15 und nach vom Abstand O über s_a bis auf den bereits wahren Fahrtgeschwindigkeit im Wasser entspricht. weit im ungestörten Wasser liegenden Abstand s« Dieses Ausgangssignal wird in einem sich anschlie- vorverlegten Meßbereiches α einer Zeitblende 5 ßenden Anzeigegerät an einer in Geschwindigkeits- (nach Fig. 3) liegen. . . einheiten geeichten Skala angezeigt. Für jede der hier gewählten vier F'ihrtgeschwindig-Die Störungsfunktionskurvenschar wird in der 20 keiten \,_n bis r„, durch das ungestörte Wasser erhält Weise ermittelt, daß die Zunahme der Dopplerver- man durch d^:e während der Vorverlegung des Meßschiebung über den gesamten Störungsbereich in bereiches α gemessene und registri Ue Dopplerver-Fahrtrichtung gemessen und die Meßwerte zweck- Schiebung A/je eine dazugehörige Störungsfunktionsmäßigerweise aufgezeichnet werden. Die Messung wird kurve F₁ bis F₁.

bei konstanter Fahrtgeschwindigkeit durch das unge- 25 Bei der niedrigsten der vier Fahrtgeschwindigkeiten

!torte Wasser durchgeführt unter Verschiebung des r„, beginnt das ungestörte Wasser, erkennbar am hier

Ton der Zeitblende erfaßten Meßbereiches vom Ein- beginnenden waagerechten Verlauf der zugehörigen

bauort der Unterwasserschall- Sende und -Empfangs- Störungsfunktionskurve F₁, bereits im Abstand ^₁ vor

einrichtung in Fahrtrichtung bis in das ungestörte dem Schiffsbug. Mit zunehmender Fahrtgeschwindig-Wasser hinein. 30 keit v„ verlagert sich dieser Übergang bis zum größten

Wird eine derartige Meßreihe unier verschiedenen Abstand J₁ bei der größten Fahrtgeschwindigkeit v«.,.

Fahrtgeschwindigkeiten aufgenommen, so erhält man Der Abstand s_t entspricht der Gesamtausdehnung des

Störungsfunktionskurvenscharen, die den Aufbau des Störungsberciches SB.

Störungsbereiches wiedergeben. Vor allem aber liefern Während dtr Aufnahme dieser Störungsfunktionssie aus der gemessenen Dopplerverschiebung im Stö- 35 kurven F, die \orzugsweise zu Eich- und Prüfzwecken, rungsbereich die Grundlagen für die Dimensionierung jedoch nicht während der eigentlichen Geschwindigdes Funktionsgenerators für die erfindungsgemäße keitsmessung mit Hilfe der erfindungsgemäßen VorAbleitung der wahren Fahrtgeschwindigkeit durch das richtung zu erfolgen hat, wird zweckmäßigerweise ungestörte Wasser. mittels einer Automatik die Öffnungszeit Δί der Zeit-Darüber hinaus geben die hierbei gewonnenen 40 blende 5 während der Vorverlegung von Δ/_ο auf a/„ Informationen dem Schiffbauer wertvolle Erkennt- im ungestörten Wasser erweitert, nisse über die von der Gestaltung des Unterwasser- Für die eigentliche Ableitung der Fahrtgeschwindigschiffes abhängigen Strömungsverhältnisse am Bug. keit V₁₁ aus einer gemessenen P.elativgeschwindigkeit wo ein großer Teil der Antriebsleistung eines Wasser- v_re, im Meßbereich α der Zeitblende 5 wird diese Zeitfahrzeuges aufgezehrt wird. 45 blende fest auf den Abstand s_a eingestellt. Dann erhalt Bei Verschiebung des Meßbereiches der Zeitblende man, wie Fig. 2 zeigt, eine im mittleren Geschwindigaus dem gestörten in den ungestörten Bereich kann, keitsbereich sogar fast lineare Abhängigkeit der wahvorzugsweise automatisch, eine Verlängerung der öff- ren Fahrtgeschwindigkeit v„ von der gemessenen nuneszeit der Zeitblende erfolgen, da die Doppler- Relativgeschwindigkeit v_rel nach der Funktion v„ verschiebung im ungestörtes! Bereich innerhalb jeder 50 g(v_re,l die sich bei Verwendung eines abgestimmten Richtung von den Ortskoo.dinaten unabhängig ist. Funktionsgenerators bei der Geschwindigkeitsanzeige

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher berücksichtigen läßt.

veranschaulicht. öie zur Durchführung der Messung dienende Appa-

Fig 1 zeigt den Vorlauf der Dopplerverschiebung ratur ist in Fig. 3 schematisch dargestellt und arbeitet

in Abhängigkeit vom Abstand des Meßbereiches der 55 mit einem lmpulsgsnerator 1, der in rsgelmaBigen

Ze^:tblende vor dem fahrenden Wasserfahrzeug für vier Zeitabständen von beispielsweise 100 Minisekunden

verschieden große Fallgeschwindigkeiten, Wasserschallimpulse mit einer Frequenz von beispiels-

Fie 2 die Abhängigkeit der gesuchten Fahrtge- weise 4 MHZ erzeugt. Die Impulsfolge wird durch

- ichwindigkeit v» im ungestörten Wasser von der ge- einen Taktgeber 2 bestimmt, und die vom Impuis-

«sssenen Relativgeschwindigkeit v_ret zum ungestörten 60 generator 1 erzeugten Impulse werden über eine

*' KSr liegenden Meßbereich der Zeitblende, Weiche 3 auf einen z. B. magnet0str.kt.1ven Wasser*

Pi 2 3 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Auf nah- schallschwinger 4 gegeben. Dieser Schwinger wird

Jί der Störungsfunktionskurvenschar nach Fig. 1 dann zu 4 MHZ-Schwingungen angeregt und sendet

«nd/oder zur Messung der wahren Fahrtgeschwindig- WasserschalHmpulse von beispielsweise 0 5 M.lh-

keit ",nach Fig. 2 und ⁶5 Sekunden Dauer in der vorgegebenen Lotfolge von

Fie* 4 eine Abwandlung dieser Vorrichtung zur 100 Millisekunden.

Äleichzeitigen Messung im gestörten und ungestörten Die Aussendung erfolgt gerichtet und zwar^_vor-

Wasser zugsweise unter einem kleinen Winkel α gegen die

Horizontalrichtung nach unten geneigt und mittels direkt gemessene Fahrtgeschwindigkeit i„ an. Dieser

eines an sich bekannten Stabilisierungsgerätes in seiner zweite Kanal dient hauptsächlich zum Abgleich des

Neigung stabilisiert. Kanals mit dem Index a, vor allem zum Abgleich des

Die durch Streuung aus dem Wasser zurückkehren- Funktionsgenerators 6. Bei richtigem Abgleich müssen

den Echoimpulse werden über die Weiche 3 einer 5 beide Anzeigegeräte T₀ und 7h bei allen Fahrtgeschwin-

durch den Taktgeber 2 mitangesteuerten Zeitblende S digkeilen v„ gleiche Werte der jeweiligen Fahrtge-

zugeführt, deren Meßbereich α nur Echoimpulse aus schwindigkeit r„ anzeigen.

dem Abstand s_a vor dem Wasserfahrzeug während Als Hilfsmittel für den Feinabgleich ist nach Fig. 4

ihrer kurzen Öffnungszeit Δ/α für eine Doppleraus- noch ein Differenzan/eiger 8 vorgesehen, der vorzugs-

wertung freigibt. i° weise mit gedehntem Anzeigenbereich die Differenz

Dabei kann die Zeitblende 5 so ausgebildet sein, daß zwischen den Anzeigegeräten 7_e und Tt, mit der Wirkung

ihr Meßbereich a — vorzugsweise unter entfernungs- einer Lupe erkennen läßt.

abhängiger Veränderung ihrer Öffnungszeit Δ/ von Unter den weiteren möglichen Abwandlungen der

einem Anfangswert Δ/_β bis zum Maximalwert Δί« - erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 3 und

über einen großen Bereich des Abstandes s vom Bug 15 Fig. 4 seien hier nur einige kurz angedeutet.

(Abstand O) bis in das ungestörte Wasser (Absland s„. So läßt sich mit Hilfe eines einfachen Umschalters

Fig. 1) verschiebbar ist. auf dem Anzeigegerät 7„ unter Umgehung des Funk-

Diese Verschiebung wird vorzugsweise zu Eich- tionsgenerators 6 auch die aus der Dopplerverschie-

zwecken und zur Aufnahme der wasserfahrzeugeigenen bung Λ/ im Meßbereich α gewonnene Relativge-

Störungsfunktionskurven F benutzt. »» schwindigkeit v_r,t im Störungsbereich anzeigen und

Die Frequenzen der bei der eigentlichen Fahrt- ihre Differenz gegenüber der Fahrtgeschwindigkeit v„ messung von der fest auf den Abstand s„ eingestellten auf dem Differenzanzeiger 8 ablesen.
Zeitblende S durchgelassenen Echoimpulse werden in Die bei Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung an sich bekannter Weise durch einen beispielsweise aus erforderliche und mit Sorgfalt durchzuführende Aufeiner Mischstufe mit Diskriminator bestehenden as nähr ? der von der Formgebung des Wasserfahrzeuges Dopplerauswerter 9 verglichen, und die Dopplerver- abhängigen Störungsfunktionskurven F (nach Fig. I) Schiebung Δ/ erscheint an seinem Ausgang als Dopp- unter Verlegung des Meßbereiches α der Zeitblende 5 lersignal Ud- '^st bereits oben beschrieben worden.

An den Dopplerauswerter 9 schließt sich ein Funk- Das Frgebnis der Auswertung der Störungsfunktionsgenerator 6 an, der das der Relativgeschwindig- 30 tionskurven F ist die in Fig. 2 dargestellte Funktion keit Vrti im Meßbereich α der Zeitblende 5 entspre- v„ -- jf(v„j). die als Kennlinie des Funktionsgenerachende Dopplersignal un nach den ihm als Kennlinien tors 6 dient. Diese Funktion gilt nur für einen bestimmeingegebenen Störungsfunktionskurven F in das der ten Abstand s„ vor dem Bug des Wasserfahrzeuges,
wahren Fahrtgeschwindigkeit v„ durch das Wasser Bei der Verwendung mehrerer umschaltbarer Meßentsprechende Fahrtsignal uf umformt. 35 bereiche α für die Zeitblende 5 mit verschiedenen

Die Fahrtgeschwindigkeit 1·« wird analog zu diesem Abständen s vor dem Bug, insbesondere zu dem

Fahrtsignal «*· in einem Anzeigegerät 7 zur Anzeige Zweck, auch bei extremen Fahrtzuständen immer im

gebracht. linearen Teil einer der Störungsfunktionskurven F zu

In Fig. 4 ist eine Erweiterung der Vorrichtung nach arbeiten, benötigt man für jeden dieser Umschalt-

Fig. 3 schematisch dargestellt, welche die Messung 40 bereiche einen besonderen Funktionsgenerator 6.

der Dopplerverschiebung Δ/ nicht nur im Störungs- Bei Eichung der Skala des Anzeigegerätes 7 bzw. 7„

bereich SB, sondern zusätzlich in einem in Fahrtrich- nach der Funktion v„ = g{v_r,i) kann auf den bzw. die

tung weiter vorn liegenden Meßbereich a„ des unge- Funktionsgeneratoren 6 verzichtet werden,

störten Wassers ermöglicht. Ferner ist es vorteilhaft, zusätzlich zur Fahrtge-

An Stelle einer einzigen Zeitblende 5 und eines 45 schwindigkeit v„ durch das Wasser die Relativgeschwin-

einzigen DoppHauswerter» sind hier zwei Zeitblenden digkeit v_r,j über den Grund zu wissen. Dabei kann

δα und 5& mit je einem Dopplerauswerter 9„ bzw. 9& abwechselnd je ein Wasserschallimpuls nach voraus

in parallelen Kanälen angeordnet. gegen das Wasser und einer schräg abwärts nach voraus

Der Kanal fnit dem Iridfcx α, bei dem sichdem Dopp- gegen den Grund gerichtet ausgestrahlt Werden. Dk

lerauswertet 9_e der Funktionsgenerator 6 und ein 5» beiden so über eine getrennte Dopplerwertung erhal-

Anzeigegerät 7, anschließt, entspricht genau der in tenen Geschwindigkeitswerte werden zweckmäßig ge

Fig. 3 dargestellten Vorrichtung. Er dient zur Messung memsam in einem Anzeigegerät 7 auf verschieden«

der wahren Fahrtgeschwindigkeit v_u über die Relativ- Skalen angezeigt. Zusätzlich kann als dritter Meßwer

geschwindigkeit vra im Störungsbereich SB, seine die Differenz zwischen diesen beiden Geschwindig

Zeitblende S„ ist auf den Abstand s_a (Fig. 1) ein- 55 ketten angezeigt werden, die der Komponente de

gestellt. Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in Schiffs

Der Kanal mit dem Index b besitzt keinen Funktions- vorausrichtung entspricht.

generator, sondern seinem Dopplerauswerter 9_b ist Schließlich können die dargestellten Messunge

unmittelbar ein Anzeigegerät 7» nachgeschaltet. Die nicht nur in Vorausrichtung, sondern auch in andere

Zeitblende 5» ist auf den Meßbereich α« im ungestörten ^6o Richtungen durchgeführt werden, insbesondere aucl

Wasser eingestellt, das Anzeigegerät 7» zeigt also die um eine etwaige Abtrift zu erfassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

I 673 362 ι der in Vorausrichtung Wasserschallimpulse bestimm- Patentansprüche: ter Frequenz im wesentlichen horizontal ausgestrahlt werden, bei der eine kurzzeitig geöffnete Zeitblende

1. Vorrichtung zur Messung der Fahrtgeschwin- die aus dem Nahbereich und die aus dem Fernbereich digkeit von Wasserfahrzeugen, bei der in Voraus- 5 zurückkehrenden Echos unterdrückt, und bei der die richtung Wasserschall im pulse bestimmter Frequenz Dopplerverschiebung der durch Reflexion im Wasser im wesentlichen horizontal ausgestrahlt werden, zurückkehrenden Echoimpulse gemessen wird und bei der eine kurzzeitig geöffnete Zeitblende die aus daraus ein Maß für die Fahrtgeschwindigkeit gewondem Nahbereich und die aus dem Fernbereich nen wird.

zurückkehrenden Echos unterdrückt, und bei der io Es ist bei Vorrichtungen dieser Art bereits vorgedie Dopplerverschiebung der durch Reflexion im schlagen worden, durch eine Zeitblende, die aus dem Wasser zurückkehrenden Echoimpulse gemessen Störunge- oder Bugwellertbereich unmittelbar vor dem wird und daraus ein Maß für die Fahrtgeschwin- Wasserfahrzeug zurückkehrenden Echos zu unterdigkeit gewonnen wird, dadurch gekenn- drücken, weil dieser Störungsbereich durch die Bugzeichnet, daß der Öffnungsbereich (Δ/_α), für 15 welle des auf oder unter dem Wasser sich bewegenden den die Zeitblende (5) ausgelegt ist, einem solchen Wasserfahrzeuges selbst einer mehr oder weniger Entfernungsbereich (a) vor dem Schiffsbug züge- starken Relativgeschwindigkeit gegenüber dem ungeordnet ist, der im Bereich der Störung des Wassers störten Wasser in größerem Abstand vom Wasserfahrdurch die Bugwelle des Wasserfahrzeuges liegt, und zeug unterworfen ist und infolgedessen eine Horizondaß bei der Ermittlung der Fahrtgeschwindigkeit 20 talecholotung eine Dopplerverschiebung ergibt, die (v) aus der gemessenen Dopplerverschiebung (A/) zwar die Relativgeschwindigkeit dieses Störungs- oder eine Einrichtung (6) den durch die Störung verur- Bugwellenbereiches gegenüber dem Wasserfahrzeug sachten Meßfehler durch eine Berücksichtigung richtig wiedergibt, nicht aber die im allgemeinen der durch Eichmessungen ermittelten Störfunktion interessierende Relativgeschwindigkeit zwischen dem kompensiert. 25 Wasserfahrzeug und dem ungestörten Wasser. Aus

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- diesem Grunde wird durch Unterdrückung des Echos kennzeichnet, daß der ausgewählte Abstand (s) des aus dem Störungsbereich zur exakten Bestimmung Meßbereiches (a) der Zeitblende (5) im gemein- der Fahrtgeschwindigkeit die Dopplermessung auf das samen Gradlinigkeitsbereich der für das betreffende ungestörte Wasser in genügendem Abstand vor dem Wasserfahrzeug ermittelten Störungsfunktionskur- 3° Wasserfahrzeug bezogen. Zur Verwirklichung dieser ven (F) liegt. Aufgabe werden Wdsserschallimpulse bestimmter Fre-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- quenz angenähert horizontal in Vorausrichtung ausgekennzeichnet, daß der /»bstanc (s) des Meßbe- sendet, der Empfangsverstärker für die Echos aus Entreiches (a) der Zeitblende (5) ür ;r den gesamten fernungen unmittelbar vor dem Wasserfahrzeug zu-Störungsbereich (SB) bis in das ungestörte Wasser 35 nächst gesperrt und erst für einen solchen Entfernungshinein verschiebbar ist. bereich kurzzeitig geöffnet, in dem das Wasser durch

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- das sich bewegende Wasserfahrzeug noch nicht gestört kennzeichnet, daß sich die Öffnungszeit (Δ/) der ist. Für größere Wasserfahrzeuge, insbesondere solche Zeitblende (5) bei Verschiebung des Meßbereiches mit Bugwulst, kommen dabei Entf-rnungen zwischen (α) in Fahrtrichtung voraus automatisch verlängert. 4" 15 m und 25 m in Betracht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Dieser Verzicht auf die Nahechos hat den Nachteil, kennzeichnet, daß für die Umwandlung der im daß — insbesondere bei Vorliegen von Störungen — Störungsbereich (SB) ermittelten Dopplerverschie- die schwache Intensität des Echos außerhalb des Nahbung (Δ/) in die gesuchte Fahrtgeschwindigkeit bereichs nicht ausreicht, um den Störpegel zu über-(i'ii) in ungestörtem Wasser ein Funktionsgenc- 45 winden. Ferner ergibt sich der Nachteil, daß bei Mesrator (6) vorgesehen ist, dessen Kennlinie auf den sung in flachen Flüssen trotz Bündelung des nach Störungsfunktionskurven (F) basiert. vorne gerichteten Schallstrahls dieser den Boden des

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch Flusses oder die Böschungen trifft und daß von diesen gekennzeichnet, daß an Stelle des Funktions- Bereichen relativ stärkere Echos reflektiert werden, generators (6) eine unter Berücksichtigung der 5° die bei Vorliegen einer Flußströmung von dem gegen Kennlinie des Funktionsgenerators (6) gestaltete da^ Wasser gemessenen Geschwindigkeitswert abSkala im Anzeigegerät (7) vorhanden ist. weichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kennzeichnet, daß zwei getrennte Meßkanäle Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaf-(Indc* α und b, Fig. 4) zur gleichzeitigen Ermitt- 55 fen, mit der eine einwandfreie Messung der Relativlung der Fahrtgeschwindigkeit (»·«) vorhanden sind, geschwindigkeit auch bei verhältnismäßig hohem von denen der eine (Index α) seine Meßwerte aus Störpegel und in flachen Gewässern zu erreichen ist. dem Störurtgsbereich (SB), der andere (Index b) Dabei wird die Erkenntnis berücksichtigt, daß der aus einem bereits im ungestörten Wasser liegenden Störungsfaktor eines im Wasser bewegten Wasser* Meßbereich (a_u) bezieht« wobei die Anzeige ge* 60 fahrzeuges innerhalb seines Bugweilenbereiches im trennt auf zwei Anzeigegeräten (7_a, 7») erfolgt und wesentlichen nur von drei Größen abhängig ist, nänv zur besseren Erkennbarkeit von Anzeigenuntcr- lieh der Form und Oberflächenbeschaffenheit des schieden ein Differenzanzeiger (8) vorgesehen sein Wasserfahrzeuges, von den auf seinen Rumpf bezogekann. nen Ortskoordinaten im Bugweilenbereich oder Stö*

'.' 65 rungsbereich und von der Fahrtgeschwindigkeit des

Wasserfahrzeuges relativ zum ungestörten Wasser.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge*

der Fahrtgeschwindigkeit von Wasserfahrzeugen, bei löst, daß der Öffnungsbereich für den die Zeitblende