DE1766881B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Echolotung kurzer Entfernungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einem Echolotverfah- renzierung oder zusätzliche Verstärkung, ferner der ren für die Messung von kurzen Entfernungen mittels Ableitung eines dem Ende der Hilfsspannung zugeeines durch mechanische Mittel periodisch bewegten ordneten Triggerimpulses durch Differenzierung der Anzeigeorgans, bei dem zur Erhöhung der Auflösung Hilfsspannung und schließlich der Auslösung eines der Anzeige durch zeitliche Dehnung der Impulslauf- 5 Schreibimpulses am Ende der Hilfsspannung durch zeit in der Empfangsapparatur für die Echoimpulse den dem Ende zugeordneten Triggerimpuls, eine kontinuierlich mit ihrer Laufzeit wachsende zu- Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, den Abbil-

sätzliche Verzögerungszeit hinzugefügt wird, ferner dungsmaßstab auf elektronischem Wege exakt zu die Impulsverzögerungszeit linear mit der Impuls- dehnen. Durch die Verwendung einer derartigen laufzeit wächst und eine lineare Anzeigeskala für die io »elektronischen Maßstabsdehnung« wird die zuvor Empfangsapparatur vorgesehen ist. genannte Unmöglichkeit, eine genügend aufgelöste

Dieses an sich bekannte Echolotverfahren (deut- Anzeige des Nahbereichs trotz Unmöglichkeit, die sches Patent 961954) genügt den heutigen Genauig- Geschwindigkeit der mechanischen Anzeigeorgane zu keitsforderungen nicht mehr und reicht auch nicht erhöhen, umgangen und trotzdem sind exakte Mesbis zu so kurzen Entfernungen, wie sie bei den mo- 15 sungen durchführbar. Nur wenn die Anzeige genau dernen Supertankern und Küstenvermessungen not- genug ist, insbesondere auch Zwischenwerte abzuwendig sind. Diese Tanker müssen sämtliche für sie lesen gestattet, bietet sie im praktischen Einsatz gegünstige Momente exakt ermitteln, um bis zur äußer- nügend Sicherheit.

sten Grenze des Möglichen zu gehen, um gerade eben Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher

noch Häfen anlaufen zu können, die eigentlich für so 20 erläutert; es zeigt

große Schiffe nicht gedacht sind, ohne hierbei das Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei-

Schiff zu gefährden. Beispielsweise ist es möglich, spiels, —

mit Hilfe der Flutwelle und kurzzeitiger Grundberüh- F i g. 2 ein Zeitdiagramm der elektronischen Maß- Q

rung doch noch einen an sich zu kleinen Hafen anzu- stabsdehnung nach der Erfindung, laufen. Voraussetzung ist aber, daß ständig der Ab- 25 F i g. 3 ein erfindungsgemäßes Impulsdiagramm zur stand des Meeres- oder Flußbodens unter dem Kiel exakten Ausnutzung der geometrisch richtigen Dehauch noch im Zentimeterbereich gemessen und nung der F i g. 2 in der Praxis,

— hier liegt die ganz besondere Schwierigkeit — F i g. 4 eine Generatorausführung für die Dreieck-

auch schiffahrtsgerecht angezeigt wird. Dies gilt auch spannung der F i g. 3,

z. B. für die Tiefenvermessung in küstennahen Ge- 30 Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einer am Ende wässern etwa zur Kontrolle der Sandbänke bzw. der Dreieckspannung ausgelösten Hilfsspannung, deren Veränderungen im Lauf der Zeit. F i g. 6 bis 8 bekannte Grundschaltungen von ein-

Zwar arbeiten Kathodenstrahlröhren extrem zelnen Bausteinen der F i g. 5,

schnell, aber wenn eine kurze Sandbank in einer F i g. 9 und 10 ein Ausführungsbeispiel mit diffe-

Hafeneinfahrt mit Grundberührung überfahren wer- 35 renzierendem Hilfsspannungsgenerator, den soll, benötigt die Schiffahrt wie auch die Küsten- F i g. 12 ein Ausführungsbeispiel mit stark ver-

vermessung eine Profilaufzeichnung des Bodens, so stärktem Hilfsspannungsgenerator, daß aus der Form das Risiko abgeschätzt bzw. die Fig. 11 und 13 eine Kombination aus verstärken-

zeitliche Veränderung ermittelt werden kann. Der- dem und differenzierendem Hilfsspannungsgenerator, artige Anzeigegeräte sind aber mechanische Schreiber, 40 Fig. 14 eine kombinierte Anzeige und die viele Lotungen nebeneinander aufzeichnen und F i g. 15 ein zugehöriges Schaltungsbeispiel,

dadurch ein Profil liefern. In der F i g. 1 ist mit 1 ein kleines Stück der Schiff s-

Bei derartigen Anzeigeverfahren, die mit mecha- haut in der Nähe des Sendewandlers 2 und des Empnischen Elementen arbeiten, wird aber der Abbil- fangswandlers 3 bezeichnet. Der Boden 4 einer Ha- Λ dungsmaßstab relativ früh begrenzt. Eine notwendige 45 feneinf ahrt ist zur Veranschaulichung darunter, wenn ^ Vergrößerung des Abbildungsmaßstabes setzt ent- auch nicht maßstäblich, gezeichnet, Die Form der sprechend schnellere Bewegung des mechanischen Bodenoberfläche möchte der Kapitän in der Anzeige Aufzeichnungsmechanismus voraus, die mit wirt- wiederfinden.

schaftlich sinnvollen Mitteln nicht beliebig erhöht Gebräuchlich ist die Aufzeichnung auf stromwerden kann. Die Folge hiervon ist, daß, insbeson- 50 empfindlichem Papier, das z. B. von links nach rechts dere im Zentimeterbereich, die Echos in der Anzeige schrittweise um eine Strichbreite nach jeder Lotung vom Nullschall nicht genügend unterschiedlich ge- transportiert wird und über eine metallene Platte 6 schrieben werden können. Der Erfindung liegt des- gespannt ist. Diese Platte ist geerdet und Gegenelekhalb die Aufgabe zugrunde, den Abbildungsmaßstab trode zum Schreibgriffel 7, der quer zur Vorschubsexakt zu vergrößern, ohne die Geschwindigkeit der 55 richtung des Papiers, von einem nichtleitenden Riemechanischen Bewegung zu erhöhen. men 8 getragen, mit gleichförmiger Geschwindigkeit

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung mittels einer über das Papier geführt wird. Soll beispielsweise ein Weiterbildung eines Echolotverfahrens der eingangs 75-cm-Bereich etwa 15 cm breit geschrieben werden, genannten Art durch die Erzeugung einer Dreieck- so müßte der Griffel diese Strecke in V1000 Sekunde spannung durch die mit der Aussendung des Meß- 60 (Schallgeschwindigkeit im Wasser etwa 1500m/sec) impulses beginnende stromkonstante Aufladung eines zurücklegen. Da hierbei außerdem noch ein dauern-Kondensators, die durch den eintreffenden Echo- der Kontakt der Griffelspitze mit dem Papier geimpuls in eine stromkonstante Entladung umgesteuert währleistet sein muß, ist es praktisch nicht möglich, wird, ferner der Auslösung oder Ableitung wenig- diesen Bereich mit einer derartigen, für wesentlich stens einer rechteck- oder trapezförmigen Hilfsspan- 65 größere Meßbereiche bewährten Anzeigevorrichtung nung aus der Dreieckspannung wenigstens mit über- wiederzugeben. Im günstigsten Fall wird lediglich einstimmendem Ende, wie z. B. durch Vergleich mit eine verlängerte Nullmarke 9 (auf einem Stück Reeinem diskreten Potential des Kondensators, Diffe- gistrierpapier5a gesondert gezeichnet) erhalten, die

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wegen des außerordentlich geringen Abstandes zwi- Schallaufzeiten und den aufgezeichneten Zeiten besehen dem Ende des Nullschalls und dem Anfang des steht: Alle Schallaufzeiten werden um denselben Fak-Bodenechos bei extrem geringer Tiefe keinerlei Aus- tor gedehnt, in diesem Fall um 7:1. Damit ergibt sagen über die Form der Bodenoberfläche erkennen sich eine maßstabstreue, geometrisch ähnliche Abläßt. Die Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen 5 bildunglO des Bodenprofils 4 im Echogramm (Fig. 1). Zeitdehnung bringt hier Abhilfe und liefert die Ferner wird eine streng linear geteilte Skala 5

genau maßstäblich verkleinerte Bodenanzeige 10, möglich, wie sie auch in anderen Entfernungsbereieinen während der Fahrt des Schiffes durch laufendes chen der Echolotung üblich ist. Wird beispielsweise Loten aufgenommenen Längsschnitt des überfahre- ein 21 m breites Registrierpapier benutzt und die Genen Bodens. io schwindigkeit des Riemens 8 so eingestellt, daß ohne Hierbei geht die Lotung in üblicher Weise von- Dehnung der Meßbereich 0 bis 21 cm ist, d. h. 1 cm statten, d. h., von einer Taktgeber 11 — elektro- 1 Meter entspricht, ergibt mit der vorgenannten sienischer Taktgeber oder mechanischer, z. B. vom benfachen Dehnung ein Gesamtmeßbereich von 0 bis Schreibriemen 8 zu betätigender Kontakt — wird ein 3 m. Damit entsprechen 7 cm auf dem Papier 1 Me-Oszillator 12 angestoßen, der wiederum den Sende- 15 ter in der Natur. Hieran wird deutlich, in welchem wandler 2 erregt. Der vom Sendewandler in das Was- Nahbereich mittels der Erfindung noch exakt zu reser ausgesandte kurze Schallwellenzug wird am Bo- gistrieren ist.

den 4 reflektiert und das Echo vom Empfangswand- Diese Maßstabstreue, wie sie bei einem die Tiefe

ler 3 wieder in elektrische Signale umgewandelt, die messenden Echolot benötigt wird, erscheint aber im Empfangsverstärker 13 ausreichend verstärkt 20 trotz der Linearität der Kondensatorspannung nur werden. Würden diese verstärkten Echoimpulse un- dann in der Praxis, wenn der Schreibimpuls 20 bzw. mittelbar aufgezeichnet, so ergäbe sich bei extrem 20 a exakt am Ende i_s bzw. t/ liegt. Würde diese geringen Tiefen das unzulängliche Echodiagramm des Lage Undefiniert sein, oder auch nur immer um einen Registrierstreifens Sa. mehr oder weniger konstanten Betrag zu früh liegen

Bei der Erfindung ist aber ein zusätzlich vom 25 — weil für die Auslösung eines Schreibimpulsgene-Taktgeber 11 beaufschlagter Dreieckspannungsgene- rators immer ein gewisses Spannungsniveau erforrator 14, ein Impulsformer 15 a und ein Schreib- derlich ist —, so würde sich ein Meßfehler ergeben, impulsgenerator 15 b zwischen Empfangsverstärker der gerade für die interessierenden kürzesten Entfer-13 und Registriergerät zwischengeschaltet. Der so nungen untragbar wäre und die Auswertung der entstehende verzögerte Schreibimpuls liefert ein maß- 30 vergrößerten Bodenkontur 10 (F i g. 1) im praktischen stabgetreues Abbild 10 des Bodens. Hierdurch ist Schiffsbetrieb und in der Bodenvermessung unmögeine strenge Proportionalität der Verzögerung wie lieh machen würde. Bei der Erfindung wird deshalb auch eine exakte Lage des verzögerten Schreibimpul- zur Erreichung der exakt maßstäblich dehnenden ses genau am Ende der Dreieckspannung gewähr- Wirkung der F i g. 2 eine Hilfsspannung zwischen leistet. 35 Dreieckspannung und Schreibimpuls eingefügt, wie

Die Dreieckspannung wird mit einer vom Sende- sie nachfolgend in den Fi g. 3 a bis 3 d beispielhaft impuls ausgelösten, streng stromkonstanten Konden- erläutert wird.

satoraufladung, mit einer eben solchen, durch den In der ersten Zeile A ist die Dreieckspannung der

Echoimpuls ausgelösten Entladung, die zu einem F i g. 2 wiederholt gezeichnet und mit 33 bezeichnet, linearen Spannungsanstieg und -abfall über den Kon- 40 In der zweiten Zeile B sind Hilfsspannungen mit densator führt, gewonnen. In F i g. 2 ist ein Zeitdia- einer gegenüber der Dreieckspannung steileren Rückgramm dargestellt, in dem die Kondensatorspan- flanke gezeigt, die je nach der Art ihrer Ableitung nung U_c gegenüber der Schallaufzeit t aufgetragen aus der Dreieckspannung 33 unterschiedliche Form ist. Ferner sind darunter die zu den einzelnen Zeiten aufweisen, wobei aber in jedem Fall das Ende dieser auftretenden Impulse dargestellt. 45 Hilfsspannungen mit dem Endzeitpunkt t_s der ur-

Zur Zeit t₀ — dem Beginn der Lotperiode — wird sprünglichen Dreieckspannung 33 zusammenfällt, ein Sendeimpuls 16 ausgesendet und gleichzeitig die Besitzen diese Hilfsspannungen der Zeile B zum Zeit-Kondensatorspannung Uc linear auf dem Ast 17 bis punkt i_s bereits eine genügend steile Rückflanke, so zum Eintreffen eines Echoimpulses 18 zur Zeiti_£ auf- kann diese Rückflanke 71a-71ö in bekannter Weise geladen. Von diesem Moment an sinkt die Konden- 50 durch Differenzieren als im Zeitpunkt i_s liegender satorspannung U_c linear auf dem Ast 19 und löst an Nadelimpuls 72 a bis 72 d gesondert gewonnen werihrem Ende zur Zeit t_s den Schreibimpuls 20 aus. Die den: Zeile D. Diese Nadelimpulse können bereits nach Zeit ist um das Verhältnis Stromverstärkung mittels Kathodenfolger bzw. Emit

terfolger direkt als Schreibimpuls Verwendung finden

t_s — t_o/t_E — i₀ 55 oder als Triggerimpuls zur Auslösung eines etwas

längeren Schreibimpulses 52 a bis 52 d dienen: im gezeichneten Beispiel wie 7 :1 gedehnt. Würde Zeile E.

bei einer weiteren Lotung ein Echo 21 zu einem spä- Ist der Dreieckimpuls sehr langgestreckt, so ist es

teren Zeitspunkt t_E' eintreffen, so würde U_c linear zweckmäßig, die Dreieckspannung nicht sofort in auf dem Ast 17 a weiter ansteigen und erst dann auf 60 eine Rechteckspannung umzuformen, sondern zudem Ast 19 a linear fallen und zu dem viel späteren nächst eine Trapezform 51 d an Stelle der Rechteck-Zeitpunkt t/ den Schreibimpuls 20 α auslösen. Auch formen 51a bis 51c zwischenzuschalten und erst aus hier gilt dieser unter Bildung einer weiteren Hilfsspannung

t'—t/t'—t =7-1 (Zeile C), die bevorzugte Rechteckform 73 d mit ihrer

^s ο ε 0 · ■ 65 im Zeitpunkt i_s liegenden sehr steilen Rückflanke 71 d

Allgemein zeigt eine geometrische Betrachtung des zu gewinnen. Durch diese zweifache Impulsformung C/_t.-i-Diagramms, daß unter Hinzuziehung des Strah- wird der Spannungsknick im Zeitpunkt t_s schärfer lensatzes eine strenge Proportionalität zwischen den herausgearbeitet.

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Die bei der Herleitung der Zeile D durch Diffe- vom npn-Typ an der Diode D zunächst eine positive rentiation ebenfalls entstehenden weiteren Nadel- Spannung liegt. Dann ist T₁ geöffnet, und auch an impulse lassen sich entweder durch Kurzschließen dessen Emitterwiderstand R₃ liegt eine positive mittels Dioden unwirksam machen (negative Nadel- Spannung, die auch T₂ öffnet. Durch die Inversion impulse 74 a bis 74 e) oder für weitere Zwecke ver- 5 der Emitterschaltung des T₂ ist die Kollektorspanwenden, wie der mit dem Schreibimpuls-Trigger- nung von T₂ nahezu Null und damit der aus T₃ geimpuls 72b bzw. lld gleichgerichtete, zum Zeit- bildete zweite Emitterfolger gesperrt. Es möge weiter punkt i₀ auftretende Nadelimpuls 75 & bzw. 75 d vorausgesetzt werden, daß dieser Zustand bereits eine selbst oder als Triggerimpuls für den Nullmarken- längere Zeit bestanden hat, so daß die kapazitive Schreibimpuls 76 b bzw. 76 d. io Rückkopplung über C ohne Einfluß ist. Nunmehr ge-

In der Fig. 1 besteht folgende Zuordnung der langt der negative Impuls 31 (gemessen gegen den Zeilen A bis E: Emitter T₂) an die Diode D, die dann in Sperrichtung

beansprucht wird und diesen Stromzweig aus D und Dreieckspannungs- j^ _oh_ne Einfluß auf das weitere Geschehen werden

generator 14 Zeile A ₁₅ läßt. Dafür wird aber R₂ wirksam, weil gleichzeitig

Impulsformer 15 a Zeile B und mit D auch T₁ und mit ihm auch T₂ gesperrt werden.

gegebenenfalls B und C Dadurch und durch die Inversion wird T₃ leitend,

r, , .,. , „ _, ^ ., ~ so daß an seinem Emitter eine positive Spannung ent-

Schreibimpulsgenerator 15 b Zeile.D und steht. Jetzt kommt die bekannte Rückkopplung des

gegebenenfalls D und E ₂₀ Miller-Integratorprinzips zur Wirkung, indem diese

positive Spannung über C an die Basis von T₁ gelangt

Es werden jetzt Ausführungsbeispiele von Schal- und die vorhin beschriebene Sperrung der Transistotungsanordnungen beschrieben, die die Impulsformen ren T₁ und T₂ verlangsamt. Dadurch steigt aber auch m der Fig. 3a bis 3d herzustellen gestatten. Voran- am Kollektor von T₃ die bereits erwähnte positive gestellt wird die Besprechung der Erzeugung der 25 Spannung nur langsam an, was wiederum einer Ver-Dreieckspannung 33, die einen geradlinigen Anstieg langsamung der Sperrung von T₁ und T₂ bewirkt usw. und Abfall aufweisen soll. Der zeitliche Anstieg der Dreieckspannung 33 hängt

Für die hierfür vorgesehene stromkonstante Auf- von der Schaltungsdimensionierung ab und wird im ladung bzw. Entladung gibt es viele an sich bekannte wesentlichen mit zunehmendem R₂ und C flacher. Schaltungen, z. B. die Stromführung über eine Diode 30 Die maximale Spannung am Emitter von T₃ ist durch oder Triode, die im Sättigungsgebiet arbeitet. Eben- dieBatteriespannung der nicht eingezeichneten Gleichfalls ist eine Pentode als Lade- bzw. Entladewider- spannungsversorgung der Transistoren und die Reststand geeignet, weil ihr Anodenstrom weitgehend von spannung des geöffneten Transistors T₃ über dem der Anodenspannung, d. h. in diesem Fall von der Widerstand R₅ begrenzt.

Kondensatorspannung, unabhängig ist; entsprechend 35 Fällt jedoch zur Zeit t_E ein Echo ein, so wird der Kaskodeschaltungen, Transistorschaltungen, insbeson- an sich längere negative Impuls 31 vorzeitig zum dere Transistor in Basisschaltung. Ferner gibt es spe- Zeitpunkt t_E beendet, und an die Diode D gelangt zielle Schaltungen, die auf Grund einer sehr starken wieder eine positive Spannung. Dies hat eine UmGegenkopplung für einen weitgehend linearen Span- kehrung des soeben beschriebenen Vorgangs zur nungsverlauf am Kondensator sorgen (z. B. Miller- 4° Folge. Der lineare Spannungsanstieg am Emitter von Integrator, Bootstrap-Schaltung). Eine neue, beson- T₃ kehrt sich um, und der lineare Spannungsabfall ders für die Erfindung geeignete Ausführung eines der Dreieckspannung 33 setzt ein, an dessen Ende derartigen Typs, der auch den weiteren Ausfüh- die Auslösung des Schreibimpulses erfolgt, rungsbeispielen zugrunde liegt, ist in der F i g. 4 dar- Die Zeit des Abfallens hängt neben der Größe von d

gestellt. 45 C auch von R₁, insbesondere von dem Verhältnis ™

Am Eingang 30 dieser Anordnung ist ein Recht- R₁ : R₂ ab. (Die ebenfalls eingehende Amplitude des eckimpuls 31 der zu dehnenden Länge t_ot_E zu legen, Rechteckimpulses 31 ist in der Regel konstant und wie er durch Triggerung eines bistabilen Multivibra- kann deshalb bei dem Zeitenvergleich unberücksichtors durch Sendeimpuls und Echoimpuls der Lot- tigt bleiben.) Es ist also leicht möglich, durch einanlage gewonnen werden kann. Zunächst bewirkt der 5° stellbare Veränderung dieser Größen, insbesondere Rechteckimpuls durch Integration einen linear an- der Widerstände, die im Zusammenhang mit der steigenden Sägezahn, und zusammen mit dem zeit- Fig.2 beschriebene Maßstabsdehnung zu variieren, proportionalen, linearen Entlade-Sägezahn ergibt sich Insbesondere ist es möglich, die stromkonstante Entder Dreieckimpuls 33 am Ausgang 34, wie er in ladung des Kondensators C im Vergleich zur Auf-F i g. 2 erläutert wurde. 55 ladung nur mit einem Bruchteil der Stromstärke vor-

Im einzelnen besteht der Miller-Integrator aus drei, zunehmen. Hierzu ist R₁ größer als R₂ zu wählen. Es und zwar zwei als Emitterfolger (T₁, T₃) und der ergibt sich die besonders stark dehnende unsymmemittlere (T₂) in Emitterschaltung arbeitenden Tran- irische Dreieckspannung 33 mit einer gegenüber der sistoren, wobei die Basis des zweiten (T₂) mit dem Aufladezeit t_ot_E längeren Entladezeit t_Et_s. Ist beiEmitter des ersten (T₁) und die Basis des dritten (T₃) 60 spielsweise die Zeitkonstante der Entladung T_e sechsmit dem Kollektor des zweiten (T₂) galvanisch und mal größer als die Aufladung T₁₁, so ergibt sich eine der Emitter des dritten (T₃) über einen Kondensa- Dehnung
tor C mit der Basis des ersten (T₁) verbunden und

ferner an der Basis des ersten (T₁) eine Diode D mit D = T_e + T_aIT_a von D₁ = 6 4- 1/1 = 7

Widerstand A₁ in Serie zusammen mit einem Ableit- 65
widerstand R₂ angeordnet sind. wie in Fig.2. Und entsprechend bei dem neunfachen

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst Wert
angenommen, daß bei den gewählten Transistoren D₁₀ = 9 + 1/1 = 10.

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Für eine vereinfachte Skalenanzeige empfiehlt sich spannung erzeugt, die als Nullpunktunterdrückung eine Dehnung, bei der die Hilfsspannung liefernde arbeitet und nur hinreichend große Echospannungen Impulsformer aus wenigstens einem zwischen Miller- für die Steuerung der elektronischen Dehnung wirk-Integrator und Anzeigevorrichtung angeordneten sam werden läßt. Damit wird verhindert, daß auch Rechteck-Impulsformer gebildet ist, der von dem 5 Echosignale von Fischen und anderen kleineren Re-Dreieckimpuls des Miller-Integrators vor dessen Sektoren irrtümlich an Stelle des Bodenechos die Ende bei einem diskreten Potential ausgelöst wird. Dehnung in Gang bringen.

Insbesondere empfiehlt sich für zahlreiche Anwen- Für eine weitere Verfeinerung der Genauigkeit

düngen eine Dehnung D₅ = 4 + 1/1. Besitzt bei- und Sicherheit des Ansprechens des bistabilen Multispielsweise der erste ungedehnte Bereich eine Skala io vibrators 36 ist der monostabile Multivibrator 43 vorvon 0 bis 75 m und der zweite ungedehnte infolge gesehen. Es wird ebenfalls von dem an Klemme 39 der halben Geschwindigkeit des Riemens 8 eine Skala liegenden Sendeimpuls oder Taktgeberimpuls bzw. von 0 bis 150 m, kann der Tiefenwert der gedehnten dem Ausgangsimpuls des zugeordneten Impulsfor-Aufzeichnung im ersten Bereich (75 m : 5 = 15 m) mers 40 ausgelöst, um nach einer vorgegebenen Zeit an der Skala des zweiten ungedehnten Bereiches 15 selbsttätig wieder in seinen Ausgangszustand zurück-(0 bis 150 m) abgelesen werden. Der Skalenwert ist zukippen. Diese Impulszeit ist zweckmäßigerweise dann lediglich durch 10 zu teilen. einstellbar, beispielsweise mittels des einstellbaren

Zur Erhöhung der Temperaturstabilität ist es Kondensators C₂. Die während der Kippzeit negative zweckmäßig, in dem Miller-Integrator der Fig. 3 Ausgangsspannung des monostabilen Multivibrators eine Gegenkopplung anzuwenden, die vom Emitter 20 43 (PNP-Typ) sperrt den Vorbereitungseingang 44 des Transistors T₃ zurück zur Basis des Transistors T₂ des bistabilen Multivibrators 36. Hierdurch wird ausführt. Diese Gegenkopplungsleitung 70 ist mit den geschlossen, daß unmittelbar nach dem Sendeimpuls dann zweckmäßigen Widerständen R₆, R₇ gestrichelt gegegebenenfalls einfallende starke Störimpulse (rein F i g. 3 eingezeichnet. verberation) nicht den bistabilen Multivibrator 36

In der F i g. 5 ist eine Gesamtschaltung gegeben, 25 zurückkippen können, sondern erst das nach der in der noch verfeinernde Verbesserungen eingearbei- Sperrzeit zu erwartende Nutzecho,
tet sind. Die Schaltung sei zunächst ohne diese Fein- Nachdem also nunmehr der Miller-Integrator 35

heiten betrachtet. Die symbolische Darstellung auch besonders exakt und betriebsicher von dem zwischen der später noch zu beschreibenden weiteren Impuls- Sendeimpuls und Echoimpuls sich erstreckenden stufen zeigt gleichzeitig die Möglichkeit, die Gesamt- 3° Rechteckimpuls des bistabilen Multivibrators 36 beschaltung aus einzeln käuflichen Bausteinen (Digital- aufschlagt ist, integriert er diesen in die Dreieckspan-Bausteine) aufzubauen. Zum besseren Verständnis nung33a, entsprechend33 der Fig. 3. Die am Ausder Schaltung sei noch bemerkt, daß es sich bis auf gang 45 auftretende zeitlich mit guter Linearität bei den Miller-Integrator 35 und den Oszillator 53 hoher Aussteuerung gegenüber der Echolaufzeit ge-— beide sind mit NPN-Transistoren gebaut — um 35 dehnte Dreieckspannung wird dazu verwendet, an PNP-Bausteine handelt. ihrem Ende den Hilfsspannungsgenerator auszulösen.

35 ist der Miller-Integrator, vorzugsweise in der Für eine möglichst präzise Auslösung ist zunächst ein Ausführung der F i g. 4. Er wird beaufschlagt von Triggerimpulsformer 46 (vorzugsweise ein Schmittdem Ausgangsimpuls eines bistabilen Multivibrators Trigger mit Siliciumtransistoren) vorgesehen, dessen 36. Der Impuls des bistabilen Multivibrators 36 soll 40 Ausgangsimpuls bei geringen Anforderungen an die sich von t₀ bis t_E erstrecken; er ist deshalb an seinem Genauigkeit bereits als Schreibimpuls in der Anzeigeersten Impulseingang 37 vom Sendeimpuls bzw. vorrichtung 47 verwendbar wäre, besser aber mit seivom Taktgeberimpuls in die eine Ruhelage gebracht ner steilen Vorderflanke den eigentlichen Hilfsspan- und sodann an seinem zweiten Impulseingang 38 nungsgenerator triggert. Die außerdem eingezeichnedurch den Echoimpuls in die andere Ruhelage, wo- 45 ten Weiterbildungen dienen der weiteren Präzisierung durch der in F i g. 4 mit 31 bezeichnete Rechteck- des Meßergebnisses.

impuls entsteht, welcher durch Integration eine zeit- Zunächst ist in Anpassung an die Daten des als

proportionale Spannungsänderung hervorruft (Mil- Digital-Baustein zu wählenden Triggerimpulsformers ler-Integrator). 46 eine Zener-Diode ZD zwischen Miller-Integrator

Als Verfeinerung dieser Ausführung ist für den an 50 35 und Triggerimpulsformer 46 angeordnet, deren der Klemme 39 liegenden Sendeimpuls bzw. Takt- niedrige Zener-Spannung ein exakten Spannungsgeberimpuls der Triggerimpulsformer 40 (Schmitt- normal für die definierte Auslösung des Trigger-Trigger) zwischengeschaltet, um exakte Rechteck- impulsformers 46 am Ende der Dreieckspannung des impulse zur definierten Auslösung des bistabilen Miller-Integrators 35 liefert. Unterschreitet nämlich Multivibrators 36 zu erlangen. Dem gleichen Zweck 55 die zugeordnete Emitterspannung (F i g. 4) diesen dient der zwischengeschaltete weitere Triggerimpuls- vorgegebenen Wert der Zener-Spannung (bezogen former 41 für den an der Klemme 42 liegenden Echo- auf den Emitter des T₂) bzw. überschreitet sie einen impuls. A₆ dient der Empfindlichkeits- bzw. Schwell- negativen Wert (bezogen auf die in Fig. 4 nicht einwerteinstellung des Echokanals. Die Dioden D₂ und gezeichnete Batteriespannung), so springt der Triggering sind Trenndioden für die Eingänge der Trigger- ⁶° impulsformer 46 aus seiner Ruhelage und erzeugt an impulsformer 40 und 41. Damit darf an 39 im Ruhe- seinem Ausgang 48 einen positiven Rechteckimpuls, zustand eine negative Spannung anliegen, die wesent- da sein erster npn-Transistor nicht mehr öffnet sonlich größer ist als die negative Betriebsspannung des dem sperrt.

»Digital-Bausteines« 40, ohne den Baustein zu be- Gleichzeitig wird durch die Verwendung der Zener-

schädigen. Diode D₃ läßt nur die negativen Halb- 65 Diode ZD der gedehnte Meßwert der Echolaufzeit wellen der verstärkten Echospannung den »Digital- exakt festgelegt. Zur Auswertung der exakten Zener-Baustein« 41 beeinflussen. Durch Anliegen einer po- spannung ist der monostabile Multivibrator 49 als sitiven Vorspannung mittels R₆ wird eine Schwellen- Hilfsspannungsgenerator und der weitere monostabile

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Multivibrator 50 als Schreibimpulsgenerator zwi- 61 für dessen Dauer unterbunden werden kann, wie schengeordnet. beim bistabilen Multivibrator 36 vorgesehen. Das

Der erste monostabile Multivibrator 49 wird von Zurückkippen, im Falle des bistabilen Multivibradem positiven Spannungssprung des Triggerimpuls- tors, in die Ruhelage erfolgt durch einen positiven formers 46 für eine konstante Zeit aus seiner Ruhe- 5 Impuls bzw. Spannungssprung an der Klemme 62. lage gebracht und kippt dann selbsttätig wieder zu- Der Ausgangsimpuls kann den Klemmen 63, 64 entrück. Seine Impulslänge ist mittels des auswechsel- nommen werden, je nach gewünschter Polarität, baren Kondensators C₃ und des nicht gezeichneten F i g. 7 stellt die bekannte Ausführung eines als

Basiswiderstandes in weiten Grenzen einstellbar. Die Triggerimpulsformer zu verwendenden Schmitt-Zeit bzw. die Impulslänge ist exakt so einzustellen, io Trigger dar. 65 ist Eingangsklemme und 66 Ausdaß dieser monostabile Multivibrator 49 wieder in gangsklemme.

seine Ruhelage zurückkippt, wenn die Dreieckspan- F i g. 8 zeigt einen tastbaren Oszillator, im Beispiel

nung 33 des Miller-Integrators auf ihren Endwert im einen Clapp-Oszillator, der durch eine negative VorZeitpunkt f_s abgefallen ist. spannung am Gitter seiner Röhre, die an die Klemme Das Ende 19 b des abfallenden Astes der Dreieck- 15 67 zu legen ist, normalerweise gesperrt ist. Auf diese spannung aus F i g. 3 a ist in F i g. 5 nochmals her- bekannte Weise läßt sich auch jeder andere Oszillaausgezeichnet. Hier ist ebenfalls die Zener-Spannung tor sperren. Sodann wird die negative Sperrspannung U₂D eingezeichnet, die sehr exakt den Zeitpunkt t_v durch den positiven Schreibimpuls 52 (F i g. 5) an der festlegt, wo der Triggerimpulsformer 46 anspricht, Klemme 68 aufgehoben. Nur während dieser kurzen mit dessen positiver Vorderflanke der erste mono- 20 Zeit schwingt der Oszillator und liefert an der Kastabile Multivibrator 49 getriggert den Kompen- thode bzw. der Ausgangsklemme 69 niederohmig sations- bzw. Hilfsspannungsimpuls 51 liefert, durch einen entsprechend kurzen Impuls als Wechselstromden der sehr exakte Zeitpunkt t_v auf den gewünsch- schreibimpuls.

ten Anzeigepunkt t_s transformiert wird. Damit wird In den folgenden Figuren werden Vorrichtungen

auch elektrisch exakt der für die Abbildungstreue 25 beschrieben, die den Diagrammen der Fig. 3b bis nach dem in der F i g. 2 angewendeten Strahlensatz 3 d zugeordnet sind.

maßgebliche geometrische Punkt t_s immer mit großer In den Fig. 9 bis 11 wird entsprechend Fig. 3b

Genauigkeit erreicht. Wie der Fig. 2 ebenfalls ent- die Hilfsspannung 51 & durch Differentiation der nehmbar ist, bleibt wegen der bei unterschiedlicher Dreieckspannung 33 gewonnen, wozu in den F i g. 9 Echolaufzeit konstanten Neigung des abfallenden 30 bis 11 Differenziereinrichtungen 15 c, ISd, 15 e geAstes 19 bzw. 19 a der Dreieckspannung die durch zeichnet sind, die den Hilfsspannungsgeneratorl5a den Rechteckimpuls 51 (F i g. 4) auszugleichende Zeit der F i g. 1 weiterbilden. Aus der F i g. 1 sind ferner für alle Echolaufzeiten konstant. zur Erinnerung der Dreieckspannungsgenerator 14

Von der Rückflanke des Ausgleichsimpulses 51 und der Schreibimpulsgenerator 15 b wiederholt, wird der zweite monostabile Multivibrator 50, der 35 Das Differenzierglied 15 c ist in einfachster Weise Schreibimpulsgenerator, angestoßen, der den kurzen als .RC-Glied (Widerstand-Kondensator-Serienschal-— z. B. 1 bis 3 msec langen — für die exakte Auf- tung) ausgebildet, das natürlich ein i?L-Glied (Widerzeichnung an sich bereits verwendbaren Schreib- stand-Spulen-Serienschaltung) sein kann. Weil der impuls 52 liefert. Linearitätsverlauf eines Kondensators aber besser ist

Da beim Schreibvorgang Leistung verbraucht wird, 40 als der einer Spule, wird das i?C-Glied bevorzugt, ist noch eine dem Schreibimpulsgenerator zuzurech- Die Spannung über dem Widerstand ist bekanntlich nende Leistungsstufe 53 nachzuschalten, die durch dem Differentialquotienten der anliegenden Spannung den Schreibimpuls 52 für eine markierbare Zeit aus- proportional, so daß bereits durch einmalige Diffegesteuert wird. Insbesondere ist 53 in einer bevorzug- rentation die Hilfsspannung 51 b aus der Dreieckten Ausführungsform ein tastbarer Oszillator, den der 45 spannung mehr oder weniger vollkommen gewonnen Schreibimpuls 52 für seine kurze Impulszeit schwin- werden kann. Ihre Form wird aber um so rechteckigen läßt. Dadurch ergibt sich ein entsprechend kur- ger sein, je steiler bereits die Dreieckspannung ist. zer Wellenzug als Schreibimpuls, der leistungsmäßig Im anderen Fall ist es günstiger, zusätzliche Maßnaheinfacher zu verwenden ist. Dieser kurze Wechsel- men zu ergreifen.

spannungsimpuls wird nämlich der Anzeigevorrich- 50 So ist in der Fig. 10 das Differenzierglied C₈A₈ tung 47 zugeleitet und liefert dort eine deutliche in Verbindung mit einem z. B. in Basisschaltung ar-Markierung: beim Schreiber eine Schwärzung und beitenden Transistor T₈ gebracht, wodurch der durch bei einer rotierenden Edelgaslampe ein kurzzeitiges alleinige Verwendung eines passiven Zweipols C_äR_s Aufleuchten. verursachte Amplitudenverlust wenigstens zu einem

Wie bereits erwähnt, sind die in der F i g. 5 ver- 55 großen Teil wieder ausgeglichen wird. Dabei hat die wandten Impulsstufen als fertige Digital-Bausteine Verwendung der Basisschaltung, z. B. gegenüber käuflich. Im übrigen gehört ihre Schaltung zum ele- einer Emitterschaltung des Transistors T₈, noch den mentaren Rüstzeug des Elektronikers, wie es folgend Vorteil einer größeren Linearität des Stromverstärkurz zusammengestellt wird. kungsfaktors.

In Fig. 6 ist ein monostabiler Multivibrator mit 60 In der Ausführung der Fig. 11 wird bezüglich Lipnp-Transistoren gezeichnet, zusammen mit einer nearität und Stabilität noch ein Schritt weiter gegangestrichelt ausgeführten Abwandlung als bistabiler gen, indem als differenzierender Hilfs-Spannungs-Multivibrator. Im letzteren Fall gilt auch für die generator 15 e ein differenzierender Operationsveroben angeordneten Gleichspannungsquellen das in stärker verwendet wird.

Klammern angeführte Pluszeichen. D₄ ist Trenn- 65 Operationsverstärker sind Verstärker, die als Baudiode. Auf die Klemme 60 ist der positive Impuls für steine für Analogrechner handelsüblich sind. Sie bedas Kippen aus der Ruhelage zu geben, was gegebe- sitzen dadurch eine besonders große Stabilität und nenfalls durch einen negativen Impuls an der Klemme Linearität, daß der Ausgang des an sich (bei offener

11 12

Gegenkopplungsschleife = open loop gain) hoch ver- aus einem Differenzverstärker 73 als invertierendem

stärkenden Verstärkers 71 durch die Gegenkopplungs- und mit einem konstanten Koeffizienten multiplizie-

schleife 72 stark gegenkoppelnd an dessen Eingang renden Operationsverstärker und einem nachgeord-

zurückgeführt ist. Diese Eigenschaften machen sie neten differenzierenden Operationsverstärker 74 geaber nicht nur für Analogrechner geeignet, sondern, 5 bildet ist.

wie erfindungsgemäß erkannt wurde, auch für die Auch Differenzverstärker sind an sich bekannt. In elektronische Maßstabsdehnung. Sie lassen nämlich Fig. 14 ist ein Schema in das Verstärkersymbol einden Zeitpunkt r_s (F i g. 2) besonders exakt erscheinen. gezeichnet. Er ist aus zwei Transistoren T₉ und T₁₀ Der Fehler eines linear operierenden (Multiplikation mit gemeinsamem Emitterwiderstand R₉ gebildet, an mit konstanten Koeffizienten) Operationsverstärkers io deren Basis je eine Steuerspannung gelegt werden ist umgekehrt proportional dem Produkt (z.B. 4· 10⁹) kann, so daß an jedem der beiden Kollektorwideraus open-loop-Verstärkung und dem Eingangswider- stände R₁₀, R_n die verstärkte und invertierte Diffestand des Verstärkers und proportional dem doppel- renzspannung abgenommen werden kann. Als Opeten Widerstand (z. B. 2 · 200 kOhm) in der Gegen- rations verstärker wird zusätzlich der Ausgang über kopplungsschleife, so daß sich leicht ein sehr geringer 15 die Schleife 75 (F i g. 13) stark gegenkoppelnd an den Spannungsamplitudenfehler (F = 1 · 10~⁴) erreichen Eingang zurückgeführt. Da in der Schleife und dem läßt. Hierdurch wird deutlich, daß bei der Erfindung einen Eingang nur je ein Ohmscher Widerstand R₁₂ der Zeitpunkt t_s trotz seiner Dehnung eine bemer- und R₁₃ eingefügt sind, verstärkt dieser Verstärker 73 kenswerte Genauigkeit aufweist. Von dem Grad der die eine Eingangsspannung im Verhältnis dieser beigenauen elektrischen Wiedergabe des gedehnten Zeit- 20 den Widerstände bei gleichzeitiger Invertierung, also punktes i_s hängt aber die Genauigkeit der elektro- um den konstanten Koeffizienten -R₁₂ZR₁₃. Es fallen nischen Maßstabsdehnung ab und damit auch die also bei der vorausgesetzten hohen open-loop-Ver-Größe des in der Praxis noch sinnvoll verwendbaren Stärkung die Daten des Verstärkers heraus, so daß Dehnungsfaktors. Bei mehrfacher Verwendung der sich, wie bereits erwähnt, eine sehr stabile Verstär-Operationsverstärker (z. B. gemäß F i g. 13) wird der 35 kung ergibt. Da dafür aber die resultierende Verstärentscheidende Endpunkt t_s der Dreieckspannung kung bei weitem nicht so hoch ist wie in der Ausfühimmer schärfer ausgebildet, auch wenn infolge einer rung 15/ (Fig. 12), werden nur abgeschrägte Flangroßen Dehnung die Neigung der Dreieckspannung ken der Hilfsspannung 51 d (F i g. 3 d) erhalten, die relativ flach ist. In diesem Sinne sind die Operations- aber wesentlich steiler sind als die der Dreieckspanverstärker an mehreren Stellen der erfindungsgemä- 30 nung 33.

ßen Vorrichtung verwendbar, wie es z. B. an dem Zur weiteren Stabilisierung wird das waagerechte

Dreieckspannungsgenerator 14, dem Hilfsspannungs- Dach der Trapezspannung 51 d nicht mittels Uber-

generatorl5e bzw. 15g und/oder dem Hilfsimpuls- steuerung des Verstärkers 73 zum Beschneiden der

generator 15 h demonstriert wird. verstärkten Dreieckspannung hergestellt, wie z.B.

Die Art der Operation (Addieren—Subtrahieren, 35 beim Verstärker 15/, sondern mittels seiner Differenz-Multiplikation mit konstantem Faktor, Differenzieren, Verstärkereigenschaft durch eine sperrende, mittels Integrieren) des Operationsverstärkers wird im we- des Potentiometers 14 einstellbaren Gleichspannung sentlichen durch die Netzwerke in der Gegenkopp- U_K an seinem zweiten Eingang. Dadurch, daß die lungsschleife und an seinem Eingang bestimmt. Die ' Dreieckspannung und diese Gleichspannung U_K mit in 15 e gezeigten ÄC-Glieder am Eingang und in der 40 entgegengesetzter Polarität zugeführt werden (bzw. Schleife bewirken eine differenzierende Arbeitsweise mit gleicher Polarität, wenn die Transistoren T₉ und des Operationsverstärkers. Hierbei ist der eigentliche T₁₀ vom komplementären Typ sind, npn und pnp, Verstärker 71 ein gewöhnlicher, mehrstufiger Ver- und nicht, wie gezeichnet, beide pnp) erscheint allein stärker, wie er dem Fachmann tagtäglich begegnet der für die Zeitpunkte i₀ und i_s entscheidende untere und in jedem Lehrbuch zu finden ist, so daß es sich 45 Teil der Dreieckspannung 33, wodurch also bei staerübrigt, ihn detaillierter zu zeichnen. Im übrigen blister und genauester Verstärkung die Trapezspanist ein einstufiger Verstärker auch in Fig. 10 als nung 51 d (Fig. 3) resultiert.

Transistorstufe in Basisschaltung gezeichnet, wenn Zur weiteren Versteilerung der Flanken dient der

die Zeitkonstante R₈ C₈ groß gegenüber der Signal- nachgeschaltete differenzierende Operationsverstär-

dauer gewählt wird, so daß die in Fig. 10 beabsich- 50 ker 74, wie er bereits mit 71 bezeichnet in Fig. 11

tigte Differenzierung nicht eintritt. allein verwendet wurde und dort auch genügte, wenn

Es sei an dieser Stelle nochmals hervorgehoben, die ursprüngliche Dreieckspannung bereits steil genug daß allein die Verwendung eines hoch verstärkenden war, also nur eine geringe Dehnung und/oder GeVerstärkers 15/ (Fig. 12) als Hilfsspannungsgene- nauigkeit angestrebt wird.

rator bereits zu einer brauchbaren Hilfsspannung 51 c 55 Auch der anschließende Schreibimpulsgenerator

(Fig. 3c) führt, wenn eben die Verstärkung hoch 15b kann übernommen werden. Aber auch hier läßt

genug gewählt wird und die Dreieckspannung 33 sich die Genauigkeit durch die Verwendung eines

nicht zu flach verläuft. Beispielsweise würde eine differenzierten Operationsvertärkers 76 weiter stei-

Verstärkung von 10³ den abfallenden Ast 19ft gern, wie er in Fig. 13 in den Schreibimpulsgene-

(Fig. 4) so versteuern, daß einem an sich für die 60 rator ISh eingezeichnet ist. Der differenzierende

nachfolgende Ableitung des Triggerimpulses 72 c be- Operationsverstärker 76 liefert die Nadelimpulse der

nötigten minimalen Spannungsniveau (z. B. entspre- F i g. 3 d, D. In weiterer Ausführung weist der

chend U_ZD) statt 1 msec (==75cm Lotentfernung ent- Schreibimpulsgenerator 15& noch den aus Fig. 5

sprechend t₀ t_E vereinfachend gleich t_v t_s in F i g. 3 a) übernommenen und dort bereits beschriebenen mono-

nur eine Anstiegszeit von 1 μβεΰ für die versteuerte 65 stabilen Multivibrator 50 auf, dessen Ausgangsimpuls

Rückflanke 71 c zuzuordnen ist. 52d (Fig. 3d) noch in der Leistungsstufe (tastbarer

Die größte Genauigkeit bringt eine kombinierte leistungsstarker Oszillator) 53 leistungsverstärkt und

Methode, wobei der Hilfsspannungsgenerator ISg dann der Anzeigevorrichtung 47 zugeführt wird.

Der Vorteil der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 13 (bzw. Fig. 3d) liegt also mit anderen Worten wiederholt darin, daß im Gegensatz zur Ausführungsform der F i g. 5 (bzw. F i g. 3 a) an Stelle eines »Amplituden-Diskriminators« (46 in F i g. 5) die Be-Stimmung des Endzeitpunktes i_s der Dreieckspannung über die Bestimmung der Änderung des Differentialquotienten der Dreieckspannung erfolgt. Bei dieser Benutzung der Änderung des Differentialquotienten der Dreieckspannung handelt es sich also um eine zweifache Differentiation. Die erste Differentiation erfolgt mit dem Baustein 74 zur Bildung von dU/dt und die zweite mit dem Baustein 76 zur Bildung von

dU/dt entspricht für einen linearen Anstieg der zu differenzierenden Spannung einer positiven Konstanten und für einen linearen Abfall einer negativen Konstanten. Wird deshalb wie in F i g. 3 b die Dreieckspannung 33 direkt differenziert, so ergibt sich als Hilfsspannung 51 b, eine für die Zeit t₀ bis t_E positive Rechteckspannung, die für die Zeit t_E bis i_s in eine negative Rechteckspannung umschlägt. Hierfür wird der interessierende Zeitpunkt t_s durch die Rechteckflanke 71 b gekennzeichnet. Von dieser steileren Flanke wird mittels der zweiten Differentiation der Schreibimpuls 52 b abgeleitet. Für diese Art der direkt von der Dreieckspannung ausgehenden zweimaligen Differentiation ist in Fig. 13 der Differenzverstärker 73 entbehrlich.

Diese bevorzugte Kombination der zweifachen Differenzierung verbessert ganz wesentlich die Meßgenauigkeit, weil geringe Unterschiede der Amplitude infolge von Spannungsschwankungen und Temperatureinflüssen (Änderung der Stromverstärkung und der Arbeitspunkte bei den verwendeten Transistoren) zwar bei einem Amplitudendiskriminator verfälschend wirken, hingegen nicht bei einer zweifachen Differentiation.

Eine gesteigerte Wirkung ergibt sich, wenn, wie in Fig. 3d, nach der Dreieckspannung 33 vor der ersten Differentiation noch eine weitere Hilfsspannung 51 d mit bereits versteuerten Flanken zwischengeschaltet wird und dann erst die erste Differentiation die weitere, dafür aber rechteckförmige Spannung 73 d ergibt, von der dann entsprechend F i g. 3 b mittels der zweiten Differentiation der Schreibimpuls 52 d abgeleitet wird.

Mit dem Ausführungsbeispiel der F i g. 13 ist die Anwendung von an sich bekannten Operationsverstärkern in einer Einrichtung zur elektrischen Maß-Stabsdehnung für die Anzeige von Echolotobjekten nicht beschränkt. Beispielsweise werden eine exaktere Ausnutzung des Endpunktes t_s der Dreieckspannung 33 (F i g. 3 a bis 3 d) für höchste Ansprüche durch die Anordnung wenigstens eines invertierenden und mit einem konstanten Koeffizienten multiplizierenden Operationsverstärkers in dem Dreieckspannungsgenerator 15a (Fig. 1 bzw. 35 in Fig. 5) erreicht. Insbesondere in dem Miller-Integrator der F i g. 4 ist dann ein Operationsverstärker an die Stelle der beiden Transistorverstärkerstufen zu setzen, die durch die Transistoren T₂ und T₃ veranschaulicht werden. Das Echolotverfahren ist nicht auf die in Fig. 1 auf dem Registrierstreifen 5 allein gezeigte gedehnte Aufzeichnung beschränkt, sondern läßt sich vielseitig zusammen mit weiteren Anzeigen kombinieren. Ein Beispiel einer solchen Kombination ist in der Fig. 14 auf einem Stück Registrierstreifen 5 b dargestellt.

Hierin sind das normale Echo 80 α und das gedehnte Echo 10 α zusammen aufgezeichnet. Dies hat den Vorteil, daß Aussagemöglichkeiten beider Anzeigearten miteinander vereinigt sind, ohne daß zusätzliches Registrierpapier benötigt wird; dabei ist gleichzeitig durch die lineare Dehnung sichergestellt, daß beide Anzeigen nicht ineinanderlaufen.

Eine trotz des geringen Abbildungsmaßstabes noch auswertbare Eigenschaft der normalen Echos 80 a liegt in der für den Untergrund typischen Länge der Echoaufzeichnung. Beispielsweise zeigt die vergrößerte Länge 80 b in der Senke an, daß hier eine tiefere Schlammschicht vorhanden ist.

Die gedehnte Aufzeichnung dagegen gibt zusätzlich zu ihrer Leichteren Lesbarkeit verstärkte Aufschlüsse über die Oberflächenstruktur. So läßt die starke Buckeligkeit des rechten Endes 10 b Steine erwarten, da sich derart scharfgezackte Sandbänke in der Strömung nicht halten könnten. Sie werden in dem glatt erscheinenden Verlauf des darüber liegenden normalen Echos nicht vermutet.

Die kombinierte Anzeige wird erhalten, indem der Schreibimpuls am Ende der Hilfsspannung zusammen mit der ursprünglichen, nicht gedehnten Echospannung dem Anzeigeorgan gleichzeitig zugeführt wird. In der F i g. 15 ist ein Schaltungsbeispiel gezeigt, das die Fig. 1 in diesem Sinne weiterbildet. Nach dem Empfangsverstärker 13 zweigt die direkte Leitung 81 ab, die vor dem Schreibgriffel bzw. der Anzeigevorrichtung 47 a mit der vom Schreibimpulsgenerator 15 b kommenden Leitung 82 in der UND-Stufe 83 in Additionsschaltung zusammengeführt wird. Eine derartige Additionsschaltung ist bereits durch eine einfache Verbindung der Leitungen 81,82 zu erhalten, wobei lediglich nicht gezeichnete Entkopplungswiderstände oder besser Trenndioden D₆, D₇ am Verbindungspunkt vorzusehen sind.

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Echolotverfahren für die Messung von kurzen Entfernungen mittels eines durch mechanische Mittel periodisch bewegten Anzeigeorgans, bei dem zur Erhöhung der Auflösung der Anzeige durch zeitliche Dehnung der Impulslaufzeit in der Empfangsapparatur für die Echoimpulse eine kontinuierlich mit ihrer Laufzeit wachsende zusätzliche Verzögerungszeit hinzugefügt wird, ferner die Impulsverzögerungszeit linear mit der Impulslaufzeit wächst und eine lineare Anzeigeskala für die Empfangsapparatur vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Erzeugung einer Dreieckspannung (33) durch die mit der Aussendung des Meßimpulses beginnende stromkonstante Aufladung eines Kondensators, die durch den eintreffenden Echoimpuls (18) in eine stromkonstante Entladung umgesteuert wird, ferner der Auslösung oder Ableitung wenigstens einer rechteck- (51α bis 51c, 73 d) oder trapezförmigen (5Id) Hilfsspannung aus der Dreieckspannung (33) wenigstens mit übereinstimmendem Ende (i_s), wie z. B. durch Vergleich mit einem diskreten Potential (U_ZD) des Kondensators, Differenzierung (15 e) oder zusätzliche Verstärkung (ISf), ferner der Ableitung eines dem Ende der Hilfsspannung zugeordneten Triggerimpulses (72 α bis 72 d) durch Differenzierung der Hilfsspannung (51a bis 51c, 73 d) und schließlich der Aus-

lösung eines Schreibimpulses (52 α bis 52 d) am Ende der Hilfsspannung durch den dem Ende zugeordneten Triggerimpuls (72 a bis 72 a").

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die im Vergleich zur Aufladung nur mit einem Bruchteil der Stromstärke vorzunehmende, aber nach wie vor stromkonstante Entladung des Kondensators.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladestromstärke einen solchen Bruchteil F der Aufladestromstärke beträgt, daß bei einem um den Bruchteil G kleineren Anzeigebereich das Produkt F ■ G = 10 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 mit trapezförmiger Hilfsspannung, gekennzeichnet durch die Ableitung einer weiteren, rechteckförmigen Hilfsspannung (73 a") aus der trapezförmigen Hilfsspannung (51 α*) durch Differenzieren.

5. Echolot mit einem Taktgeber und einem Empfangsverstärker sowie einem Registriergerät mit mechanisch umlaufenden Teilen zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines zusätzlich vom Taktgeber beaufschlagten Dreieckspannungsgenerators (14), eines die Hilfsspannung liefernden Impulsformers (15 a) und eines Schreibimpulsgenerators (156) zwischen Empfangsverstärker (13) und Registriergerät.

6. Echolot nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreieckspannungsgenerator (14) aus einem durch Sende- bzw. Taktgeberimpuls (16) und Echoimpuls (18) in seine beiden stabilen Lagen zu triggernden bistabilen Multivibrator (36) und einem nachgeschalteten Miller-Integrator (35) gebildet ist.

7. Echolotgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Miller-Integrator (35), der aus drei, und zwar zwei als Emitterfolger (T',, T₃) und der mittlere (T₂) in Emitterschaltung arbeitenden Transistoren besteht, wobei die Basis des zweiten (T,) mit dem Emitter des ersten (T₁) und die Basis des dritten (T₃) mit dem Kollektor des zweiten (T₂) galvanisch und der Emitter des dritten (T₃) über einen Kondensator (C) mit der Basis des ersten (T₁) verbunden sind, wobei ferner an der Basis des ersten (T₁) eine Diode (D) mit Widerstand (R₁) in Serie zusammen mit einem einstellbaren Ableitwiderstand (R₂) angeordnet sind, die mit einem vom Sendeimpuls bis zum Echoimpuls reichenden, den ersten Transistor (T₁) sperrenden Rechteckimpuls (31) zu beaufschlagen sind, wobei während der Zeit zwischen Impulsaussendung und Echoempfang der zeitliche Anstieg der Spannung über (i?₄ bzw. R₅) durch (R₂ und C) bestimmt wird und nach Leitendwerden von (D) die Abfallzeit von Echoempfang bis Markierung der vollständigen Entladung von (C) durch den einstellbaren Serien widerstand (R₁).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Gegenkopplung (70) zwischen dem Emitter des dritten Transistors (T₃) und der Basis des zweiten Transistors (T₂).

9. Echolotgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anordnung eines monostabilen Multivibrators (43) am Eingang des bistabilen Multivibrators (36), der ebenfalls vom Sendeimpuls zu triggern ist, sowie der Verwendung seines Ausgangsimpulses als Sperrimpuls für den bistabilen Mulitvibrator (36) während einer vor den erwartenden Nutzechos liegenden Zeit.

10. Echolotgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Anordnung einer das Bodenecho allein zur Wirkung auf den Dreieckspannungsgenerator (36, 35) kommen lassenden Schwellwerteinrichtung (R₆) vor dem Eingang des Dreieckspannungsgenerators.

11. Echolotgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anordnung je eines Impulsformers (40, 41) für den Sendeimpuls und den Echoimpuls vor den Impulseingängen (37, 38) des bistabilen Multivibrators (36).

12. Echolotgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hilfsspannung (51a bzw. 51) liefernde Impulsformer (15 a) aus wenigstens einem zwischen Miller-Integrator (35) und Anzeigevorrichtung (47) angeordneten Rechteckimpulsformer (46, 49) gebildet ist, der von dem Dreiecksimpuls (33) des Miller-Integrators vor dessen Ende bei einem diskreten Potential (U_ZD) ausgelöst wird.

13. Echolot nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Zenerdiode (ZD) zwischen Miller-Integrator (35) und Rechteckimpulsformer (46) als Spannungsnormal zur exakten Festlegung des diskreten Potentials (U₁₀), bei dem der Impulsformer spontan umspringt.

14. Echolotgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckimpulsformer aus einem von der Dreieckspannung (33) zu beaufschlagenden Schmitt-Trigger (46) und einem nachfolgenden monostabilen Multivibrator (49) gebildet ist, der, vom Ausgangsimpuls des Schmitt-Triggers (46) getriggert, die von dem zum Erreichen des diskreten Potentials (U_ZD) gehörenden Zeitpunkt (t_v) bis zum Ende (t_s) der Dreieckspannung (33) reichende Hilfsspannung (51 bzw. 51 α) liefert.

15. Echolot nach Anspruch 5 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibimpulsgenerator (15 b) aus einem von der Hilfsspannung zu triggernden monostabilen Multivibrator (50) gebildet ist, dessen Ausgangsimpuls (52) als Schreibimpuls dient.

16. Echolot nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibimpulsgenerator (15 b) zusätzlich zum monostabilen Multivibrator (50) einen tastbaren Oszillator (53) enthält, der von dem Ausgangsimpuls (52) des monostabilen Multivibrators (50) getastet wird und einen entsprechend kurzen Wellenzug als Schreibimpuls liefert.

17. Echolot nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung wenigstens eines, von Analogrechnern her an sich bekannten Operationsverstärkers (71, 73, 74, 76) in dem Dreiecksspannungsgenerator (14), Hilfsspannungsgenerator(15e, 15 g) und/oder Schreibimpulsgenerator (ISh).

18. Echolot nach Anspruch 5 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsspannungsgenerator (15 g) aus einem Differenzverstärker (73) als invertierendem und mit einem konstanten Koeffizienten multiplizierenden Operationsverstärker und einem nachgeordneten differenzierenden Operationsverstärker (74) gebildet ist.

19. Echolot nach Anspruch 7 und 17, gekenn-

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zeichnet durch die Anordnung eines invertierenden und mit einem konstanten Koeffizienten multiplizierenden Operationsverstärkers an die Stelle der mittleren Emitterschaltung (T₂) und des nachgeschalteten Emitterfolgers (T₃).

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibimpuls am Ende der Hilfsspannung zusammen mit der ursprünglichen, nicht gedehnten Echospannung dem Anzeigeorgan zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen