-
"Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Wasserschallwellen in bzw.
aus einer einzigen Richtung Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und
Empfangen von Wasserschallwellen in bzw. aus einer einzigen Richtung, die aus einem
in einem Rahmen angeordneten Wandler und mindestens einem vor dessen rückwcirtiger
Strahlfläche befestigten Reflektor besteht und an Fischnetzen befestigbar ist.
-
Es ist bekannt, an der rückwärtigen Strahlfläche von Wandlern ein
Luftpolster anzubringen. Dadurch wird ander schallabstrahlenden Strahifläche des
Wandlers durch Reflexion eine Verdoppelung der Energie im Sendefall bzw. der empfangenen
Energie im Empfangsfall erreicht (Vgl. L. Bergmann, Der Ultraschall, 6.Aufl., Stuttgart
1954, Seite 64).
-
Als Luftpolster nimm-t man z.B. Schaumgummi von 5 bis 10 mm Stärke.
Diese Anordnung, die sich bei Ylandlern, insbesondere bei magnetostriktiven llandlern,
die wegen ihrer Robustheit; und einfachen Bauart im Fischereiwesen bevorzugt verwende
werden, b"iähr-t; siehat, versagt aber, sobald am Fischnetz befestigte Wandler mit
dern Netz in gröbere Tiefe abgesenkt werden. Dann wird das Schaumgummipolster durch
den Wasserdruck zusammengepreßt und die reflektierenden Eigenschaften gehen verloren.
Der Wtindler, der so wirken soll, daß er nur nach einer Seite arbeitet, nämlich
in Richtung der Normalen auf seiner vo rdoren e -Lsrpntlichen Strahlfläche,
arbeitet
bei Überschreiten einer bestimmten Tiefe dann auch in Rich-tung der Normalen seiner
ruckwärtigen Strahlfläche. Damit gelangen falsche Informationen in angeßchlossene
Geräte wie Vertikal-oder Horizontal-Echolote. Statt des beispielsweise in Richtung
der Normalen zur eigentlichen Strahlfläche zu messenden Abstandes des Fischnetzes
vom Meeresboden wird außerdem der Abstand des Fischnetzes von der MeerXesoberfläche
gemessen; das stört die Messung bzw. macht sie bei pelagischem Fischen unter Umständen
sogar unbrauchbar.
-
Es sind auch schon Anordnungen bekannt geworden, die an der rückwärtigen
Strahlflache von Wandlern ein schallweiches Polster enthalten, das auch bei höheren
Wasserdrücken erhalten bleibt. Dabei sind keramische bzw. kristalline Wandler mit
dem rückwärtigen schallweichen Polster in einem massiven Metallgehäuse untergebracht
worden, das den Druckbeanspruchungen standhält. Derartige Ausführungen sind aber
teuer und für Zwecke der Fischerei deshalb nicht brauchbar. Hier kommt es vielmehr
darauf an, eine einfache, robus-te und wirtschaftliche Lösung zu finden, die den
gestellten Anforderungen entsprich-t.
-
Es ist Aufgabe der Neuerung, mit einfacher' Mitteln eine wirtschaftliche
und zweckmäßige Ausführung eines Reflektors zu schaffen, die die genannten tTach-t;t3ile
vermeidet. D-ie Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst,
bei der' der Reflektor aus mindestens zwei gegeneinander abges-ttitzten, paarweise
je eine Suftschicht wasserdicht und tLruckbeständig umschließenden Me-tallpLatten
besteht,
Während eine Luftschicht als solche bzw. so, wie sie in
den o.g. Schaumgummipolstern vorhanden ist, Wasserschallwellen mit einer Phasenverschiebung
von 1800 reflektiert, so daß sie unmittelbar an der rückwärtigen Strahlfläche von
Wandlern, die in ihrer Grundwelle erregt werden, oder im Abstand einer halben Wellenlänge
davon angebracht werden, reflektiert eine massive Metallplatte, wie z.B. eine Stahlplatte
großer Dicke, Wasserschallwellen ohne Phasenverschiebung. Um im Fall einer massiven
Metallplatte eine gute Reflexion zu erzielen, muß bekanntlich ein Abstand von einem
Viertel der Wellenlänge oder von einem Dreiviertel der Wellenlänge zwischen der
ruckwärtigen Strahlfläche des Wandlers und der Metallp-latte liegen. Bei dem Reflektor
der Neuerung liegt weder eine reine Luftschicht noch eine massive Metallplatte vor,
sondern eine theoretisch zwar ermittelbare, in der Praxis zunächst einfach irgendwie
zwischen beiden Granzfäilen liegende Zwischenlösung. Der Reflektor gemäß der Neuerung
wird in einer mittels einstellbarer Befesti vlg einstellbaren Distanz,
die experimentell bestimmt wird, hinter der rückwärtigen Strahlfläche des Wandlers
fixiert.
-
Die Flächenausdehnung des Reflektors ist in beiden Richtungen größer
als die Flächenausdehnung der rückwärtigen Strahlfläche des Wandlers, so daß der
Reflektor überall über die Begrenzung des Wandlers hinaus ragt Um zu unterbinden,
daßSchall auf die rückwärtige Strahlfläche des Wandlers durch die Spalte zwischen
dem den Wandler tragenden Rahmen und dem Reflektor gelangt bzw. daß auf diesem Wege
ein in falscher Richtung orientierter Schall abgestrahlt wird, ist
zwischen
der dem Wandler zugewandten Metallplatte des Reflektors und dem Rahmen eine die
einstellbaren Distanzhalter umschließende, nachgiebige Schicht aus Wasserschall
weitBgehgd absorbierendem Material, wie beispielsweise Kork oder Blei, angebracht.
Da der am Fischnetz befestigte Wandler bei jedem Hol aus dem Wasser herausgezogen
wird, muß dafür gesorgt Werden, daß bei Wiedereinbringen ins Wasser der Zwischenraum
zwischen der rückwärtigen Strahlfläche des Wandlers und dem Reflektor schnell wieder
geflutet wird. Dazu dienen eine oder mehrere Öffnungen im Rahmen.
-
Fischnetze werden oft in Tiefen von 500 Metern und mehr geschleppt.
Um den bei diesen Tiefen auftretenden hydrostatischen Druck, der auf die die iuftschicht
wasserdicht umschließenden Metallplatten wirkt, auf zu nehmen, sind zur gegenseitigen
Abstützung Abstandsstücke zwischen den Metallplatten vorgesehen. Die Abstandsstücke
werden aber nicht in der Mitte der Metallplatten angebracht, um den dort auftretenden
Schall nicht als Körperschall auf die dem Wandler abgewandte Metallplatte zu übertragen
bzw. von dort Schall zu empfangen, denn in der Mitte, die der Mitte des Wandlers
gegenüberliegt, hat die Schallfeldverteilung ihre größte Amplitude.
-
Um eine besonders gute Schallabschirmung an der rückwärtigen Strahlfläche
des Wandlers zu erzielen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen weiteren, gleichartigen
Reflektor im Abstand einer halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz des Wandlers hinter
dem ersten Reflektor anzubringen.
-
In der Zeichnung ist die Neuerung an einem Beispiel dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Wandler im Schnitt mit vor seiner rückwärtigen
Strahlfläche angeordnetem Reflektor und Fig. 2 einen Wandler, in einem Schutzkasten,
mit zwei Reflektoren.
-
In Fig. 1 ist ein magnetostriktiver Wandler 1 üblicher Bauart in einem
Rahmen 2 gehaltert. Uber die Strahlfläche 3 werden durch die Erregerwicklung 4 erzeugbare
Sendeimpulse in das Außenwasser 5l in Richtung des Pfeiles A abgestrahlt bzw. werden
von dort Echosignale empfangen. Die rückwärtige Strahlfläche des Wandlers 1 grenzt
an das Innenwasser 5". Ihr gegenüber ist im einstellbaren Abstand 7 ein Reflektor
8 angebracht, bestehend aus zwei etwa vier Millimeter starken Metallplatten 9 und
10, aus Kosten- und Verarbeitungsgründen vorzugsweise aus Stahl, die zwischen sich
eine Luftschicht enthalten.
-
Die zwei Metallplatten 9 und 10 sind durch eine an ihrem Rand rundherum
angebrachte, etwa zwei Millimeter s-tarke Zwischenlage 12 auf Abstand gehalten und
durch eine Schweißnaht 13 rundherum wasserdicht verschweißt.
-
Um bei größeren Wassertiefen auftretende hydrostatische Drücke auf
die Flächen der Metallplatten 9 und 10 aufzufangen, sind Abstandsstücke 14 gleicher
Bauhöhe wie die Zwischenlage 12 eingeschweißt. Die Abstandsstücke 14 lassen die
Mitte des Reflektors 8 frei, um den dort auftretenden Schall möglichst nicht als
Körperschall von der Metallplatte 9 auf die Metallplatte 10 oder umgekehrt zu leiten;
denn in der Mitte hat die Schallfeldverteilung hinter der rückwärtigen Strahlfläche
6 des Wandlers 1 ihre größte Amplitude.
-
Der einOtellbare Abstand 7 der dem Wandler 1 zugewandten Metallplatte
9 deb Reflektros 8 wird durch
Muttern 15, 16, 17 und 18, die auf
mit Gewinden versehenen Distanzhaltern 19 laufen, empirisch so eingestellt, daß
Schall nur über die Strahlfläche 3 des Wandlers 1 in Richtung des Pfeiles A gesendet
bzw0 von dort empfangen wird.
-
9 Zwischen dem Rahmen 2 und der Me-tallplatte/ist eine nachgiebige
Schicht 20 aus Kork oder Blei oder anderen möglichst gut Schall absorbierenden aber
druckfesten Zaterialaien angebracht, die gegen geringfügiges Nachstellen zum Verringern
des einsellbaren Abstandes 7 nachgiebig sind, und die außerdem verhindern, daß der
Schall aus dem Innenwasser 5" durch einen Spalt zwischen der Metallplatte 9 und
dem Rahmen 2 in'das umgebende Außenwasser i' gelangt bzw. aus dem Außenwasser 5'
über das Innenwasser 5" auf die rückwärtige Strahlfläche 6 des lUåndlers 1 einwirkt.
-
Der Reflektor 8 ist leicht abnehmbar, So läßt sich durch Wiegen fests-tellen,
ob etwa Wasser zwischen die Metallplatten 9 und 10 in die Suftschicht'11 eingedrungen
ist.
-
Um beim Einbringen des Fiechnetzes ins Wasser 5' den Zwischenraum
21 zwischen der rückwartigen Strahlfläche 6 des Wandlers 1 und der Metallplatte
9 des Reflektors 8 schnell fluten zu können, sind im Rahmen 2 Öffnungen 22 angebracht.
Leitbleche 23 verhindern einen akustischen Rückschluß.
-
Fig. 2 zeig-t den im Rahmen 2 angeordneten Wandler 1 in einem wasserdurchfluteten
Schutzkasten 24. Der Schutzkasten 24 wird am Fischnetz angebracht. Er is-t im vorliegenden
Beispiel so gebaut, daß vor dem Reflektor 8 im Abstand etwa einer halben Wellenlänge
/2
der Arbeitsfrequenz ein gleichartig aufgebauter, zweiter Reflektor 25 angebracht
ist. In diesem zweiten Reflektor 25 sind bzgl. des ersten Reflektors 8 die jeweiligen
Abstandsstücke 14 so versetzt, daß sie nicht gerade einander gegenüberliegen.
-
Statt zweier Metallplatten 9 und 10 mit nur einem Lufteinschluß 11
sind auch drei oder allgemein n Metallplatten mit zwei oder allgemein n-1 Lufteinschlüssen
anwendbar.
-
Bei mehreren hintereinander angebrachten Metallplatten sind die Distanzstücke
unsymmetrisch angeordnet, um wiederum eine Ubertragung von Körperschall über eine
Kette von Distanzstücken zu vermeiden.
-
Der Lufteinschluß oder die Lufteinschlüsse zwischen den Metallplatten
können auch zur Kompensation des Wasserdruckes bei größerer Tiefe Überdruck aufweisen.
-
Die Plattenstärken sind nicht, wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel
angenommen, auf vier Millimeter und die Stärken der eingeschlossenen Luftschichten
nicht auf zwei Millimeter beochränkt; antelle von Stahl können schließlich auch
Eisen mit einem wasserfestem Schutzüberzug, eine seewasserbeständige Aluminiumlegierung
oder sonstige für den Einsatz in Meerwasser geeignete Fdaterialien für die Metallmitten
9 und 10 benutzt werden. Die nachgiebige Schicht 20 kann anstelle von Kork oder
Blei auch aus anderem, mechanisch nachgiebigem aber Wasser schall absorbierendem
Material bestehen, beispielsweise aus einem Glasfasergespinst oder aus geeigneten
Gummisorten.
-
Patentansprüche: