DE1931902A1 - Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Wasserschallwellen in bzw. aus einer einzigen Richtung - Google Patents

Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Wasserschallwellen in bzw. aus einer einzigen Richtung

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DE1931902A1
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reflector
transducer
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rear beam
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DE19691931902
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English (en)
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Grossheim Hans Karl Ernst
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Fried Krupp AG
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Fried Krupp AG
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/28Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors

Description

  • "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:

Claims (8)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Wasserschallwellen in bzw. aus einer einzigen Richtung, die aufs einem in einem Rahmen angeordneten Wandler und mindestens einem vor dessen rückwärtiger Strahlfläche befestigten Reflektor besteht und an Fischnetzen befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (8) aus mindestens zwei gegeneinander abgestützten, paarweise je eine Luftschicht (11) wasserdicht und druckbeständig umschliienden Metallplatten (9, 10) besteht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßder Reflektor (8) in einem mittels einstellbarer Distanzhalter (19) einstellbaren Abstand (7) vor der rückwärtigen Strahlfläche (6) des Wandlers (13 angebracht ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung des Reflektors (8) größer ist, als die Flächenausdehnung der rückwärtigen Strahlfläche (6) des Wandlers (1).
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Wandler (1) zugenwandten Metallplatte (9) und dem Rahmen (2) eine die einstellbaren Distanzhalter (19) umschließende, nachgiebige Schicht (20) aus Wasserschall weitgehend absorbierendem Material, z.B. Kork oder Blei, angebracht ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rahmen (t mindestens eine Öffnung (22) zum Fluten des zwischen der rückwärtigen Strahlfläche (6) des Wandlers (1) und der letzteren zugewandten Metallplatte (9) befindlichen Zwischenraumes (21) vorgesehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu gegenseitiger Abstützung der Metallplatten (9, 10) gegen den Wasserdruck Abstandsstücke (14) vorgesehen sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (14) außerhalb des Mittelbereiches der Metallplatten (9, 10) angebracht sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer gleichartiger Reflektor (25) in der Distanz einer halben Wellenlänge (2) der Arbeitsfrequenz des Wandlers (1) vor dem vorhergehenden Reflektor (8) angebracht ist.
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