DE1933923C1 - Annaeherungszuender - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein-» Annäherungszünder nach dem Echolotprinzip für Unterwasseranwendungen mit einem von einer Steuervorrichtung erregten Signalerzeuger, einem von der Wasseroberfläche reflektierte Signale erkennenden Signalempfänger und einem Zündinitiator.

Annäherungszünder für Unterwasseranwendungen werden, wenn sie auf Entfernungen von einigen Metern wirksam sein sollen, fast ausschließlich als Sonar-Gträle ausgeführt. Im Normalfall wird die ausgesandle Strahlung von der Wasseroberfläche reflektiert, und das Echo wird mit einer Verzögerung, die der Laufzeit der Ultraschallwellen entspricht, wieder empfangen. Gerät ein Schiff in den Strahlungsbereich des Sonar-Gerätes, so trifft das Echo wegen des Tiefganges des Schiffes zu einem früheren Zeitpunkt ein als das Echo, das von der Wasseroberfläche zurückgeworfen würde. Die Differenz zwischen diesen beiden Laufzeiten wird zur Auslösung der Zündung ausgewertet. Zu diesem Zweck wird zusammen mit der Aussendung des Ultraschallsignals ein Spannungsgenerator angesteuert, der eine zeitproportionale Spannung erzeugt. Dieser Spannungsanstieg wird durch das von der Wasseroberfläche zurückgeworfene Echo beendet, und die so erhaltene Spannungsamplitude wird mit der bei der nächstfolgenden Messung erhaltenen Spannungsamplitude verglichen. Weichen die Amplituden um einen bestimmten Mindestbetrag voneinander ab, so wird diese Differenz zur Auslösung benutzt. Dabei spielt der zeitliche Abstand der beiden Messungen eine entscheidende Rolle, denn er muß so gewählt sein, daß langsame Änderungen, wie sie beispielsweise durch Wellengang hervorgerufen werden, keine Auslösung zur Folge haben. Andererseits müssen aber schnelle Änderungen der Echozeiten, die dadurch entstehen, daß zwischen beiden Messungen ein Schiffsrumpf in den Strahlungsbereich eindringt, sicher zur Auslösung des Zündinitiators führen. Diese Forderungen bedingen eine verhältnismäßig hohe Folgefrequenz der Meßzyklen, da es sonst vorkommen kann, daß das Oberflächenecho infolge zu hoher Zettkonstante nicht mehr mit dem Zielecho verglichen wird, sondern bereits zwei Zielechos miteinander verglichen werden, d'e natürlich

ίο keine Auslösung zur Folge haben, da ihre Differenz den geforderten Mindestwert nicht übersteigt. Es können auch nur solche Ziele erfaßt werden, deren Eintauchtiefe größer ist als der durch Wellengang oder ähnliche Einwirkungen hervorgerufene Potentialunterschied an den Speicherkondensatoren für die Spannungsamplituden.

Die genannten Forderungen laufen sämtlich auf die Verwendung einer hohen Folgefrequenz der Messungen hinaus. Hierdurch entsteht aber ein erhöhter Energiebedarf, der aus verständlichen Gründen unerwünscht ist. Insbesondere bei kleinen tragbaren Minen ist es aus Transportgründen und aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wichtig, die Gesamtmasse gering zu halten.

Um den Energiebedarf von Annäherungszündern zu vermindern und damit das Volumen des Energiespeichers, z. B. eines Akkumulators oder einer Batterie, möglichst klein zu halten, wurden bereits vor dem zweiten Weltkrieg Weckschaltungen entwickelt, die die Hauptstromversorgung erst dann einschalten, wenn ein charakteristisches Geräusch die Annäherung des Zieles meldet. Der Dauerstromverbrauch wird dann im wesentlichen auf den Verbrauch des Geräuschverstärkers beschränkt. Ferner sind bereits Geräte entwickelt worden, die den Doppler-Effekt ausnutzen. Der hierzu erforderliche technische Aufwand ist jedoch verhältnismäßig hoch, so daß derartige Geräte eine praktische Bedeutung nicht erlangt haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. einen Annäherungszünder zu schaffen, bei dem die Folgefrequenz der einzelnen Meßzyklcn in weiten Bereichen wählbar ist, und der daher eine verhältnismäßig geringe Leistungsaufnahme hat. Außerdem soll eine gute Erkennungssicherheit gewährleistet sein. Diese Aufgabe wird bei einem Annäherungszünder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuervorrichtung mit einer die Ansteuerung des Zündinitiators verbindenden Sperrschaltung und der Ausgang des Signalcmpfängers mit einem Entricgclungscingang der

so Sperrschaltung verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung genügt dis Aiussendung eines einzigen Signals und der Empfang der Echosignale um die Voraussetzungen für die Zündauslösung zu überprüfen. Bei der Aussendung des Signals, beispielsweise eines Ultraschallsignals, wird der Zündiniitiator durch eine besondere Spcrrschaltung verriegelt, so daß sowohl durch das primäre Ultraschallsignal al» auch durch das zurückkehrende erste Echo keine Auslösung erfolgen kann. Erst durch das Eintreffen des ersten Echos wird die Sperrschaltung entriegelt, und der Annäherungszünder damit für die Auslösung beim Eintreffen eines /weiten Echos vorbereitet. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß beim Eindringen eines Schiffes in den Strahlungsbereich des Annäherungszünder mehrere Echos mit unterschiedlichen Laufzeiten entstehen. Ein Echo enisteht dadurch, daß die Signalwellen von dem unter der Wasserfläche liegenden Schiffsrumpf reflektiert werden, und das

zweite Echo wird durch die Reflexion an der Wasseroberfläche hervorgerufen. Der zeitliche Abstand, den beide Echosignale haben dPrfen, um zu einer Auslösung der Sprengladung zu führen, kann eingestellt werden, so daß Fehlauslösungen weitgehend vermeidbar sind.

Es ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, daß die Wassertiefe sowie deren Änderungen, z, B, durch Wellengang, Gezeiten oder Schleusenbetätigung, keinen Einfluß auf die Funktion des Annäherungszünders hat Auch sehr rasch erfolgende Änderungen der Wassertiefe führen nicht zu einer Fehlauslösung, da hierdurch kein Zweitecho erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Eintauchtiefe des Zieles sehr gering sein kann, da ein zweites Echo auch von einem nur wenige Zentimeter unter der Wasseroberfläche liegenden Gegenstand verursacht wird. Die Mindesteintauchteife des Zieles ist nicht vom Wellengang oder anderen Wasserspiegeländerungen abhängig.

Die Steuervorrichtung kann über ein Zeitglied an den Eingang der Sperrschaltung angeschaltet sein, wobei der Ausgang des Zeitgliedes disjunktiv mit dem Ausgang der Sperrschaltung verknüpft ist. Hierbei wird durch die Steuervorrichtung neben dem Signalerzeuger zunächst nur das Zeitglied angesteuert, das während der eingestellten Verzögerungszeit eine Sperrung der Zündauslösung hervorruft. Dabei ist die Verzögerungszeit zweckmäßigerweise so eingestellt, daß sie größer ist als die Zeitdauer der Signalerzeugung. Nach Ablauf der Verzögerungszeit wird die Sparschaltung selbsttätig eingeschaltet, so daß sie die Funktion einer Auslösesperre übernimmt.

Erst durch das wiederkehrende erste Echo wird die Sperrschaltung freigegeben, und ein eventuelles zweites Echo führt zur Zündung. j5

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgang der Sparschaltung mit einem durch die Entriegelung angesteuerten zweiten Zcitglicd verbunden, dessen Ausgang disjunktiv mit dem Ausgang der Sperrschaltung verknüpft ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Auslöseblockierung noch eine einstellbare Zeitspanne nach Eintreffen des ersten Echos wirksam ist, so daß solche Echos, die durch eint aufgerauhte Wasseroberfläche entstehen, nicht ausgewertet werden. Mit der Einstellung der Verzögerungszeit des zweiten Zeitglicdcs kann somit auch die Empfindlichkeit der gesamten Auslösung beeinflußt werden.

Wenn die Einzelmessungen bzw. die Signale des Signalerzeugers in größerem zeitlichen Abstand folgen sollen, so muß dafür gesorgt sein, daß die Entriegelung der Sperrschaltung eine gewisse Zeit nach dem Eintreffen des ersten Echos wieder aufgehoben wird, um zu vermeiden, daß Fremdsignale, die kein Echo des Primärsignals darstellen, zu einer Zündauslösung führen. Zu diesem Zweck kann erforderlichenfalls ein drittes Zcilgficd vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Erzeugung eines Echos an der Wasseroberfläche.

F i g. 2 zeigt das Eindringen eines Schiffes in den Strahlungskcgcl des Annäherungszünders, wodurch ein /weites Echo erzeugt wird.

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Annäherungszünders.

F i g. 4 zeigt den zeitlichen Ablauf der Sperrung bzw. der Entriegelung des lündinitiators.

In Fig, I und Fig,2 ist eine Unterwasserrnine IO dargestellt, die auf dem Grund 11 aufliegt und mit einem Annäherungszünder nach der Erfindung ausgestattet ist. Die Wasseroberfläche ist mit 12 bezeichnet. Der Signalerzeuger des Annäherungszünders erzeugt ein gebündeltes Ultraschallsignal in Form eines Strahlungskegels 13, Diesem Strahlungskegel ist auch die Empfangscharakteristik des Signalempfängers angepaßt, so daß seitlich ankommende Störgeräusche nicht als Echo ausgewertet werden. Das von dem Annäherungszünder to periodisch ausgestrahlte UHraschallsignal wird an der Wasseroberfläche 12 reflektiert, und das durch den Pfeil 14 angedeutete Echo wird von dem Signalempfänger des Annäherungszünders aufgenommen und ausgewertet.

In Fig.2 sind die Strahlungsverhältnisse beim Eindringen eines Schiffsrumpfes 15 in den Strahlungskegel 13 dargestellt. Aufgrund des Tiefganges des Schiffes 15 wird an diesem ein erstes Echo 16 erzeugt, das den Annäherungszünder für die Zündung vorbereitet, und das aufgrund der LaufzeitunterEV'iede später als das erste Echo 16 auf den Annäherungszünder auftreffende zweite Echo 14 von der Wasseroberfläche 12 bewirkt die Auslösung der Zündung. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn der Schiffsrumpf während der Signalerzeugung mit dem Bug bereits den Strahlungskegel 13 überschritten hat, der Strahlungskegel 13 aber sowohl den Schiffsrumpf als auch solche Stellen der Wasseroberfläche erfaßt, die sich seitlich vom Schiffsrumpf befinden. Jedesmal wenn ein ausgesandtes Signal zwei Echos, die einen vorgegebenen zeitlichen Mindestabsiand voneinander haben, hervorruft, wird eine Zündungausgelöst.

In F i g. 3 ist das Blockschaltbild des Annäherungszünders dargestellt. Zum Aussenden und zum Empfangen der Ultraschallsignale dient eine Vorrichtung 20, die im folgenden als »Sender« bezeichnet wird. Sie ist innerhalb eines Meßzyklus abwechselnd gewissermaßen als Lautsprecher und Mikrofon für die Ultrasdiallsigna-Ie wirksam. Der Sender 20 wird von dem Oszillator 21 impulsweise mit einer Frequenz von ca. 20OkHz jngesteuert. Der Oszillator 21 wird seinerseits von einem astabilen Multivibrator 22, der den Steueriakt für den gesamten Annäherungszünder erzeugt, getastet. Der astabile Multivibrator 22 erzeugt beispielsweise Impulse mit einer Dauer von 40 μ sec mit einem Abstand von 8 m see. In der Tastzeit von 40 μ sec gibt der astabile Multivibrator 22 einen Sendeimpuls ab, so daß der Oszillator 21 während dieser Zeit ein 200-kHz-Signal erzeugt, das über den Sender 20 als Ultraschallsignal abgestrahlt wird.

Der astabile Multivibrator 22 ist ferner mit dem Eingang der monostabilen Kippstufe 23 verbunden. Bei jciern Steuersignal des astabilen Multivibrators 22 kippt die Kippstufe 23 in ihre Schalttage und erzeugt am Ausgang 24 für eine vorgegebene Zeitiar'g ein Signal, das über das ODER-Tor 25 an den Eingang des Verstärkers 26 gelegt ist. Der zum Ausgang 24 komplementäre Ausgang 27 der monostabilen Kippsiufe 23 ist mii dem Setz-Eingang einer bistabilen Kippstufe 28 verbunden. Diese dient als Sperrschaltung für die Zündauslösung, und sie ist mit ihrem Ausgang 29 an einen Eingang des ODER-Tores 25 gelegt, während der dazu komplementäre Ausgang an den Eingang einer zweiten monostabilen Kippstufe 31 gelegt ist. Auch der Ausgang der mortostabilen Kippstufe 31 ist an eine Eingangsleitung des Tores 25 angeschaltet.

Der Ausgang des ODER-Tores 25 liegt über den

Verstärker 26 am Sperreingang 27 eines Zündverstärkers 34. dessen Ausgang unmittelbar mit dem Zündinitiator 29 verbunden ist. Solange am Sperreingang 27 ein Signal ansteht, ist der Verstärker 34 zwangsweise gesperrt, so daß die Zündung auf jeden Fall verhindert wird.

Mit dem Sender 20 ist über einen weiteren Verstärker 30 ein Impulsformer 31 verbunden. Dieser formt die vom Sender 20 empfangenen und vom Verstärker 30 verstärkten Echosignale in Rechteckimpulse um, und sein Ausgang ist mit dem Rücksetz-Eingang 32 der bistabilen Kippstufe 28 und mit dem Steuereingang 33 des Zündverstärkers 34 verbunden.

Im folgenden sei die Funktion des Annäherungszünders im einzelnen erläutert. Während der Oszillator 21 aufgrund der Steuerung durch den astabilen Multivibrator 22 einen Sendeimpuls abgibt, wird gleichzeitig die monostabile Kippstufe 23 in ihren instabilen Zustand versetzt, so daß über das ODER-Tor 25 und den Verstärker 26 der Verstärker 34 gesperrt wird. Würde der Verstärker 34 in dieser Zeitphase nicht gesperrt, so würde der Sendeimpuls über den Verstärker 30 und den Impulsformer 3t sowie über den Verstärker 34 die Zündung auslösen.

Nach Ablauf der in der monostabilen Kippstufe 23 eingestellten Zeit von z. B. 400 μ sec kippt die Kippstufe 23 in ihre Ruhelage zurück, und setzt damit die Kippstufe 28. Hierdurch entsteht am Ausgang 29 ein Logiksignal, das über das ODER-Tor 25 und den Verstärker 26 die Sperrung des Verstärkers 34 bewirkt. Diese Sperrung ist erforderlich, da anderenfalls das erste auf einen Sendeimpuls folgende Echo über den Verstärker 30 und den Impulsformer 3t zum Verstärker 34 gelangen und die Zündung auslösen würde.

Das von der Wasseroberfläche oder von einem eingetauchten Gegenstand reflektierte Echo gelangt über den in den Sendepausen als Empfänger arbeitenden »Sender« 20 an den Verstärker 30. den Impulsformer 31 und somit an den Steuereingang 33 des Verstärkers 34. Der Impulsformer 3t steuert gleichzeitig die bistabile Kippstufe 28 an. die dadurch rückgesetzt wird und über das Tor 25 und den Verstärker 26 den Zündverstärker 34 freigibt. Gleichzeitig wird durch das Rücksetzen der bistabilen Kippsuife 28 aber ein Steuerimpuls an den dynamischen Eingang der monostabilen Kippstufe 31 gelegt, der nun für die eingestellte Zeit von beispielsweise 200 μ sec über das Tor 25 und den Verstärker 26 die Sperrung des Verstärkers 34 übernimmt. Eine Sperrung ist zu dieser Zeitphase noch erforderlich, damit das als gedämpfte Schwingung empfangene Echo zeitlich ohne eine Zündauslösung abklingen kann. Nach dem Ablauf der an der monostabilen Kippstufe 31 eingestellten Zeil wird die Sperrung des Verstärkers 34 endgültig freigegeben und ein daraufhin eintreffendes Echo führt zur Zündauslösun§;. Wird kein zweites Echo empfangen, so steuert der astabile Multivibrator 22 den Programmablauf in seiner Takizeit weiter.

Zur Vermeidung unbeabsichtigter Fehlauslösungen kann eine weitere monostabile Kippstufe oder ein anderes Zeitgiied vorgesehen sein, das die Zeit zwischen zwei die Auslösung bewirkenden Echos auf eine Maximalzeit begrenzt, so daß solche Fremdsignalc, die im Ansihluß an ein erstes Echo empfangen werden, obwohl jie zeitlich sehr viel später eintreffen, nicht ausgewertet werden.

In Fig. 4 sind die einzelnen Zeitabläufe über der Zeitachse t aufgetragen. Die Dauer des Sendeimpulses ist mit 40 bezeichnet, während das erste eintreffende Echo H₁(I 41 und das z.B. gemäß Fig. 2 eintreffende zweite Echo mit 42 bezeichnet ist. Die Zeit 43 ist die Kippzeit der monostabilen Kippstufe 23, an die sich unmittelbar die Sperrzeit 44 der bistabilen Kippstufe 28 anschließt. Mit dem Eintreffen des ersten Echos 41 wird die bistabile Kippstufe 28 rückgesetzt, und hierdurch wird gleichzeitig die monostabile Kippstufe 31 angestoßen. Die Sperrung wird jetzt während der Zeit 45 durch die monostabile Kippstufe 31 aufrechterhalten. Nach Ablauf dieser Zeit ist die Sperrung aufgehoben, und das dann eintreffende zweite Echo 42 bewirkt die Auslösung der Zündung.

Hierzu 1 blatt zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Annäherungszünder nach dem Echolotprinzip für Unterwasseranwendungen mit einem von einer Steuervorrichtung erregten Signalerzeuger, einem das von der Wasseroberfläche reflektierte Signalecho erkennenden Signalempfänger und einem Zündinitiator, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (22) mit einer die Ansteuerung des Zündinitiators (29) verhindernden Sperrschaltung (28) und der Ausgang des Signalempfängers (20) mit einem Entriegelungseingang (32) der Sperrschaltung (28) verbunden ist.

2. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (22) über ein Zeitglied (23) an den Eingang (27) der Sperrschaltung (28) angeschaltet ist, und daß der Ausgang (27) des Zeitgliedes (23) disjunktiv mit dem Ausgang (29) der Sperrschaltung (28) verknüpft ist.

3. Annäherungszünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (30) der Sperrschaltung mit einem durch die Entriegelung angesteuerten zweiten Zeitglied (31) verbunden ist, dessen Ausgang disjunktiv mit dem Ausgang (29) der Sperrschaltung (28) verknüpft ist.

4. Annäherungszünder Räch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalerzeuger und Signalempfänger ein Unterwasser-Schallgeber (20) vorgesehen ist.