DE2306247B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des Echos von außerhalb der Brennlinie liegenden Reflektoren bei einem Echolotverfahren - Google Patents

Description

. Verzögerungsschaltung mit der Subtraktionsschal- 15 Echos der letzten Ultraschallwelle gespeichert wer-

^k.'tang verbunden ist und in der zweiten Schaltstel- den, die aus den Echos gewonnenen elektrischen Si-

I 5 lung der zweite Wandler mit dem Sender und der gnale mit Gewichtskoeffizienten versehen werden

dritte Wandler direkt mit der Subtraktionsschal- und jeweils Echos mit im wesentlichen gleicher Lauf-

tung verbunden ist. zeit addiert werden.

ao Vorteilhafte Weiterbildungen dieses erfindungsge-

mäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8

gekennzeichnet.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfin-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verrin- dungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch gerung der Echos von außerhalb der Brennlinie lie- 35 einen im wesentlichen ringförmigen Ultraschallwandgenden Reflektoren bei einem Echolotverfahren mit ler, der aus mehreren segmentförmigen Wandlereleim wesentlichen ringförmiger Querschnittsfläche und menten zusammengesetzt ist, deren Abstrahlungseine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver- flächen zur Ringachse hin geneigt sind, einen Sender fahrens. mit einem Generator, eine Einrichtung zur An-

Echolotverfahren, die mit einem konvergenten 30 steuerung ausgewählter Wandlerelemente mit gegen-Ultraschallfeld mit im wesentlichen ringförmiger einander phasenverschobenen Signalen sowie eine Querschnittsfläche arbeiten, ergeben eine gute Fo- Gruppe von Schaltern zum wahlweisen Einschalten kussierung des Ultraschallfeldes über eine große der genannten Einrichtung zwischen Generator und Tiefe, Sie haben jedoch den Nachteil, daß relativ Wandler und einen Empfänger mit Phasendrehgliegroße Seitemnaxima auftreten, d. h., daß uner- 35 dem, Addierschaltungen, eine Gruppe von simultan wünschte Echos von seitlich der Achse liegenden Re- mit den Schaltern des Senders betätigten Schaltern flektoren eine relativ große Amplitude haben können. zur wahlweisen Einschaltung der Phasendrehglieder Im Zusammenhang mit einem Verfahren zur aku- zwischen die Wandlerelemente und eine der Addierstischen Rückstrahlortung für die Seefischerei wurde schaltungen, Gleichrichtungsschaltern, eine Verbereits eine Vorrichtung (DT-OS 19 27 172) vorge- 40 zögerungsschaltung, eine Subtraktionsschaltung und schlagen, mit der seitlich der Hauptachse der Sende- eine Anzeigeeinrichtung.

Empfangs-Charakteristik liegende Reflektoren erfaßt Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Vorrich-

und angezeigt werden können bzw. mit der ausge- tung sind in den Ansprüchen 10 bis 15 gekenndehnte Gruppen von Einzelreflektoreu, z. B. Fisch- zeichnet.

schwärme, als solche angezeigt und nicht nur durch 45 Eine weitere Vorrichtung zum Durchführen des die Anzeige ihres Schwerpunktes dargestellt werden. erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet Zu diesem Zwecke werden verhältnismäßig breitban- durch einen Sender, einen im wesentlichen ringfördige Sendeimpulse langer Dauer mit ausgeprägter migen Ultraschallwandler mit einer gleichmäßig zur zeitlicher Ordnung der Schwingungen verwendet, und Ringachse hin geneigten Abstrahlungsfläche, deren zusätzlich wird eine der Momentanfrequenz der 50 Ränder im wesentlichen jeweils in einer zur Ring-Empfangsspannung proportionale Kennspannung aus- achse senkrechten Ebene liegen, mindestens einen gewertet. Einen unmittelbaren Bezug zur Gattung zweiten jm wesentlichen ringförmigen Wandler mit der Erfindung hat diese Vorrichtung nicht, da sie einer zur Ringachse hin geneigten Aöstrahlungsfläche, sich nicht mit der Verringerung, sondern im Gegen- deren Ränder auf einer gegenüber der zur Ringachse teil mit der Erfassung und Darstellung der von seit- 55 senkrechten Ebene eine Erhöhung bildenden Schraulich der Mittelachse kommenden Echos beschäftigt. benfläche liegen, mindestens einen dritten ringför-Auch als eine Vorstufe zur Eliminierung von seitlich migen Wandler mit einer zur Ringachse geneigten der Hauptachse kommenden Echos kann deren Er- Abstrahlungsfläche, deren Ränder auf einer gegenfassung in der bekannten Vorrichtung nicht betrach- über der zur Ringachse senkrechten Ebene eine Vertet werden, da die bekannte Vorrichtung nicht mit 60 'iefung bildenden Schraubenfläche liegen, eine Gleich-Tokussierung arbeitet und somit keine Seitenmaxima richterschaltung, eine Verzögerungsschaltung, eine im Sinne der Erfindungsgattung vorliegen. Subtraktionschaltung, eine mit dem Ausgang der Sub-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei traktionsschaltung verbundene Anzeigeeinrichtung einem Verfahren der eingangs genannten Gattung und simultan derart zu betätigende Schalter, daß in die Seitenmaxima, d. h. Echos von seitlich der Achse 65 einer Schaltstellung der erste Wandler mit dem Senliegenden Reflektoren, zu verringern. der und über die Verzögerungsschaltung mit der Sub-

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß traktionsschaltung verbunden ist und in der zweiten eine impulsförmig begrenzte Ultraschallwelle, düren Schaltstellung der zweite Wandler mit dem Sender

und der dritte Wandler direkt mit der Subtraktion- der 25 über Verstärker 26 bis 31 und Schalter 32 bis

schaltung verbunden ist. 37, wobei sich alle Schalter gemeinsam entweder in

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- Stellung I oder in Stellung II befinden können und je

matischer Zeichnungen beispielsweise und mit wei- nach Stellung der Schalter zwei verschiedene Ver-

teren Einzelheiten erläutert. Es stellt dar 5 bindungswege voia Sender bestehen. Der erste Ver-

Fi g. 1 einen aus zwölf Sektoren zusammenge- bindungsweg besteht in der Leitung 38 und dient der

setzten, ringförmigen Ultraschallwandler, direkten Verbindung des Senders 25 mit den Kontak-

Fi g. 2 ein Blockschema einer Sendeschaltung, ten I der Schalter 32 bis 37 und damit über die Ver- Fig. 3 ein Blockschema einer Empfangsschaltung, stärker 26 bis 31 der phasengleichen Ansteuerung Fig.4 eine graphische Darstellung der Signal- io aller Wandlerelemente 1 bis 12. Der zweite Verbin-

amplituden, dungsweg enthält eine Verzögerungsleitung 39 mit

Fig. S eine schematische Darstellung einer wei- einer Reihe von Anzapfungsstellen, die mit den Konteren Ausführungsform der Erfindung, takten II der Schalter 32 bis 37 verbunden sind. Die

Fig. 6 ein Blockschema einer modifizierten Emp- Anzapfungsstellen sind so gewählt, daß ihr zeitlicher

fangsschaltung, 15 Abstand einer Phasendifferenz der Sendefrequenz

Fig. 7 ein Blockschema einer weiteren modifizier· von 60° entspricht. Bei der gezeichneten Zuordnung

ten Empfangsschaltung. der Wandlerelemente senden in der Schalterstellung II

Der in Fig. 1 gezeigte ringförmige Ultraschall- die Wandlcrelemente2 und 8 um +60°, die Wandwandler 20 besitzt ein ringförmiges Gehäuse 21 mit lerelemente 3 und 9 um + 120°, die Wandlereleeinem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wo- ao mente 4 und 10 um + 180°, die Wandlerelemente 5 bei die Symmetrieachse der Querschnittsfläche gegen und 11 um 240° und die Wandlerelemente 6 und 12 die Ringachse geneigt ist und diese in einem be- um 300° gegenüber den von den Wandlerelementen 1 stimmten Abstand schneidet. Die offene Seite des und 7 gesendeten Ultraschallwellen phasenverscho-U-förmigen Querschnitts ist diesem Schnittpunkt und bene Ultraschallwellen.

damit der Ringachse zugewandt In der ringförmigen as Die Wandlerelemente 1 bis 12 dienen gleichzeitig Vertiefung des Gehäuses 21 sind 12 gleich große, zum Empfang von reflektierten Ultraschallwellen, segmentförmige, zusammen einen Ring bildende Wie in Fig. 3 gezeigt, sind sie in der gleichen Grup-Wandlerelemente 1 bis 12 angebracht. Diese Wand- pierung wie beim Senden über Verstärker 41 bis 46 lerelemente bestehen aus einer auf einem Dämpfungs- mit Schaltern 47 bis 52 verbunden. Die Schalter 47 block aus Epoxyharz/Wolfram aufgebrachten piezo- 3° bis 52 können gemeinsam entweder in der Stellung I elektrischen Schicht Die Wandlerelemente sind durch oder in der Stellung II sein. Außerdem schalten sie Korkplatten 22 akustisch vom Gehäuse 21 und von- gemeinsam mit den Schaltern 32 bis 37 der Sendeeinander isoliert. Dem elektrischen Anschluß der schaltung in die entsprechenden Schaltstellungen I Wandlerelemente dient einerseits eine aufgedampfte, oder II. Die Kontakte I der Schalter 47 bis 52 sind mit dem Gehäuse verbundene metallische Schicht auf 35 mit einer Additionsschaltung 53 verbunden, an deren der Vorderseite und andererseits einzelne durch Boh- Ausgang über eine Gleichrichterschaltung 53a eine rangen im Gehäuse und in den Dämpfungsblocks zu Verzögerungsleitung 54 angeschlosesn ist Die Verden Rückseiten der piezoelektrischen Schichten füh- zögerungsleitung 54 ist so bemessen, daß ihre Verrende Anschlußleitungen (nicht gezeigt). Zur Anpas- zögerungszeit dem zeitlichen Abstand zweier aufeinsung der Schallimpedanz an Wasser und zum mecha- 40 anderfolgender Sendepulse entspricht Der Ausgang nischen Schutz der piezoelektrischen Schwinger dient der Verzögerungsleitung 54 ist mit einer Subtraktionseine Schicht 23 aus Epoxyharz. schaltung 55 verbunden, an deren Ausgang ein Ka-

Im Betrieb sendet jeder piezoelektrische Schwinger thodenstrahloszillograph 56 angeschlossen ist Die ein Ultraschallbündel aus. Das auf diese Weise ent- Kontakte II der Schalter 48 bis 52 sind mit Phasenstehende Ultraschallfeld fokusisert in einer bestimm- 45 drehgliedern 57 bis 61 verbunden, deren Ausgänge ten Entfernung vom Ultraschallwandler auf der Ring- zu einer Additionsschaltung 62 rühren. Der Konachse in einer Brennlinie. Die Länge der Brennlinie takt II des Schalters 47 ist direkt mit einem Eingang bestimmt die Tiefe, über die eine gute laterale Auf- der Additionsschaltung 62 verbunden. In den Phalösung erreicht wird. Der Abstand der Brennlinie sendrehgliedem 57 bis 61 wird den von den Paaren vom Ultraschallwandler bestimmt sich im wesent- 50 von Wandlerelementen kommenden Empfangslichen durch die Neigung der piezoelektrischen Signalen eine Phasenverschiebung von gleicher Schwinger gegen die Ringachse. Die Länge der Brenn- Größe wie beim Senden mit umgekehrtem Vorzeichen linie wird vor allem durch die Breite der piezoelek- vermittelt Der Ausgang der Additionsschaltung 62 frischen Schwinger bestimmt Die Form des von den ist über eine Gleichrichterschaltung 62a mit dei piezoelektrischen Schwingern ausgesendeten Ultra- 55 Subtraktionsschaltung 55 verbunden, schallfeldes laßt sich durch die Schnittfläche charak- Die Arbeitsweise der aus dem ringförmigen Ultra terisieren, die es mit einer beliebigen, beispielsweise schallwandler, der Sendeschaltung und der Emp zwischen Wandler und Brennlinie liegenden, zur fangsschaltung bestehenden Einrichtung ist wie folgt Achse senkrechten Ebene bildet und die im folgen- Zunächst stehen alle Schalter sowohl der Sendeschal den als Querschnittsfläche des Ultraschallfeldes be- 60 tong als auch der Empfangsschaltimg in der Stel zeichnet werden soll. Diese Querschniftsfläche ist im long I. Ein vom Sender 25 erzeugtes Signal gelang vorliegenden Fall im wesentlichen ringförmig, wobei über die Leitung 38, die Schalter 32 bis 37 und di der Durchmesser des Ringes mit der Entfernung vom Verstärker 26 bis 31 zu den Wandtereteine 1 bi Wandler bis zur Brennlinie stetig abnimmt 12, die alle gleichphasig erregt werden. Die Wand In dem in Fig. 2 gezeigten Blockschema der 65 lerelemente senden Ultraschallwellen aus, derei Sendeschaltung sind die Wandlerelemente 1 bis 12 Querschnittsfläche im wesentlichen ein Ringsegmei nur symbolisch durch ihre Nummern in Blöcken an- darstellt Das gesamte Schallfeld, das sich aus de gegeben. Ihre Ansteuerung erfolgt durch einen Sen- von den einzelnen Wandlerelementen gesendete

Bündeln zusammensetzt, hat demnach eine im wesentlichen ringförmige Querschnittsfläche. Alle von den einzelnen Wandlern abgestrahlten Ultraschallbündel und damit das gesamte Schallfeld sind in Phase. Reflektierte Ultraschallwellen werden wiederum von den Wandlerelementen 1 bis 12 aufgenommen, in den Verstärkern 41 bis 46 verstärkt und über die Schalter 47 bis 52 der Additionsschaltung 53 zugeführt. In der Additionsschaltung 53 werden alle Signale addiert, in der Gleichrichterschaltung 53 α gleichgerichtet und in die Verzögerungsleitung 54 eingegeben.

Nun werden alle Schalter 32 bis 37 und 47 bis 52 in die Stellung II umgeschaltet. Nach der Umschaltung wird vom Sender 25 ein zweiter Impuls abgegeben, der mit Hilfe der angezapften Verzögerungsleitung 39 in 6 Signale aufgespalten wird, die die vorstehend beschriebene Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen. Mit Hilfe dieser Signale werden die Wandlerelemente 1 bis 12 wie angegeben paarweise angesteuert. Der Ultraschallwandler strahlt somit ein Ultraschallfeld aus, dessen Querschnittsfläche sich aus einer Anzahl von gegeneinander phasenverschobenen Sektoren zusammensetzt.

Reflexionen des zweiten Ultraschallimpulses werden wiederum durch Wandlerelemente 1 bis 12 empfangen, in elektrische Signale umgewandelt und durch die Verstärker 41 bis 46 verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 41 wird direkt der Additionsschaltung 62 zugeführt. Die Ausgangssignale der Verstärker 42 bis 46 werden den Phasendrehgliedern 57 bis 61 zugeführt und dort mit einer der Phasenverschiebung beim Senden betragsmäßig gleichen Phasenverschiebung, jedoch mit negativem Vorzeichen versehen. Die phasenverschobenen Ausgangssignale der Phasendrehglieder 57 bis 61 werden ebenfalls der Additionsschaltung 62 zugeführt. In der Additionsschaltung 62 werden die von den Paaren von Wandlerelementen kommenden Signale miteinander addiert. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung 62 wird gleichgerichtet und der Subtraktionsschaltung 55 zugeführt. Gleichzeitig mit diesem Signal kommt vom Ausgang der Verzögerungsleitung 54 das Empfangssignal von Reflexionen des ersten Ultraschallimpulses an der Subtraktionsschaltung 55 an. Die beiden Signale werden nun voneinander subtrahiert und das Resultat auf dem Kathodenstrahloszillographen sichtbar gemacht. Bei diesem resultierenden Signal sind die Amplituden der Echos von Reflektoren im Bereich der Seitenmaxima wesentlich geringer als bei einem einfachen aus einem einzigen Schritt bestehenden Verfahren.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausfühningsform wird für je zwei sich gegenüberliegende Wandlerelemente eine Phasenverschiebung gewählt, die jeweils dem Winkel Φ eines dieser Wandlerelemente auf dem Ring proportional ist. Als Winkel Φ_η des η-ten Wandlerelementes wird beispielsweise der Winkel zwischen dem Mittelpunkt des n-ten Wandlerelementes und dem Mittelpunkt des ersten Wandlerelementes definiert, wobei willkürlich für den Mittelpunkt des Wandlerelemente 1Φ, = 0 festgelegt wird.

Das Verfahren mit der sich stufenweise von einem Wandlerelement zum nächsten ändernden Phasenverschiebung für den zweiten bzw. die weiteren Impulse stellt eine Approximation des generellen Prinzips dar. bei dem sich die Phase kontinuierlich über

den ringförmigen Ultraschallwandler, d. h. proportional zum Winkel Φ von gedachten infinitesimalen Wandlerelementen, ändert.

Allgemein läßt sich das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Grund der nachstehenden vereinfachten theoretischen Überlegungen beschreiben. Der zweite bzw. die weiteren Impulse werden mit einem ringförmigen Ultraschallwandler gesendet, dessen (infinitesimale) Elemente also mit der Phase

Ψ = 2Φ

schwingen, wobei Φ den Winkel eines Elementes auf dem Ring bedeutet. Das entstehende Ultraschallfeld

is läßt sich wiederum durch seine Querschnittsfläche charakterisieren. Diese weist eine mit dem Winkel Φ proportional veränderliche Phase auf. Die Schallamplitude a(r) im Bereich der Brennlinie für diese Anordnung ist durch den folgenden Ausdruck ge-

ao geben:

air)

as Hier bedeutet /₂ die Besselfunktion zweiter Ordnung, λ die Wellenlänge des Ultraschalls im verwendeten Medium, r_A den Radius des ringförmigen Wandlers, r die Radialkoordinate der Amplitudenverteilung von der Achse aus gemessen und R den Abstand vom Ring.

Die Signale der empfangenen Echos werden nun mit dem Phasenfaktor e~²'* multipliziert, wobei Φ wiederum den Winkel des betreffenden Elementes bedeutet. Man erhält dann für die Amplitude s_t(r)

des empfangenen Echos

wenn die Reflektoren mit einem Schallfeld gemäß Gleichung (2) beschallt werden. s_s(r) hat den Wert 0 auf der Achse, d. h., es liefert nur die Echos von Reflektoren im Bereich der Seitenmaxima.

Für die Amplitude des Echosignals des ersten Impulses, der ohne Phasenschub gesendet und empfangen wurde, erhält man

Subtrahiert man nun Gleichung (3), d. h. die Echo« von Reflektoren in den Seitenmaxima von Gleichung 4, d.h. von den Echos von Reflektoren aul der Achse plus den Echos von Reflektoren in der Seitenmaxima, so erhält man

Die Amplitude s_tot(r) des resultierenden Signals is in Fig. 4 zusammen mit i_o(r) dargestellt. Man sieht daß die Seitenmaxima vom s,_ol(r) wesentlich schnei ler abfallen als die Seitenmaxima von v„(r).

Wie aus Fig.4 ersichtlich, hat die so erhalten Punktantwort noch immer gewisse Seitenmaxima Die Punktantwort kann verbessert werden, wem

man noch zusätzliche Impulse sendet, bei denen alle Schalter 66, 68 und 70 in der Stellung I. Ein jedes Element mit einer Phase Jt Φ schwingt, beim erster Impuls gelangt vom Sender 67 zum Ultra-Empfang mit dem Phasenfaktor e~^lh* multipliziert, schallwandler 63, wodurch dieser eine Ultraschalldie erhaltenen Signale mit einem Faktor C_k multipli- welle aussendet, die über die gesamte Querschnittsztert und addiert oder subtrahiert. Hierbei ist k eine 5 fläche in Phase ist. Von einem Reflektor zurückgeganze Zahl. Man erhält dann als totales Signal strahlte Echos werden wiederum mit dem Wandler

63 empfangen und über den Schalter 68 dem Ver-

(2_Trr\ stärker 69, die Gleichrichterschaltung 69 ο und den

—7«r—) (6) Schalter 70 der Verzögerungsleitung 71 zugeführt.

'·" ' ίο Anschließend werden alle Schalter in die Stellung II

umgeschaltet. Ein zweiter Impuls des Senders 67

wobei J_k die Besselfunktion Jfc-ter Ordnung bedeutet. gelangt zum Wandler 64, der eine Ultraschallwelle Neben der beschriebenen Ausführungsform, mit aussendet, deren Phase in der Querschnittsfläche der die Phasenverschiebung der einzelnen Bündel proportional zum Winkel Φ ist. Die von einem Redes Ultraschallfeldes elektronisch hergestellt wird, 15 flektor zurückgestrahlten Ultraschallwellen werden eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen vom Ultraschallwandler 65 empfangen und dabei mit Verfahrens auch eine Vorrichtung, bei der für (a) einer Phasenverschiebung, die der beim Senden entdas Senden und Empfangen des Ultraschallimpulses gegengesetz ist, versehen. Die vom Wandler 65 abgeohne Phasenverschiebung, für (b) das Senden des gebenen elektrischen Signale werden über den Schal-Ultraschallimpulses, bei dem die einzelnen Bündel ao ter 68, den Verstärker 69, die Gleichrichterschaltung des Schallfeldes eine Phasenverschiebung gegenein- 69 ο und den Schalter 70 der Subtraktionsschaltung ander aufweisen, und für (c) das Empfangen der 72 zugeführt. Gleichzeitig mit diesem Signal kommt Reflexionen dieses Ultraschallimpulses, bei dem die das verzögerte Empfangssignal vom ersten Impuls in einzelnen Bündel des Ultraschallfeldes eine Phasen- der Subtraktionsschaltung 72 an. Hier werden die verschiebung gegeneinander aufweisen, mit drei ver- 25 beiden Signale voneinander subtrahiert, und das schiedenen, voneinander unabhängigen, ringförmi- Resultat wird auf dem Kathodenstrahloszillographen gen Ultraschallwandlern vorgenommen wird. Bei sichtbar gemacht Man erhält das gleiche Ergebnis dieser Ausführungsform ist ein geringerer Schal- wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Austungsaufwand, dafür aber ein größerer Aufwand zur ruhrungsbeispiel.

Herstellung des bzw. der Ultraschallwandler erfor- 30 Eine andere Möglichkeit, eine kontinuierlich vom derlich. In Fig. 5 ist eme solche Vorrichtung sehe- Winkel abhängige Phasenverschiebung beim Sendematisch dargestellt. Es sind drei ringförmige Ultra- wandler 64 und beim Empfangswandler 65 zu realischallwandler 63, 64 und 65 vorgesehen, die kon- sieren, besteht darin, daß man vor diese Wandler zentrisch zueinander angeordnet sind. Der mittlere Ringe aus einem geeigneten Material, z.B. Acryl-Wandler 63 dient zum Senden und Empfangen der 35 glas, montiert, deren Dicke als Funktion des Win-Ultraschallwellen ohne Phasenverschiebung und ist kels Φ variiert.

über den Kontakt I eines Schalters 66 mit einem Eine andere Lösung mit einer sich stufenförmig

Sender 67 und über den Kontakt I eines Schalters ändernden Phase ist die, daß die Wandler aus ein-68 mit einem Verstärker 69 verbunden. An den zelnen Sektoren bestehen und stufenweise in der Ausgang des Verstärkers 69 ist eine Gleichrichter- 40 Tiefe gegeneinander versetzt sind. Eine andere Vaschaltung 69 a und an diese ein Schalter 70 ange- riante besteht darin, die Wandler in Sektoren aufzuschlossen, dessen Kontakt I mit einer Verzögerungs- -ilen und in den elektrischen Zuleitungen Phasenleitung 71 verbunden ist. Der Ausgang dieser Ver- drehglieder fest einzubauen

zögerungsleitung71 führt zu einer Subtraktionsschal- Die an Hand der Fig. 3 beschriebene Empfangs-

tung 72, an deren Ausgang ein Kathodenstrahl- 45 schaltung stellt insofern ein vereinfachtes Ausfühoszillograph 73 angeschlossen ist rungsbeispiel dar, als sie einfache Gleichrichtungs-

Der Wandler 64 dient zum Senden einer Ultra- schaltungen zur Gleichrichtung der Echosignale entschallwelle mit ringförmiger Querschnittsfläche, de- hält. Diese vereinfachte Schaltung gibt bei der Unteriren Phase sich proportional zum Winkel Φ ändert. suchung einfacher Objekte brauchbare Ergebnisse. Zu diesem Zweck ist der Wandler auf eine schrau- 50 Für die Untersuchung komplizierter Strukturen ist es ben- oder wendelfonnige Erhöhung montiert, deren häufig vorteilhaft, an Stelle der einfachen Gleichrich-Ganghohe so gewaWt wird daß die gewünschte Pha- iung eine phasenrichtige Gleichrichtung vorzusehen.

SSSSSSSSi SSntn⁶⁴ * ^mit Ι™, ^entfP^rechend -Silierte Empfangsschaltung

oem nomaKi 11 aes scnaiters 00 verwinden. ffa den 12teiligen Ultraschallwandler ist in Fig.<5

Der Wandler 65 dient zum Empfang von Reflexio- 55 gezeigt. Der Ausgang der Addierschaltung 62 ist mit

nen des vom Wandler 64 gesendeten Ultraschalliel- den Eingängen von zwei Multiplizierschaltungen 74

telt werden soll, ist der piezoelektrische Schwinger 76 der AmLZ αΓ μ Sf r ^ι.? τι■ βημ auf eine schrauben- bzw. wendelfonnige VerSng --'- - ~ - ^?-^{8 dCT Mrf}tiphzierschaltung 77 übet

einen Kontakt Π auf, der direkt zu einem ΕηΞ
der Subtraktionsschaltung 72 führt ^⁸

In Betrieb befinden sfch kernen ersten impuls

anliegen. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 80 ist über einen Tiefpaß 81 und eine Verzögerungsschaltung 82 mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung 76 verbunden, während der Ausgang der Multiplizierschaltung 83 über einen Tiefpaß 84 und eine Verzögerungsschaltung 85 mit dem zweiten Eingang der Subtraktionschaltung 79 verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Subtraktionsschaltungen 76 und 79 sind mit je einem Eingang einer Rechenschaltung verbunden, die die Wurzel aus der Quadratsumme der beiden subtrahierten Signale bildet. Der Ausgang der Rechenschaltung 86 ist mit dem Kathodenstrahl-Oszillographen 56 verbunden.

Eine andere Möglichkeit für eine Empfangsschaltung mit phasenrichtiger Gleichrichtung für den 12teiligen Ultraschallwandler ist in F i g. 7 gezeigt. Der Ausgang der Addierschaltung 62 ist mit einer Multiplizierschaltung 88 verbunden, an deren zweiten Eingang über einen Schalter 87 wahlweise das Signal cos ω t oder sind ω t angelegt werden kann. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 88 ist über einen Tief-

paß mit einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 90 verbunden. In entsprechender Weise ist der Ausgang der Addierschaltung 53 mit einem Eingang eines Multiplizierers 92 verbunden, an dessen zweiten Eingang über einen Schalter 91 wahlweise das Signal cos cut oder sin ωΐ angelegt werden kann. Der Ausgang des Multiplizierers 92 ist über einen Tiefpaß 93 und eine Verzögerungsschaltung 94 mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung 90 verbunden.

ίο Bei dieser Alternative bleiben die beiden Schalter 87 und 91 während zwei Pulsen in einer Schaltposition A und hierauf während zwei weiteren Pulsen in der zweiten Schaltposition B. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 90 ist über eine Gleichrichterschaltung 75 mit dem Kathodenstrahl-Oszillographen 56 verbunden. Auf dem Kathodenstrahi-Oszillographen 56 wird mit dieser Empfangsschaltung die Summe au: den Absolutwerten der beiden aus dem ersten Impulspaar und dem zweiten Impulspaar gewonnener addierten Signale dargestellt, die ungefähr der Würze aus der Quadratsumme gleich ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   ■%. Verfahren zur Verringerung der Echos von kußerhalb der Brennlinie liegenden Reflektoren S bei einem Echolotverfahren mit einem konvergenten Schallfeld mit im wesentlichen ringförmiger Querschnittsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine impulsförmig begrenzte Ultraschallwelle, deren Querschnittsfiäche im wesentlichen ringförmig und die über die gesamte Querschnittsfläche in Phase ist, gesendet wird, Echos von Reflektoren in der Brennlinie und außerhalb der Brennlinie empfangen werden, mindestens, eine weitere impulsförmig begrenzte Ultraschallwelle mit im wesentlichen ringförmiger Querschnittsfläche gesendet wird und Echos von Reflektoren in der Brennlinie und außerhalb der Brennlinie empfangen werden, wobei die bzw. jede weitere Ultraschallwelle nicht über die gesamte Querschnittsfläche in Phase ist und/oder die Echos mit einer sich über die Querschnittsfläche ändernden Phasenverschiebung versehen werden, die Echos von früher gesendeten Ultraschallwellen bis zum Eintreffen der Echos der letzten Ultra- «5 schallwelle gespeichert werden, die aus den Echos gewonnenen elektrischen Signale mit Gewichtungskoeffizienten versehen werden und jeweils Echos mit im wesentlichen gleicher Laufzeit addiert werden. 3»
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere(n) Ultraschallwelle^) nicht über die gesamte Querschnittsfläche in Phase ist bzw. sind und die von der bzw. den weiteren Welle(n) empfangenen Echos mit einer der Phasenverschiebung beim Senden betragsmäßig gleichen Phasenverschiebung mit umgekehrten Vorzeichen versehen werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der weiteren impulsförmig begrenzten UUraschallwelle(n) in jedem Punkt der Querschnittsfläche dem Winkel Φ dieses Punktes proportional ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase k Φ ist, wobei k eine ganze Zahl ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß k = 2 ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der weiteren, impulsförmig begrenzten Ultraschallwelle eine Anzahl von diskreten Werten annimmt, so daß sie sich stufenweise über die Querschnittsfiäche ändert.
7. 7. Verfahren nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ganzzahlige Vielfache der diskreten Werte der Phasen ganzzahlige Vielfache von 2 π ergeben.
8. 8. Verfahren nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Änderung durch Phasenschiebung des elektrischen Sendesignals realisiert wird.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen ringförmigen Ultraschallwandler (20), der aus mehreren segmentförmigen Wandlerelementen (1 bis 12) zusammengesetzt ist. deren Abstrahlungsflächen zur Ringachse hin «reneitrt sind, einen Sender mit einem Generator fSr?ineBnrichtung(39) zur Ansteuerung ausiewähUer Wandlerelemente mit gegeneinander E^verschobenen Signalen sowie eine Gruppe pnasenvciav wahlweisen Em-

   ^tr^S^ Ge-

   und einen Empfänger mit tongliedemtf? bis 61), Addierschaltunuicugii _{Gruppe V}on simultan mit den ichiim to SendeÄtigten Schaltern (47 bis 52) zur wÄeisen Einschaltung der Phasendrehde7 zwischen die Wandlerelemente und eine AdSaltungen, Gleichrichtungsschakun- (S3* 62a), eine Verzögerungsschaltung ⁽£?SubÄuonsscbaltung (55) und eine

   SnS Anspruch 9dadurch ge-Sr daß die Einrichtung (39) zur Anabgewählter Wandlerelemente m* geer ⁸phasenverschobenen Sienalen .,„ gleichmäßigen Abständen angezapften

   9, dadurch _ge-Sie Verbindung vom Generator zu den Wand-

   g zur zweiten Additionsschaltung

   ^Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeidmet, daß der Ultraschallwandler aus SglS großen Wandlerelementen (lb.s 12) bTtehfvon denen jeweils zwei über die erste Grappe von Schaltern mit jeweils einem Ausgang d "Phasenschiebers und über ^zweite Gruppe ä Schaltern mit jeweils einem Phasendrehghed

   1?v£fiU nach Anspruch^, dadurch Eekennzeichnet, daß die Ausgange des PhasenfSlrs jeweils 60° Phasendifferenz gegenemander aufweisen und die Phasendrehgheder die Reiche Phasenverschiebung mit umgekehrten Vor-

   iVoSÜn_g nach Anspruch 9. dadurch eekennzeichnet, daß die Gleichnchtungsschaltungen Multiplizierer zur Multiplikation der addierten Signale mit coswt und sin ωί, Tiefpasse zur Eliminierung der Frequenzen um dw Sendefrequenz und eine Rechenschaltung zur Bildung der Wurzel aus der Quadratsumme enthalten

   15 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtungsschaltungen Multiplizierer zur Multiplikation der addierten Signale mit cos ωί und sin ωί, Tiefpässe und einen Gleichrichter enthalten.

   16 Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sender (67), einen im wesentlichen ringförmigen Ultraschallwandler (63) mit einer gleichmäßig zur Ringachse hin geneigten Abstrahlungsfläche, deren Ränder im wesentlichen jeweils in eifier zur Ringachse senkrechten Ebene hegen, mindestens einen zweiten im wesentlichen ringförmigen Wandler (64) mit einer zur Ringachse hui geneigten Abstrahlungsfläche, deren Rander

   auf einer gegenüber der zur Ringachse senkrech- Querschnittsfläche im wesentlichen ringförmig urjd

   Jen Ebene eine Erhöhung bildenden Schrauben- die über die gesamte Querschnittsfläche in Phase isi,

   !J ^jpche liegen, mindestens einen dritten ringför- gesendet wird, Echos von Reflektoren in der Brenn-

   migen Wandler (65) mit einer zur Ringachse ge- linie und außerhalb der Brennlinie empfangen wer-

   neigten Abstrahlungsfläche, deren Ränder auf 5 den, mindestens eine weitere impulsförmig begrenzte

   ,; einer gegenüber der zur Ringachse senkrechten Ultraschallwelle mit im wesentlichen ringförmiger

   s Ebene eine Vertiefung bildenden Schraubenfläche Querschnittsfläche gesendet wird und Echos von Re-

   :: liegen, eine Gleichrichterschaltung (69 α), eine flektoren in der Brenlinie und außerhalb der Brenn-

   ■ Verzfi^erungsschaltung (71), eine Subtraktion- linie empfangen werden, wobei die bzw. jede weitere

   ·;,:■:;/schaltung (72), eine mit dem Ausgang der Sub- ίο Ultraschallwelle nicht über die gesamte Querschnitts-

   traktionsschaltung verbundene Anzeigeeinrich- fläche in Phase ist und/oder die Echos mit einer sich

   :tung(73) und simultan derart zu betätigende über die Querschnittsfläche ändernden Phasenver-

   Schalter (66, 68, 70), daß in einer Schaltstellung Schiebung versehen werden, die Echos von früher ge-

   . der erste Wandler mit dem Sender und über die sendeten Ultraschallwellen bis zum Eintreffen der