DE2332340A1 - Vorrichtung zur einstellung der triggerzeitsteuerung bei entfernungsmessern - Google Patents
Vorrichtung zur einstellung der triggerzeitsteuerung bei entfernungsmessernInfo
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Description
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke
Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: Akte 41 9^6/E-th Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 25-Juni 1973
Theaterplatz 3
Patentanmeldung
Simrad \S
Strandgt. jjl
3190 Horten, Norwegen
Simrad \S
Strandgt. jjl
3190 Horten, Norwegen
Vorrichtung zur Einstellung der Trigger-Zeitsteuerung bei Entfernungsmessern.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung der Trigger-Zeitsteuerung bei Entfernungsmessern durch Messung der
Laufzeit für die Reflexion ausgesendeter Energieimpulse, zum Beispiel bei einem Echolot.
Die meisten der heute üblichen Echolote besitzen Bereichswähler entsprechend des zu erforschenden Tiefenbereiches, beispielsweise
von 0-50 m, von 0-100 m oder von 0-I50 m. Da alle Bereiche
die gleiche Registrierfläche benutzen, ist die Auflösung der
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Aufzeichnungen schlechter, wenn innerhalb dieser vorgegebenen Aufzeichnungsfläche ein größerer Tiefenbereich aufgezeichnet
werden soll.
Um trotzdem eine gute Auflösung zu erreichen, werden Echolote gewöhnlich außerdem mit Anordnungen ausgestattet, um eine
veränderliche Zeitsteuerung des Aufzeichnungsgerätes (phasing) zu erreichen, d.h. die Aufzeichnung zu irgendeinem Zeitpunkt
umfasst nur einen Teil des gesamten Tiefenbereiches, beispielsweise
von 0-50 m, von 50-100 m oder von IOO-I5O m. Die Aufzeichnungen
umfassen daher jeweils nur 50 m und ihre Auflösung
innerhalb des Bereiches von IOO-I5O m ist gleich der des Bereiches
von O-5O m.
Um die Beobachtung von echoerzeugenden Zielen zu erleichtern,
welche dicht bei den Übergängen zwischen den Aufzeichnungsbereichen liegen, überlappen diese Bereiche gewöhnlich einander
und gehen von 0-50 m, von 40-90 m, von 8O-I5O m und von 120-17Om.
Ohne eine derartige Überlappung würde bei Verfolgung von Zielen, welche zwischen den Aufzeichnungsbereichen schwimmen, beispielsweise
zwischen 95 und 105 m wertvolle Zeit verloren gehen.
Diese zeitliche Steuerung des Aufzeichnungsgerätes (recorder phasing) wird durch triggern des Senders des Echolotes erreicht,
bevor der sich bewegende Schreibstift den Registrierstreifen erreicht.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß eine
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automatische Steuerung des Aufzeichnungsgerätes durch automatische
zeitliche Steuerung des Senders entsprechend den Echosignalen mit bestimmten Merkmalen, beispielsweise vom Meeresboden,
erzielbar ist, sodaß ein derartiges Bodenecho innerhalb eines vorgewählten, d.h. bestimmten, Bereiches der Aufzeichnungsfläche oder des Registrierstreifens sichtbar wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch ein Prüforgan zur Anzeige des Einganges
oder Nichteinganges eines Echosignals mit bestimmten Merkmalen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes, durch einen Phasen-Komparator
zur Entscheidung über den in Bezug auf den bestimmten Zeitraum vorzeitigen oder verspäteten Empfang eines Echosignals
mit bestimmten Merkmalen und durch einen vom Prüforgan und vom Phasen-Komparator derart gesteuerten veränderbaren Verzögerungskreis, daß bei vom Prüforgan angezeigtem Eingang von Echosignalen
mit bestimmten Merkmalen innerhalb des bestimmten Zeitraumes der Energieirnpulssender mit konstanter Verzögerung
triggerbar ist und bei einem Empfang von Echosignalen mit bestimmten Merkmalen vor bezw. nach dem bestimmten Zeitraum
der Energieimpulssender mit vergrößerter bezw. verkürzter Verzögerung triggerbar ist.
Vorzugsweise wird dabei das Prüforgan derart ausgebildet, daß seine Ansprechempfindlichkeit bezüglich der Anzeige des Nichteinganges
bestimmter Echosignale innerhalb des bestimmten Zeitraumes und damit die Zustandsänderung des Verzögerungskreises
vorgewählt werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
im einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
Figur 1 ein Aufzeichnungsgerät für ein Echolot in schematischer Darstellung;
Figur 2 ein Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 5 einen Komparatorkreis in dieser Vorrichtung; und
Figur 4 einen Ausblendkreis in der Vorrichtung.
Das in Figur 1 schematisch dargestellte Aufzeichnungsgerät 1 besitzt einen Bandantrieb 2 und einen Registrierstreifen J.
Auf diesem endlosen Band 2 ist ein Dauermagnet 4 angeordnet, welcher ein Kontaktrelais 5 schließt, wenn er an diesem vorbeiläuft.
Die Laufrichtung des Bandes 2 ist durch den Pfeil 6 angedeutet. Dicht bei dem Dauermagnet 4 ist ein Schreibstift
angeordnet.
Der Teil des Umlaufes des Schreibstiftes 7, welcher am Relais beginnt und an der linken, d.h. der unteren Kante 8, des Registrierstreifens
5 endet, ist in η Segmente unterteilt, welche am Relais 5 mit Null beginnen. Der Segment _i liegt an der
rechten, der Oberkante 9, des Registrierstreifens ^. Zwei der
Segmente zwischen JL und n, welche als UL und LL dargestellt
sind, zeigen die Ober- bezw. die Untergrenze des bestimmten Bereiches zur Aufzeichnung der Bodenechosignale.
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Das Blockschaltbild aus Figur 2 zeigt, daß ein Impuls vom Kontaktrelais 5 einen Taktgenerator (Oszillator) 10 startet.
Dieser Taktgenerator 10 steuert einen Aufteilkreis 11, welcher programmiert sein kann, wobei sein Teilungsverhältnis von der
Auswahl des Grundbereiches abhängt, was manuell oder automatisch erfolgt. Der Aufteilkreis 11 steuert einen Bezugszähler
12, der mit der Bewegung des Schreibstiftes 7 synchronisiert ist, sodaß jeder Schritt des Zählers 12 einem bestimmten Segment
der Bewegung des Schreibstiftes 7 zwischen dem Relais 5 und der Unterkante 8 des Registrierstreifens 5 entspricht.
Zwei Ausgangsklemmen am Bezugszähler 12 stellen die obere Grenze UL bezw. die untere Grenze LL des zur Aufzeichnung des Meeresbodens
auf dem Registrierstreifen 5 ausgewählten Bereiches dar. Die Obergrenze UL bedeutet die Minimaltiefe und die untere
Grenze LL die Maximaltiefe in dem bestimmten Bereich des Registrierstreifens. Da der Bezugszähler 12 mehrere Klemmen
besitzt, können je zwei zur Verschiebung dieses Bereiches ausgewählt werden, beispielsweise, um einen Bereich am Boden
dies Papierstreifens 3 beiseitezusetzen, um die Temperatur beim Fischen mit dem Schleppnetz aufzuzeigen, um die Aufzeichnung
auszudehnen oder für irgendeinen anderen Zweck.
Die letzte Zählung seitens des Zählers 12 triggert einen Rückstellkreis 13* welcher den Taktgenerator 10 anhält und den
Bezugszähler 12 sowie den Aufteilkreis 11 auf Null zurückstellt. Er triggert außerdem die Informationsübertragung von einem
Folgezähler 16 an einen Phasenbereichszähler 14. Dieser Phasenbereichszähler 14 wird von dem programmierten Aufteilkreis 11
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angetrieben. Der Ausgang von 14 läuft durch eine Impulsformerschaltung
15 und triggert den Sender des Echolotes. Der Triggerpunkt
(Zählerstand) für den Phasenbereichszähler 14 wird für jeden Lotungsrythmus vom Folgezähler 16 vorgewählt, welcher als
Speicher für den Phasenbereichszähler 14 dient. Das Ausgangssignal des Folgezählers 16 hängt von der laufenden Tiefenablesung
ab und steuert die Verzögerung entsprechend dem Grundbereich zwischen dem Start des Taktgenerators 10 seitens des
Kontaktrelais 5 und dem Triggern des Senders. Dies erfolgt durch teilweise Auffüllung des PhasenbereichsZählers 14 (voreingestellt),
bevor der Taktrythmus beginnt. Die Anzahl der Taktimpulse, welche erforderlich sind, um den Phasenbereichszähler
14 zu füllen und dadurch den Sender zu triggern, hängt von dem vorher eingestellten Zählerstand und infolgedessen von
der laufenden Tiefe ab. Die Informationsübertragung vom Folgezähler 16 an den Zähler 14 wird vom Rückstellkreis Ij5 gesteuert.
Der Folgezähler 16 wird von einem Komparatorkreis I7 in der
Weise gesteuert, daß die gespeicherte Startzahl jederzeit der gerade herrschenden Wassertiefe entspricht.
Der Komparator 17 ist mit der oberen Grenzklemrne (UL) und der
unteren Grenzklemme (LL) des Bezugszählers 12 verbunden und entscheidet, ob das Bodenecho über oder unter bezw. vor oder
nach dem bestimmten Bereich auf dem Registrierstreifen 3 empfangen wurde. Wenn das Echosignal oberhalb dieses Bereiches
liegt, liefert der Komparator I7 einen Impuls, durch welchen der Folgezähler 16 einen Schritt zurückgeschaltet wird, während
bei einem Empfang eines Echosignals unterhalb dieses Bereiches der Folgezähler einen Schritt höher geschaltet wird.
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— Ύ —
Der Komparatorkreis 17 empfängt das Bodenecho von einem Ausblendkreis
(window circuit) 18, welcher ebenfalls an die Endklemmen UL und LL des Bezugszählers 12 angeschlossen ist.
Dieser Ausblendkreis 18 wertet aus, ob das Bodenecho innerhalb des bestimmten Registrierbereiches empfangen wurde oder nicht.
Der Ausblendkreis 18 und der Komparatorkreis 17 werden durch den Trigger-Impuls der Impulsformerschaltung 15 auf Null zurückgestellt.
Der Ausblendkreis 18 ist derart ausgebildet, daß das Bodenecho viermal aus dem bestimmten Bereich ablaufen muß,
bevor ein Bodenimpuls an den Komparator 17 übermittelt wird, um den Folgezähler 16 zu korrigieren. Dies verhindert, daß der
Triggerpunkt durch falsche Echosignale, welche von den verschiedensten Quellen herrühren können, verschoben wird.
Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nutzt einen Phasenbereich aus, welcher 20$ der
Breite des Registrierstreifens 5 ausnutzt, während die Ausblendstufe
40# umfasst. Auf diese Weise erreicht man 100$ der
Phasenhysterese, wodurch verhindert wird, daß die Triggerzeitsteuerung vor- und zurückschwankt, wenn das Bodenecho dicht
bei einem der Grenzwerte einfällt.
Zwei der in Figur 2 dargestellten Bauteile, und zwar der Komparatorkreis
17 und der Ausblendkreis 18, sollen nachstehend im einzelnen erläutert werden.
Der in Figur 3 im einzelnen dargestellte Komparatorkreis 17
empfängt einen Bodenechoimpuls an der Klemme 20 vom Ausblend-
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kreis 18. Eine weitere Eingangsklemme 21 ist an den oberen Grenzausgang UL des BezugsZählers 12 angeschlossen, während
eine Eingangsklemme 22 an den unteren Grenzausgang LL des Bezugszählers 12 angeschlossen ist. Eine weitere Eingangsklemme
25 ist mit dem Ausgang der Impulsformerschaltung 15 verbunden,
während der eine Ausgang 23 mit dem "Count-down"-^ingang des
Folgezählers 16 und der Ausgang 24 mit dem "Count-up"-Eingang
dieses Folgezählers 16 verbunden ist.
Die Eingangsklemme 21 (UL) ist mit dem Takteingang eines JK-Flipflop
26 gekoppelt. Der invertierte Ausgang von 26 ist an den einen Eingang eines UND-Gatters 27 angeschlossen und außerdem
an den einen Eingang eines UND-Gatters 35 (negativ logisch), welches eine Ausgangsklemme 32 besitzt. Der Rückstelleingang
von 26 ist mit der Eingangsklemme 25 verbunden.
Die Eingangsklemme 22 (LL) ist mit dem Takteingang eines weiteren JK-Flipflop 28 gekoppelt. Der normale Ausgang von 28 ist
mit dem einen Eingang eines UND-Gatters 29 verbunden und außerdem mit dem anderen Eingang am UND-Gatter 35. Der Rückstelleingang
von 28 ist mit der Eingangsklemme 25 verbunden. Beide UND-Gatter 27 und 29 besitzen einen mit der Eingangsklemme 20
für Bodenechoimpulse verbundenen Eingang. Der Ausgang des UND-Gatters 27 ist mit der Ausgangsklemme 23 verbunden und
ergibt ein "Count-down"-Signal..Der Ausgang des UND-Gatters 29
ist mit der Ausgangsklemme 24 verbunden und ergibt ein "Countup" -Signal.
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Der vorbeschriebene Komparatorkreis 17 arbeitet folgendermaßen:
Der in 25 eintreffende Sendertriggerimpuls stellt den Normaleingang
beider Flipflops auf Null und den umgekehrten oder invertierten Ausgang auf EINS. Dadurch öffnet der JK-Flipflop
26 das Gatter 27. Dieses Gatter 27 bleibt so lange geöffnet, bis ein Impuls von Ausgang UL des Bezugszänlers 12 den Flipflop
26 zum Kippen bringt. Wenn das Gatter 27 einen Bodenimpuls
während dieser Öffnungsperiode empfängt, d.h. also aufzeichnet, daß das Bodenecho auf dem Registrierstreifen zu hoch liegt,
erscheint der Bodenimpuls an der Klemme 23, und der Folgezähler
16 schaltet um einen Schritt zurück. Während einer Zeitspanne vom Kippen des JK-Flipflop 26 infolge eines Signals seitens
der UL-Klemme des Bezugszänlers 12 bis zum Kippen des JK-Flipflop 28 aufgrund eines Signals an der LL-Klemme sind beide
UND-Gatter 27 und 29 geschlossen.. Während dieses Zeitraums befindet sich der Schreibstift innerhalb des bestimmten Bereiches
zur Aufzeichnung des Bodenechos auf dem Registrierstreifen 3.
Bei Eintreffen des Impulses von der LL-Klemme am Bezugszähler 12 kippt der JK-Flipflop 28 und öffnet daher das UND-Gatter
Dieses Gatter 29 bleibt so lange geöffnet, bis der nächste Sendeimpuls eintrifft. Ein während dieser Öffnungsperiode eintreffender Bodenimpuls gelangt zur Klemme 24 und bringt den
Folgezähler 16 dazu, einen Schritt höher zu schalten.
Der Ausblendkreis 18 ist in Figur 4 im einzeten dargestellt und
besitzt eine an den Ausgang der Impulsformerschaltung I5 an-
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- ίο -
geschlossene Klemme 30 und eine an einen nicht dargestellten Bodenimpulsdetektor angeschlossene Klemme 31.
Eine dritte Klemme 33 ist mit der Klemme 32 des Komparatorkreises
17 verbunden. Die vierte Klemme 34, die Ausgangsklemme
dieses Ausblendkreises 18, ist mit dem Bodenimpulseingang 20 des Komparatorkreises 17 verbunden. Die Klemme 33 ist im
Inneren des Kreises mit einem UND-Gatter 36 und einem ODER-Gatter
37 verbunden.
Die Klemme 30 ist mit dem Takteingang eines durch fünf teilenden
Zählers 38, beispielsweise der Type SN 7490 verbunden. Infolgedessen
erzeugt jeder Sendetriggerimpuls im Zähler 38 einen um EINS höheren Zählerstand,
Wenn das Bodenecho innerhalb des bestimmten Bereiches auf dem Registrierstreifen aufgezeichnet wird, ist das Gatter 36 offen,
und der Bodenechoimpuls kann von der Klemme yi zum Zähler 38
weiterlaufen und diesen auf Null zurückstellen.
Wenn das Bodenechosignal jedoch zu irgendeinem anderen Zeitpunkt empfangen wird, gelangt kein entsprechender Impuls über
das Gatter 36 an den Zähler 38, sodaß dieser nicht auf Null zurückgestellt werden kann und der nächste Sendetriggerimpuls
den Zähler 38 weiterzählen läßt. So lange diese Situation herrscht oder wenn überhaupt kein Bodenechosignal aufgezeichnet
wird, wird der Zähler 38 von den Sendetriggerimpulsen weitergeschaltet, d.h. er zählt fortlaufend weiter.
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Wenn vier Signale ausgestrahlt werden, ohne daß ein Bodenechoimpuls
innerhalb des bestimmten Aufzeichnungsbereiches empfangen wird, wird der Zähler 38 mit der Ausgabe 4 in hohem Zustande
durch eine Rückkopplungsverbindung mit einem der "Set"-Eingänge blockiert. Der andere "Set"-Eingang wird durch das Gatter 36
so lange hochgehalten wie der Empfang des Bodenechos außerhalb des bestimmten Aufzeichnungsbereiches bleibt. Wenn diese vierte
Ausgabe am Zähler 38 hoch ist, ist die Ausgabe am Gatter 37 stets niedrig. Diese Ausgabe wird an ein anderes Gatter 39
weitergeleitet, deren zweiter Eingang mit der Bodenimpulsklemme 31 über einen Inverter 40 verbunden ist. Der Ausgang des Gatters
39 ist mit der Klemme 34 gekoppelt und infolgedessen mit dem
Komparatorkreis I7, d.h. dessen Klemme 20.
So lange der Ausgang des Gatters 37 niedrig ist, bleibt das Gatter 39 für den Eingang der Bodenechoimpulse offen, sodaß
diese den Komparatorkreis 17 erreichen können, welcher den Folgezähler 16 dazu bringt, je nach der Ankunftszeit der Impulse
in 17 zuzuzählen oder abzuzählen (Count-up oder Countdown)
. Diese Suche nach der genauen Zeitsteuerung des Sendetriggers setzt sich so lange fort, bis der Bodenechoimpuls
innerhalb des bestimmten Aufzeichnungsbereiches empfangen wird. Sobald dies eintritt, geht der Bodenimpuls durch das Gatter
und widerruft den Einstellbefehl, welcher die vierte Ausgabe am Zähler 38 hochgehalten hat. Gleichzeitig wird dieser Zähler
38 mittels eines Inverterkreises 41 auf Null zurückgestellt.
Bei einer vereinfachten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind anstelle des Bezugszählers 12 für die obere und
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die untere Grenze nicht dargestellte Kontaktrelais vorgesehen. Diese Relais werden durch den Magnet 4 auf dem Riemen 2 des
Aufzeichnungsgerätes betätigt und ergeben infolgedessen Grenzsignale. In gleicher V/eise kann der Rückstellkreis 13 durch ein
weiteres Kontaktrelais ersetzt werden. Wenn auch die Erfindung vorstehend in ihrer Anwendung auf ein elektromechanisches Aufzeichnungsgerät
beschrieben wurde, ist sie doch nicht auf diese Art einer Echoaufzeichnung beschränkt. Die Erfindung ist ebenfalls
zur Aufzeichnung beispielsweise in Kathodenstrahlröhren, Flüssigkristall-Wiedergabeschirmen und in nockenbetätigten
Aufzeichnungsgeräten anwendbar, welche andere Einrichtungen verwenden als die Bewegung eines Schreibstiftes zur Wiedergabe
eines Zeitablaufes und infolgedessen der Entfernung von schallreflektierenden Gegenständen.
Während bei der vorbeschriebenen Ausführung logische TTL-EIemente
verwendet werden, können diese auch ohne weiteres durch andere Bausteine ersetzt werden, welche gleichartige Punktionen
ergeben, wie beispielsweise durch logische GMOS-Elemente, wie
dies jedem Fachmann geläufig ist. Wenn auch bei der vorstehenden Beschreibung der Erfindung davon ausgegangen wurde, daß vom
Meeresboden reflektierte Echosignale innerhalb eines bestimmten Bereiches des Registrierstreifens aufgezeichnet werden, so können
doch ebensogut passive oder aktive Echoquellen, beispielsweise ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge, automatisch auf die
gleiche Weise verfolgt werden, so lange die speziellen Merkmale der Echosignale identifiziert werden können.
Ansprüche;
ORIGINAL INSPECTED 309882/118b
Claims (2)
- Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Potentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz 3Patentansprüche :I)J Vorrichtung zur Einstellung der Trigger-Zeitsteuerung bei Entfernungsmessern durch Messung der Laufzeit für die Reflexion ausgesendeter Energieimpulse z.B. bei einem Echolot, gekennzeichnet durch ein Prüforgan (18) zur Anzeige des Einganges oder Nichteinganges eines Echosignals mit bestimmten Merkmalen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes, durch einen Phasen-Komparator (17) zur Entscheidung über den in Bezug auf den bestimmten Zeitraum vorzeitigen oder verspäteten Empfang eines Echosignals mit bestimmten Merkmalen und durch einen vom Prüforgan und vom Phasen-Komparator derart gesteuerten veränderbaren Verzögerungskreis (16), daß bei vom Prüforgan angezeigtem Eingang von Echosignalen mit bestimmten Merkmalen innerhalb des bestimmten Zeitraumes der Energieimpulssender mit konstanter Verzögerung triggerbar ist und bei einem Empfang von Echosignalen mit bestimmten Merkmalen vor bezw. nach dem bestimmten Zeitraum der Energieimpulssender mit vergrößerter bezw. verkürzter Verzögerung triggerbar ist.
- 2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit des Prüforganes (18) bezgl. der Anzeige des Nichteinganges bestimmter Echosignale innerhalb des bestimmten Zeitraumes.und damit die Zustandsänderung des Verzögerungskreises vorwählbar ist.Patentanwalt.ORIGINAL INSPECTED 309882/1185
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