DE2501559C3

DE2501559C3 - Echosounder for underwater sound location with at least two intermediate memories

Info

Publication number: DE2501559C3
Application number: DE2501559A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Dieter Ing.(Grad.) 2300 Kiel Karsch
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1975-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1978-03-02
Also published as: GB1534443A; NO143547C; NO753381L; NO143547B; DE2501559B2; DE2501559A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Echolotgerät mit mindestens zwei Zwischenspeichern, von denen während jeder Lotperiode in dem einen die ankommenden Echosignale gespeichert werden, während aus dem anderen die gespeicherten Echosignale der vorigen Lotperiode ausgelesen und einem Anzeigegerät (insbesondere einer Kathodenstrahlröhre) zugeführt werden. Die Zwischenspeicher tauschen nach jeder Lotperiode ihre Rollen, zu welchem Zwecke ein elektrisch oder elektronisch steuerbarer Umschalter vorgesehen ist, der spätestens zu Beginn der nächsten Lotperiode betätigt wird.The invention relates to an echo sounder device with at least two buffers, of which during each plumb period in the one the incoming echo signals are stored, while from the others read out the stored echo signals of the previous plumbing period and a display device (in particular a cathode ray tube). The buffers swap after each soldering period their roles, for what purpose an electrically or electronically controllable switch is provided, the is actuated at the latest at the beginning of the next plumbing period.

Solche Zwischenspeicher werden bekanntlich verwendet, wenn eine Änderung des AbbildungsmaßstabesSuch buffers are known to be used if there is a change in the reproduction scale

s möglich sein soll, was durch schnelleres oder langsameres Ein- oder Auslesen des Zwischenspeichers geschieht, oder wenn trotz großer Wassertiefe, also langer Lotperiode, auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein »stehendes«, d. h. möglichst flimmerfreies Bilds should be possible, what happens through faster or slower reading in or reading out of the buffer, or if on the screen of the cathode ray tube despite the great depth of water, i.e. long plumbing period a "standing", d. H. Flicker-free image as possible

ι» erzielt werden soll.ι »is to be achieved.

Bei einer Wassertiefe von 750 m würde eine Lotperiode schon ca. eine Sekunde lang sein; die Nachleuchtdauer des Schirmbildes einer Kathodenstrahlröhre beträgt aber normalerweise nur 1/10At a water depth of 750 m, a plumbing period would be around one second long; the However, the afterglow duration of the screen image of a cathode ray tube is normally only 1/10

is Sekunde. Somit würden auf dem Bildschirm verhältnismäßig lange Dunkelzeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen liegen, was sich als starkes Flimmern bemerkbar machen würde. Um dies zu vermeiden, wird der Speicherinhalt innerhalb der für dieis second. Thus, on the screen would be proportionate long dark periods lie between two consecutive recordings, which turns out to be strong Would make flicker noticeable. To avoid this, the memory contents are stored within the

ui Wiedergabe zur Verfügung stehenden Zeit (Lotperiodendauer) mehrmals nacheinander wiedergegeben. ui playback time available (lot period duration) played back several times in succession.

Eine weitere Störung des Echogrammbildes kann bekanntlich dadurch entstehen, daß gelegentlich während einer oder einiger Lotperioden ein gänzlicherA further disturbance of the echogram image can, as is known, arise from the fact that occasionally during one or several plumbing periods a complete

2.S Echoajsfall eintritt, verursacht durch starken Seegang oder starke Luftblasenbildung im Wasser. Hierbei kann eine Unruhe des Echogrammbildes entstehen, die schon den Charakter eines Flackerns hat und die ein Ablesen des Echogramms zu einer Anstrengung werden läßt.2.S Echoajsfall occurs, caused by rough seas or strong air bubbles in the water. This can cause a restlessness of the echogram image, which already has the character of a flickering and which makes reading the echogram an effort.

ίο Ausgehend von der Überlegung, daß sich die gemessenen Werte von einer Lotperiode zur anderen normalerweise noch nicht erheblich ändern, erscheint es im Interesse eines ruhigen Echogrammbildes zweckmäßiger, bei vorübergehendem Echoausfall die mit diesemίο Based on the consideration that the measured values do not normally change significantly from one plumbing period to another, it appears in the interest of a steady echogram image, it is more useful in the case of a temporary echo loss that with this one

i-i verbundene Dunkelzeit durch Wiederholung des letzten störungsfreien Echogramms zu überbrücken, wenn auch unter Inkaufnahme eines kleinen Fehlers, als den Echoausfall auf dem Bildschirm deutlich werden zu lassen.i-i connected dark period by repeating the last one to bridge interference-free echogram, albeit with the acceptance of a small error than the Make the echo drop out on the screen clearly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Echoausfall die Wiederholung des letzten störungsfreien Echogramms zu gewährleisten. Dies wird bei einem Echolotgerät der eingangs vorausgesetzten Art erfindungsgemäß erreicht durch an sich bekannte, von der Echosignalspannung steuerbare Schaltmittel, welche auf die Steuerung des die Speicher vertauschenden Umschalters derart einwirken, daß sie die Betätigung dieses Umschalters verhindern, wenn die Echosignalspannung einen vorgegebenen Mindestwert nicht erreicht.The invention is based on the object of repeating the last undisturbed echo in the event of an echo failure Ensure echogram. In the case of an echo sounder device of the type initially assumed, this is carried out according to the invention achieved by switching means known per se, controllable by the echo signal voltage, which on the control of the changeover switch interchanging the memories act in such a way that they actuate prevent this switch if the echo signal voltage does not reach a predetermined minimum value achieved.

Dieser prinzipielle Vorschlag wird zweckmäßig dadurch verwirklicht, daß ein Differenzverstärker mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang vorgesehen ist, an dessen nicht invertierenden Eingang der Echoempfangskanal und an dessen invertierenden Eingang ein elektrischer Speicher (Kondensator o. dgl.) angeschlossen ist, und dessen Ausgang mit dem elektrischen Speicher rückstromfrei gekoppelt und außerdem mit dem Eingang einerThis basic proposal is expediently implemented in that a differential amplifier with an inverting and a non-inverting input is provided, at its non-inverting Input of the echo reception channel and an electrical memory at its inverting input (Capacitor o. The like.) Is connected, and its output with the electrical memory without reverse current coupled and also with the input of a

<><> bistabilen Kippstufe verbunden ist, daß ferner ein Ausgang der bistabilen Kippstufe an den einen Eingang eines Und-Tores geführt ist, dessen Ausgang auf den elektrisch oder elektronisch steuerbaren Umschalter arbeitet und dessen anderer Eingang mit dem<> <> bistable flip-flop is connected that further a The output of the bistable multivibrator is led to one input of an AND gate, the output of which is directed to the electrically or electronically controllable switch works and its other input with the

^(l> Kommando-Impuls zur Betätigung dieses Umschalters beaufschlagbar ist, und daß schließlich Schaltmittel vorgesehen sind, mittels welcher bei Abgabe desselben oder eines besonderen Kommando-Impulses die Aufla- ^(l > command pulse to operate this switch can be applied, and that finally switching means are provided, by means of which, when the same or a special command pulse is issued, the charging

dung des elektrischen Speichers auf einen vorbestimmten Wert oder Bruchteil absenkbar isttion of the electrical storage device can be lowered to a predetermined value or fraction

Es gibt bekanntlich auch Fälle, in denen nur ein Teil des gesamten Tiefenbereiches gemessen und angezeigt werden soll, und es kann hierbei vorkorrsnen, daß die diesem Teil entstammenden Echosignale (etwa Fischechos) wegen verschlechterter Lotbedingungen ausfallen, während besonders starke Echosignale (z. B. Bodenechos), die einem Tiefenbereich entstammen, der außerhalb des gewählten Teilmeßbereiches liegt, noch ι α mit hinreichender Stärke eintreffen. Damit diese Echosignale nicht die Funktion der auf einen Echoausfall im Teilmeßbereich ansprechenden Schakmittel verhindern, müssen sie ausgeblendet werden. Zu diesem Zweck wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers ein Und-Tor vorgeschaltet ist, an dessen einen Eingang der Echoempfangskanal und an dessen anderen Eingang eine Leitung angeschlossen ist, die nur dann Spannung führt, wenn die dem gewählten Tiefenmeßbereich entstammenden Echosignale eingespeichert werden.As is well known, there are also cases in which only part of the entire depth range is measured and displayed should be, and it can be Vorkorrsnen that the echo signals originating from this part (e.g. fish echoes) fail due to worsened plumbing conditions, while particularly strong echo signals (e.g. Ground echoes) that come from a depth range that lies outside the selected partial measuring range, still ι α arrive with sufficient strength. So that these echo signals do not have the function of an echo dropout prevent appealing interlocking means in the partial measuring range, they must be masked out. To this Purpose is proposed in an advantageous embodiment of the invention that the non-inverting The input of the differential amplifier is preceded by an AND gate, at one input of which the echo receiving channel is connected and at the other input of which a line is connected that only carries voltage when the echo signals originating from the selected depth measurement range are stored.

Ein Beispiel für die Verwirklichung der Erfindung wird anhand des gezeichneten Blockschaltbildes näher erläutert.An example for the implementation of the invention is illustrated in more detail with the aid of the block diagram shown explained.

Hierin ist 1 ein Differenzverstärker mit einem invertierenden, mit » -« bezeichneten, und einem nicht invertierenden, mit » + « bezeichneten, Eingang An den invertierenden Eingang ist ein als elektrischer Speicher dienender Kondensator 2 angeschlossen. (Statt dieses Kondensators könnte man auch eine Torschaltung anschließen, welche die Zählimpulse für einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler steuert.) Der Ausgang des Differenzverstärkers 1 ist mit dem invertierenden Eingang, und somit auch mit dem Speicherkondensator 2, mittels einer Diode 3 rückstromfrei gekoppelt und außerdem über ein Invertierglied 4 mit dem Eingang einer bistabilen Kippstufe 5 verbunden. Als bistabile Kippstufe dient im vorliegenden Beispiel ein JK-Master-Slave-Flipflop. Dieses wurde deshalb gewählt, weil die Kippstufe aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, setzbar und rücksetzbar sein muß. Der eine Ausgang der Kippstufe 5, nämlich der Q-Ausgang des JK-Flipflops ist an den Eingang a eines Und-Tores 6 geführt, dessen Ausgang auf die Erregerspule 7 eines (im vorliegenden Falle) elektromagnetischen Umschalters arbeitet, der im übrigen aus den beiden Umschaltkontakten 71 und 72 besteht. Der Umschaltkontakt 71 führt die an der Klemme 8 ankommenden Echosignale dem einen oder dem anderen der beiden Speicher 9 bzw. 10 (Schieberegister, Ringkernmatrix o. dgl.) zu, während der Umschaltkontakt 72 von dem jeweils abzutragenden Speicher eine leitende Verbindung zu einem (nicht dargestellten) Anzeigegerät, insbesondere einer Kathodenstrahlröhre, herstellt. Dem Eingang ödes Und-Tores 6 werden über die Leitung 11 die Kommando-Impulse zur Betätigung der Umschaltkontakte 71 und 72 zugeführt; sie gelangen aber nur dann an die Erregerspule, wenn gleichzeitig Spannung am Eingang a des Und-Tores 6 steht. ho1 is a differential amplifier with an inverting input labeled “-” and a non-inverting input labeled “+”. A capacitor 2 serving as an electrical storage device is connected to the inverting input. (Instead of this capacitor, a gate circuit could also be connected, which controls the counting pulses for an up-down counter.) The output of the differential amplifier 1 is coupled to the inverting input, and thus also to the storage capacitor 2, by means of a diode 3 and is free of reverse current also connected to the input of a bistable multivibrator 5 via an inverter 4. In the present example, a JK master-slave flip-flop serves as the bistable multivibrator. This was chosen because the flip-flop must be settable and resettable for reasons that will be explained below. One output of the flip-flop 5, namely the Q output of the JK flip-flop, is connected to the input a of an AND gate 6, the output of which works on the excitation coil 7 of an electromagnetic changeover switch (in the present case), which otherwise consists of the two Changeover contacts 71 and 72 exist. The changeover contact 71 feeds the echo signals arriving at the terminal 8 to one or the other of the two memories 9 or 10 (shift register, toroidal core matrix or the like), while the changeover contact 72 provides a conductive connection to a (not shown) display device, in particular a cathode ray tube, produces. The command pulses for actuating the changeover contacts 71 and 72 are fed to the input Ödes AND gate 6 via the line 11; but they only reach the excitation coil when voltage is present at the input a of the AND gate 6 at the same time. ho

An den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 1 ist der Ausgang eines Und-Tores 12 angeschlossen, dessen Eingang a über die Klemme 13 an den Echoempfangskanal angeschlossen zu denken ist. Die hier ankommenden Echosignale gelangen aber nur <■,$ dann an den Eingang des Differenzverstärkers 1, wenn gleichzeitig an der Leitung 14, und damit am Eingang b des Und-Tores 12, Spannung steht. Es muß dies eine Spannung sein, die dann — und nur dann — vorhanden ist, wenn die Echosignale dem gewählten Meßbereich entstammen.To the non-inverting input of the differential amplifier 1, the output of an AND gate 12 is connected, the input of a is to think connected to the echo receive channel via the terminal. 13 But the incoming here echo signals only reach <■, $ then to the input of the differential amplifier 1, if there is the same on the line 14, and thus at the input b of the AND gate 12, voltage. This must be a voltage that is then - and only then - present when the echo signals originate from the selected measuring range.

Ais solche kommt diejenige Steuerspannung in Betracht, welche die Schaltmittel zur Speicherung der eintreffenden Echosignale in Wirkung setzt und hältAs such, that control voltage comes into consideration, which the switching means for storing the sets and maintains incoming echo signals

15 ist ein Schalter, der jedesmal beim Beginn einer neuen Lotperiode, nämlich zugleich mit dem Auslösen des Sendeimpulses kurzzeitig geschlossen wird. Hierdurch wird die an Klemme 16 angelegte Plusspannung auf einen Eingang der Nicht-Oder-Schaltung 17 gegeben, was zur Folge hat daß die Aufladung des Speicherkondensators 2 über den Widerstand 18 abzufließen beginnt, seine Ladespannung also absinkt. Der Betrag oder der Bruchteil, auf den die Ladespannung absinkt, hängt von der Schließungsdauer des Schalters 15 und von der aus dir Größe des Widerstandes 18 und des Speicherkondensators 2 sich ergebenden Zeitkonstante ab.15 is a switch that works every time a new soldering period starts, namely at the same time as it is triggered of the transmission pulse is closed briefly. This results in the positive voltage applied to terminal 16 given to an input of the NOT-OR circuit 17, which has the consequence that the charging of the Storage capacitor 2 begins to flow through resistor 18, so its charging voltage drops. The amount or fraction to which the charging voltage drops depends on the length of time the Switch 15 and the size of the resistor 18 and the storage capacitor 2 from you resulting time constant.

Beim Schließen des Schalters 15 gelangt gleichzeitig über die Leitung 19 und ein Invertierglied 19a ein Rücksetzimpuls an das JK-Flipflop 5, der den (?-Ausgang auf Null setzt.When the switch 15 is closed, an inverter 19a is entered simultaneously via the line 19 and an inverting element 19a Reset pulse to the JK flip-flop 5, which the (? Output sets to zero.

Die Wirkungsweise der soweit beschriebenen Anordnung ist folgende:The mode of operation of the arrangement described so far is as follows:

Im Normalbetrieb gelangen in jeder Lotperiode die eintreffenden Echosignale an den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers t. Da diese die (zunächst sehr niedrige) Ladespannung des Speicherkondensators 2, und somit den am invertierenden Eingang vorhandenen Spannungswert übertreffen, wird am Ausgang des Differenzverstärkers 1 eine Plusspannung auftreten, die über die Diode 3 den Speicherkondensator 2 auflädt. Außerdem wird der Spannungssprung am JK-Flipflop das Setzen des (?-Ausganges bewirken. Das das JK-Flipflop hierzu am Eingang einen negativen Spannungssprung benötigt, wurde das Invertierglied 4 eingefügt.In normal operation, the incoming echo signals reach the non-inverting one in each plumb period Input of the differential amplifier t. Since this is the (initially very low) charging voltage of the storage capacitor 2, and thus exceed the voltage value present at the inverting input A positive voltage occurs at the output of the differential amplifier 1, which via the diode 3 the storage capacitor 2 charges. In addition, the voltage jump at the JK flip-flop will set the (? Output cause. The fact that the JK flip-flop required a negative voltage jump at the input became the inverting element 4 inserted.

Mit dem Setzen des (^-Ausganges steht Spannung am Eingang a des Und-Tores 6, so daß ein am Ende der Lotperiode über die Leitung 11 gegebener Kommandoimpuls an die Erregerspule 7 gelangt und die Vertauschung der Speicher 9 und 10 + durch Betätigung der Umschaltkontakte 71 und 72 bewirkt.When the (^ output is set, there is voltage at the input a of the AND gate 6, so that a at the end of the Solder period on the line 11 given command pulse to the excitation coil 7 and the Interchanging the memory 9 and 10 + caused by actuation of the changeover contacts 71 and 72.

Kurz vor oder gleichzeitig mit dem Beginn der nächsten Lotperiode wird der Schalter 15 betätigt, wodurch — wie bereits erläutert — der Speicherkondensator 2 teilentladen und das JK-Flipflop 5 von (?auf φ rückgesetzt wird.Shortly before or at the same time as the start of the next soldering period, switch 15 is actuated, whereby - as already explained - the storage capacitor 2 is partially discharged and the JK flip-flop 5 from (? to φ is reset.

Trifft nun in einer Lotperiode kein Echosignal (oder ein allzuschwaches) ein, so wird am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 1 keine Spannung stehen bzw. eine so geringe, daß die am invertierenden Eingang stehende Spannung überwiegt. Infolgedessen bleibt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 1 negativ und am JK-Flipflop 5 wird der (^-Ausgang nicht gesetzt, und da somit der Eingang a des Und-Tores 6 spannungslos bleibt, läßt dieses Tor den Kommandoimpuls auf Leitung 11 nicht zur Erregerspule 7 durch.If no echo signal (or an overly weak one) arrives in a plumb period, the non-inverting Input of the differential amplifier 1 is no voltage or so low that the inverting Input standing voltage predominates. As a result, the output voltage of the differential amplifier remains 1 negative and at the JK flip-flop 5 the (^ output is not set, and therefore the input a of the AND gate 6 remains de-energized, this gate does not let the command pulse on line 11 through to the excitation coil 7.

Tritt in mehreren aufeinandei folgenden Lotperioden ein Echoausfall auf, so sinkt die Ladespannung des Speicherkondensators 2 schließlich so weit ab, daß sie bereits von dem normalen Rauschpegel des Verstärkers übertroffen wird, so daß schließlich auch die Rauschspannung eine Speicherumschaltung bewirken kann. Dies ist durchaus erwünscht aufgrund der Überlegung, daß nur kurzzeitige Echoausfälle als Störung gelten und dementsprechend überbrückt werden sollen, währendIf an echo failure occurs in several consecutive soldering periods, the charging voltage of the Storage capacitor 2 finally so far that it is already from the normal noise level of the amplifier is exceeded, so that finally the noise voltage can also cause a memory switch. This is quite desirable because of the consideration that only brief echo dropouts count as interference and should be bridged accordingly while

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ein längerdauernder Echoausfall eine Information darstellt, die nicht verschleiert werden darf.a prolonged loss of echo represents information that must not be obscured.

Außer den bisher beschriebenen Schaltmitteln sind noch solche vorgesehen, mit welchen man die Verhältnisse bei einer Meßbereichsumschaltung oder bei einer Verschiebung des Teilmeßbereiches (sogen. Fahrstuhlbetätigung) berücksichtigen kann.In addition to the switching means described so far, those are also provided with which you can Conditions when switching the measuring range or when shifting the partial measuring range (so-called. Elevator actuation).

Bei solchen Meßbereichsumschaltungen können nämlich starke Echosignalspannungsänderungen auftreten, die aber nicht mit Lotausfällen gleichzusetzen sind. Daher ist es erwünscht, die Unterdrückung der Speicherumschaltung unwirksam zu machen.In the case of such switching of the measuring range, namely strong echo signal voltage changes occur, but these are not to be equated with solder failures. Therefore, it is desirable to disable the memory switching suppression.

Zu diesem Zweck wird bei Bereichsumschaltung über die Leitung 20 und bei Fahrstuhlbetätigung über die Leitung 21 ein Oder-Tor 22 mit einem Steuerimpuls beaufschlagt. Die Ausgangsspannung dieses Oder-Tores wird über die Leitung 23 und ein Invertierglied 23a einem Setz-Eingang des JK-Flipflops 5 zugeführt, wodurch dessen (^-Ausgang gesetzt wird. Außerdem wird diese Ausgangsspannung über die Leitung 24 einem Eingang der Nicht-Oder-Schaltung 17 zugeführt, wodurch — ebenso wie beim Schließen des Schalters 15 — der Speicherkondensator 2 entladen wird, jedoch in diesem Falle praktisch vollständig, was sich durch eine entsprechende Bemessung der zeitlichen Länge des Steuerimpulses erreichen läßt.For this purpose, when switching areas via line 20 and when operating the elevator via the Line 21 applied to an OR gate 22 with a control pulse. The output voltage of this OR gate is fed to a set input of the JK flip-flop 5 via the line 23 and an inverter 23a, whereby its (^ output is set. In addition, this output voltage via line 24 fed to an input of the not-or-circuit 17, whereby - as well as when the switch 15 is closed - The storage capacitor 2 is discharged, but in this case practically completely, which is reflected in a can achieve appropriate dimensioning of the temporal length of the control pulse.

Hierzu i Jöiatt ZeichnungenFor this i Jöiatt drawings

Claims

25 ol 559 claims:

1. Echosounder for underwater sound location with at least two intermediate memories, one of which the incoming echo signals are stored in one of them during each plumbing period, while the stored echo signals of the previous plumbing period are read out from the other and a display device (in particular a cathode ray tube), and which Intermediate stores change roles after each soldering period, for what purpose an electrical or electronically controllable switch is provided at the latest at the beginning of the next soldering period is actuated, characterized by switching means controllable by the echo signal voltage (Differential amplifier 1, electrical memory 2, diode 3, bistable multivibrator 5, AND gate 6), which on the control of the memory interchanging switch (7,71,72) act in such a way that they the Prevent actuation of this switch when the echo signal voltage has reached a predetermined minimum value not reached.

2. Echosounder according to claim 1, characterized in that a differential amplifier (1) with an inverting (-) and a non-inverting (+) input is provided, at its non-inverting input (+) the echo receiving channel and at its inverting input (- ) an electrical memory (capacitor or the like) (2) is connected, and its output is coupled to the electrical memory (2) without reverse current and is also connected to the input of a bistable multivibrator (5) that also has an output (Q) the bistable flip-flop (5) is led to one input (a) of an AND gate (6), the output of which works on the electrically or electronically controllable switch (7, 71, 72) and the other input with the command pulse Actuation of this switch can be acted upon, and finally switching means (15, 16, 17, 18) are provided, by means of which the charging of the electrical Spe when the same or a special command pulse is given ichers (2) can be lowered to a predetermined value or fraction.

3. Echosounder according to claim 1 and 2, characterized in that the non-inverting input (+) of the differential amplifier (1) is preceded by an AND gate (12), at one input (a) of which the echo receiving channel and at the other input ( b) a line (14) is connected which carries voltage only when the echo signals originating from the selected depth measuring range are stored.