DE2639476C2 - Vorrichtung zum Steuern bzw. Führen einer Unterwasseranordnung über einen akustisch reflektierenden, unter Wasser befindlichen Gegenstand - Google Patents

Description

F i g. 7a und 7b Kathodenstrahlröhren-Anzeigen, die die Positionen der vorderen und hinteren Enden des Schlittens relativ zur Rohrleitung ergeben (diese Sichtanzeigen sind zur Zentrierung des Scbüttens nach F i g. 7 zweckmäßig) und

Fig.8 den Schlitten über der Rohrleitung, während diese mit Hilfe der auf dem Schlitten befestigten Grabenziehmaschine verlegt wird.

Vorliegende Erfindung ist vorzugsweise zum Manövrieren einer im Wasser ein- oder untergetauchten Vorrichtung über einem in der Regel stationären, Schall reflektierenden Gegenstand geeignet; die Erfindung wird insbesondere in Verbindung mit dem Fernmanövrieren einer Schlittenanordnung dargestellt und beschrieben, auf der ein Grabenziehgerät befestigt ist, das einen Graben in den Meeresboden gräbt, um eine Rohrleitung bzw. eine Pipeline darin zu verlegen.

Ip F i g. 1 ist ein eine Rohrleitung verlegender Schlitten 10 dargestellt, der eine Grabenziehvorrichtung 12 (Fig.8) aufnimmt Der Schlitten kann einen Eigenantrieb haben, er wird jedoch üblicherweise durch ein auf der Wasseroberfläche fahrendes Fahrzeug 14, das selbst von einem Boot 21 geschleppt wird, ferngesteuert. An Deck des Fahrzeuges 14 sind Winden 16,17 mit Schleppseilen 18,19 vorgesehen, die mit dem Rahmen 11 des Schlittens 10 gekoppelt sind. Der Rahmen 11 ist auf zwei parallel zueinander angeordneten Pontons 40, 41 befestigt. Das Fahrzeug 14 weist einen Betriebsraum 20 auf, welcher einen Teil (gestrichelt mit L in Fig. 2 angedeutet) einer akustischen Navigationseinrichtung 24 aufnimmt, die mindestens zwei und vorzugsweise vier jeweils in Paaren zu zweien angeordnete Wandler enthält, nämlich die Heckwandler 25,25' und die Bugwandler 26,26'.

Nach Fig.2 nimmt ein Tau 18 zusätzlich zu Spannbauteilen einen aus den Leitern 27, 27', 28, 28' bestehenden Kern auf. Leiter 27, 27' verbinden die Wandler 25, 25' init einem Sender-Empfänger 31. Die Leiter 28, 28' verbinden die Wandler 26, 26' mit einem Sender-Empfänger 32. Der Ausgang eines jeden Sender-Empfängers wird einerTeilspurprogrammiereinrichtung 37 aufgegeben, die mit einer Kathodenstrahlröhre 38 mit Anzeigeschirm 38' und mit einem graphischen Aufzeichnungsgerät 39 gekoppelt ist. Die Flußrichtung der Signale ist durch die Pfeile auf den die verschiedenen Blocks in F i g. 2 miteinander verbindenden Linien angegeben.

Jeder Wandler kann ein piezoelektrischer, keramischer Wandler sein. Jeder Wandler ist so ausgelegt, daß er in einer bestimmten Richtung und mit verhältnismäßig hohen Frequenzen arbeitet. Für die Forderungen des die Rohrleitung verlegenden Schlittens 10 ist eine Betriebssignalfrequenz von etwa 100 kHz ausreichend. Jeder Wandler wird zur Übertragung von akustischen Impulsen wie auch zur Anzeige ihrer reflektierten, akustischen Echos verwendet. Die Wandler sind in stabilen Gehäusen untergebracht, die in der Nähe der Enden der parallelen Pontons 40 und 41 befestigt sind. Die akustischen Impulse, die durch jedes Wandlerpaar 25, 25' oder 26, 26' übertragen werden, werden meist nach unten und aufeinander zu gerichtet, d. h. gegen die mittlere longitudinale Ebene 50 des Schlittens (F i g. 6).

Jeder nach untsn gesendete Impuls 42, der in einem Winkel zur Vertikalen gerichtet ist, erzeugt ein reflektiertes akustisches Echo 43. Die akustischen Impulse 42 werden sequentiell erzeugt, so daß ihre Rückführechos einander nicht beeinflussen. Die Wandler 25,25' werden von dem Senderteil des Sender-Empfängers 31 betrieben, die Wandler 26, 26' von dem Senderteil des Sender-Empfängers 32. Die von den Wandlern 25, 25' angezeigten Echos werden in den Empfängerteil des Sender-Empfäiigers 31 übertragen, und die von den Wandlern 26, 26' angezeigten Echos werden auf den Empfängerteil des Sender-Empfängers 32 übertragen.

Die Wandler 25,25', 26,26' sind vorzugsweise an den vier Ecken eines Rechteckes auf dem Schlitten Ϊ0

Ό angeordnet, wie am besten in den F i g. 2 und 7 gezeigt Der seitliche Abstand zwischen jedem Wandlerpaar 25, 25' oder 26,26' muß ausreichend groß im Vergleich zur Wellenlänge der den Wandlern aufgegebenen Signalfrequenz sein, damit die gewünschte Auflösung der Messung erreicht wird. Bei einer Ausführungsform beträgt der seitliche Abstand zwischen den Wandlern 25, 25' acht Meter und der longitudinale Abstand zwischen den Wandlern 25, 26 zwölf Meter. Bei diesen Dimensionen und bei einer Betriebssignalfrequenz von etwa 100 kHz beträgt die Meßauflösung in der Größenordnung von mehreren Zentimetern.

Die Teilspurprogrammiereinrichtung 37 steuert das Zeitverhalten der Übertragung und Aufnahme in den Sender-Empfängern 31 und 32.

Während nur eine Programmiereinrichtung 37 für beide Sender-Empfänger 31, 32 gezeigt ist, ist es für manche Atiwendungsfälle erwünscht, eine getrennte Programmiereinrichtung für jeden Sender-Empfänger vorzusehen. Der Senderabschnitt eines jeden Sender-Empfängers nimmt Schlüsselsignale aus der Programmiereinrichtung mit einer genau festgelegten Wiederholrate auf. Jedes Schlüsselsignal ist eine Rechteckwelle mit fester Frequenz, die den Sender steuert. Die Sender erzeugen kurze elektrische Impulse, die die gewünschte Signalfrequenz besitzen. Diese Impulse werden nacheinander durch die Wandler in entsprechende akustische Impulse umgewandelt, die in das Wasser abgestrahlt werden.
Ein Teil eines jeden gesendeten akustischen Impulses wird von einer reflektierenden Vorrichtung innerhalb seines Pfades reflektiert, und der übrige Teil läuft hindurch und wird am Meeresboden 23 geschwächt. Die Reflexion an einer Metalleitung hat eine größere Intensität als die an einem verhältnismäßig weichen Meeresboden. Da die Gesamtlaufzeit eines jeden akustischen Impulses und sein Echo direkt proportional dem Abstand zwischen dem Wandler und der Leitung ist, können Zeitmessungen in Schrägbereichsmessungen umgewandelt werden, was zu einer Unterwasserschallmessung führt. Verwendet man zwei Wandler, so ergibt sich ein Doppelbereichsschallgerät.

Schrägbereichsmessungen können auf fo'gende Weise durchgeführt werden: Die angezeigten Signale werden durch Empfänger 31,32 auf die Programmiereinrichtung 37 übertragen, die die angezeigten Signale für eine Anzeige 38' auf der Kathodenstrahlröhre 38 aufbereitet, und eine graphische Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsgerät 39 vornimmt. Das Aufzeichnungsgerät 39 besitzt eine Schreibvorrichtung (nicht dargestellt), die entsprechend der Intensität des aufgenommenen Echos ausdruckt. Die Schreibvorrichtung z. B. ein Schreibstift, schreibt auf einem Blatt Papier, und ein Vorschubmechanismus befördert das Papier unter dem Schreibstift im Takt weiter. Die elektrischen Ausgänge aus den beiden Wandlerpaaren 25, 25' und 26, 26' werden vorzugsweise auf dem gleichen Blatt Papier aufgezeichnet, jedoch auf entgegengesetzten Seiten einer Mittenlinie, die die Längssymmetrieebene 50 eines

Schlittens 10 (Fig.6) darstellt. Auf einer derartigen Aufzeichnung läßt sich eine Schall reflektierende Vorrichtung, z. B. eine Unterwasserleitung 22, auf einfache Weise aufgrund der dunkleren Spur unterscheiden. Aus der durch das graphische Aufzeichnungsgerät 39 erzeugten Aufzeichnung können die gewünschten Schrägbereiche abgemessen werden.

Der Teil der akustischen Impulse 42, die vertikal nach unten in den Meeresboden 23 wandern, wird als Echo 43' nach oben reflektiert Die Echos 43' sind die ersten, die zu den Wandlern zurückkehren, und erzeugen deshalb auf dem Aufzeichnungsgerät 39 eine Spur, die dunkler und enger ist als eine andere Spur aus dem Meeresboden 23. Aus dieser dunkleren Spur kann der vertikale Abstand oder die Höhe H der Wandler zum Meeresboden 23 abgemessen werden. Da die Wandler auf einem Schlitten 10 befestigt sind, ist H auch die Höhe des Schlittens 10 über dem Meeresboden 23.

Die Kathodenstrahlrohrsichtanzeigen 38' (F i g. 7A, 7B) sind Darstellungen, die unter Verwendung der Bug- und Heckwandler auf dem Schlitten erhalten werden. Diese Sichtanzeigen ergeben, wenn sie zusammengenommen werden, die Positionen beider Enden des Schlittens relativ zur Leitung 22 im X- K-Koordinatensystem. Die Höhe des Schlittens 10 kann auch von einer vertikalen Skala 60 aus den Sichtanzeigen 38' abgemessen werden.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Schallgeräts 24 in bezug auf die Lokalisierung einer Rohrleitung 22 die Zentrierung des Schlittens 10 über der Rohrleitung sowie der Führung des Schlittens über der Rohrleitung erläutert.

Zu Beginn ist die Umgebung der Rohrleitung 22 bekannt. Die Barke 14 wird in die bekannte Umgebung gebracht und der Schlitten an den Schleppseilen 18, 19 in eine Tiefe Hi (F i g. 3), z. B. zwischen 20 und 50 m über Meeresboden 23 abgesenkt. Die Navigationseinrichtung 24 wird so weit erregt, daß elektrische Impulse in den Senderabschnitt des Sender-Empfängers 32 eingespeist werden, der die Bugwandler 26, 26' speist. Jeder «o Wandler sendet einen akustischen Impuls 42. Diese Impulse werden meist gegeneinander, d. h. gegen die Ebene 50 (F i g. 6) gerichtet Aus F i g. 3 ergibt sich, daß die Rohrleitung 22 außerhalb der Reichweite der akustischen Strahlen 42, die von dem Wandler 26' *5 gesendet werden, jedoch innerhalb der Reichweite der akustischen Strahlen 42, die von dem Wandler 26 gesendet werden, liegt

Die Höhenlage des Schlittens 10 und der Neigungsbereich zwischen Wandler 26 und Rohrleitung 22 ergibt sich aus dem graphischen Aufzeichnungsgerät 39, wie bereits erläutert Es kann auch eine zusätzliche Höhenmessung für die Höhenlage H durchgeführt werden, bei der zwei Druckanzeigevorrichtungen oder Hydophone 35, 36 (Fig. 1) zur Anzeige der Ankunftszeiten der Echosignale verwendet werden.

Der Schlitten 10 wird von der Barke 14 in Richtung des Pfeiles 49 (F i g. 4) geschleppt bis der zu messende Schrägbereich gleich der Tiefe H\ (Fig.3) wird. Während der Schlitten 10 in der Richtung 49 bewegt wird, beginnt der gesendete Strahl vom Wandler 26' die Leitung 22 zu schneiden. Der Schrägbereich zwischen dem Wandler 26' und der Rohrleitung 22 wird auch durch das Aufzeichnungsgerät 39 gegeben.

Es ist zweckmäßig, die Schrägbereiche zwischen den Wandlern 26, 26' und der Rohrleitung 22 im wesentlichen gleich groß zu machen. Wenn sie nahezu gleich sind, ist der Bug des Schlittens 10 nahezu zentriert.

Der Schlitten wird dann in eine Tiefe //2 abgesenkt, die zwischen 5 und 10 m beträgt (Fig.5). Beide Paare von Wandlern 26, 26' und 25, 25' werden dann erregt, u. z. ein Paar nach dem anderen. In jedem Paar werden die Wandler nacheinander erregt. Der Schlitten 10 wird dann so lange manövriert, bis die vier Wandler am Aufzeichnungsgerät 39 nahezu gleich große gemessene Tiefen H2 und im wesentlichen gleich große gemessene Schrägbereiche erzeugen (F i g. 6, 7). Wenn dies der Fall ist, nimmt die Längssymmetrieebene 50 des Schlittens 10 die Längsachse der Rohrleitung 22 auf.

Wie bereits beschrieben, können die Messungen, die aus dem Aufzeichnungsgerät erhalten werden, auch aus den Kathodenstrahlröhren-Sichtanzeigen, die während der Steuerung der Fahrzeuge 14 und 21 verwendet werden, und können somit zum Manövrieren des Schlittens 10 dienen, um die gewünschte Zentrierung des Schlittens auf der Rohrleitung 22 zu erreichen.

F i g. 7A zeigt eine Kathodenstrahlröhren-Anzeige 38' des Buges des Schlittens 10 und Fig.7B eine Kathodenstrahlröhren-Anzeige 38' des Hecks des Schlittens. Auf jeder dieser Sichtanzeigen werden Bezugsbilder der Grabenziehvorrichtungen 12, der Pontons 40, 41, der Rohrleitung 22 und des Meeresbodens 23 erzeugt Die Bezugsebene 50 ist gestrichelt dargestellt Die Bezugsbilder der Rohrleitung 22 und des Meeresbodens 23 sind gestrichelt gezeichnet, während die tatsächlichen Bilder 22, 23 voll ausgezogen dargestellt sind. Die Tiefe f/des Schlittens kann an der vertikalen Skala abgelesen werden.

Um den Schlitten über der Rohrleitung zu zentrieren, wird der Schlitten manövriert, bis die angezeigten tatsächlichen Bilder (voll ausgezogen dargestellt) der Rohrleitung 22 und des Meeresbodens 23 mit ihren entsprechenden Bezugsbildern 22 und 23 (gestrichelt dargestellt) zusammenfallen. Wenn dies der Fall ist, liegt der Schlitten 10 auf dem Meeresboden 23 auf und die Rohrleitung ist symmetrisch zwischen den Vorrichtungen 12 angeordnet (F ig. 8).

Die Grabenziehvorrichtungen 12, die von dem Schlitten aufgenommen werden, ziehen nun einen Graben 51, in den die Rohrleitung bis zu einer Tiefe 22' verlegt wird. Der Graben 51 und die Position 22' sind "estrichelt dar^CTeste!lt

Um die Position des Schlittens in bezug auf die Rohrleitung, z. B. die Grabenziehvorgänge, zu überwachen, ist die Erregung der Bugwandler 26, 26' ausreichend. Jede Abweichung des tatsächlichen Bildes der Rohrleitung 22 von dem Bezugsbild der Mittelebene 50 des Schlittens 10 wird auf dem Kathodenstrahlrohrschirm 38' nach F i g. 7A angezeigt Ein Korrekturvorgang kann von der Barke 14 aus unmittelbar vorgenommen werden, um den Schlitten in bezug auf die Rohrleitung erneut zu zentrieren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche: Meeresboden in Verbindung, wobei insbesondere als

   ^v akustische Verbindung ein Sonargerat verwendet

   1 Vorrichtung zum Steuern bzw. Führen einer werden kann. Dabei findet eine mit eigenen dynami-Unterwal eranorfnung über einem akustisch reflek- sehen Ankermitteln ausgerüstete Boje Anwendung die tierenden, unter Wasser befindlichen Gegenstand, 5 in bestimmter Entfernung von dem Schiff ^r mit zwei auf der Unterwasseranordnung befestigten verankert ist und eine an der Oberflache befindliche Paaren von Wandlern, einer Übertragungsvorrich- Meßvorrichtung, die z.B. mit dem Kompaß des tung die den Wandlern elektrische Impulse aufgibt Schiffskörpers zusammenwirkt stellt die relaüve Posidamit bestimmte Wandler direkt akustische Impulse tion des Schiffes zur Boje und zu dem eingeschlagenen in das Wasser übertragen, wobei jeder Wandler die io Kurs fest Positionsabweichungen des Schiffskörpers resuhierenden, reflektierten, von seinen direkten von dem gegebenen Meeresbodenpunkt werden dabei akustischen Impulsen erzeugten akustischen Impulse durch Betätigen der Antriebsvorrichtung über die von anzeigt e"ne? Empfängervorrichtung, die mit den der Meßvorrichtung gelieferten Fehlers.gnale korn-Waiidlern gekoppelt ist um selektiv die elektrischen giert

   Ausgangssignale aus den Wandlern aufzunehmen, 15 Das der Erfindung zugrunde liegende Problem

   u^d S Szeichnungsvorrichtung, die mit der besteht darin, eine Unterwasseranordnung über einem

   fepfängervorrichtung gekoppelt ist und eine unter Wasser befindlichen Gegenstand, in dem fortlau-

   Aufzeichnung des Ausgangssignales eines jeden fend der Abstand zwischen' wenigstensi einem Paar von

   Wandlers erzeugt, gekennzeichnet durch auf der manövrierenden Anordnung befestigten Wand

   eine auf einem auf der Wasseroberfläche schwim- 20 lern und dem unter Wasser befind ,eher.G^

   menden Fahrzeug (14) vorgesehene Navigationsein- gemessen wird zu steuern bzw fuhren. Bevor die

   Achtung (24) in dir Nahe d^ges Gegenstandes (22), die Anordnung über den Gege"^nd m^anovr,ert werden

   die von den Wandlern (25, 25', 26, 26') erzeugten kann, muß der Gegenstand häufig zuerst geortet

   Aufzeichnungen zum Führen der Unterwasseran- werden; nach dem Orten des ^G^^e"^s^^nd.^ef_fiX_h ^d^

   Ordnung (10) in bezug auf den Gegenstand (22)25 Anordnung über dem unter Wasser befndl.chen

   verwendet Gegenstand positioniert und dann über ihn hinwegge-
2. 2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- führt. Eine derartige Steuerung bzw. Fuhrung wurde zeichnet daß die Wandler (25, 25', 26, 26') auf der bisher von Tauchern vorgenommen. Uaterwasseranordnung (10, U) an den Eckpunkten Aufgabe vorhegender Erfindung ist es somit, eme eines Rechteckes angeordnet sind. 30 unter Wasser bewegte Anordnung, z.B. einen eme
3. 3 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Grabenziehmasch.ne aufnehmenden Schlitten von _gekennze!chnet^gdaßjeweüs^Pein Wandler (25,25') am einem auf der Wasseroberfläche schwimmenden^Schiff Bugende und jeweils ein Wandler (26, 26') am oder dergl. aus ohne Einsatz von Tauchern zufuhren. Heckende eines jeden Pontons (40, 41) der wobei zur Steuerung des Schiffes ein Unterwasser-Unterwasseranordnung (10,11) vorgesehen ist. 35 schallgerät verwendet wird. .

   Gemäß der Erfindung ist die gattungsgemaue

   Vorrichtung gekennzeichnet durch eine auf einem auf

   der Wasseroberfläche schwimmenden Fahrzeug vorgesehene Navigationseinrichtung in der Nähe des

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach « Gegenstandes, die die von den Wandlern erzeugten dem Oberbegriff des Anspruchesi. Aufzeichnungen zum Führen der Unterwasseranord-

   Aus der DE-AS 17 56 698 ist eine Vorrichtung zum nung in bezug auf den Gegenstand verwendet. Positionieren eines Schiffes mit einem darunter Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenbefestigten Ausrüstungsträger bekannt, der mit Hilfe stand der Unteransprüche .

   von Ultraschallwellen zur Sollposition gesteuert wird. « Mit der erf.ndungsgemaßen Vorrichtung wird somit Eine derartige Vorrichtung dient somit zum Positionie- erreicht daß beispielsweise bei dem erwähnten ren oder Auffinden eines Gegenstandes unter Wasser, Ausführungsbeispiel einer Grabenz.ehmaschine der wobei zur Erzielung von Tiefenanzeigen mit Echolot- gesamte Grabvorgang unter Wasser ohne Einsatz von verfahren gearbeitet wird Tauchern in mehreren hundert Metern Wassertiefe

   Des weiteren ist aus der DE-OS 22 45 166 eine 50 durchgeführt werden kann. Die Erfindung ist jedoch Anordnung zum Steuern und Einhalten der Position nicht auf die Anwendung der Grabenziehmaschinen eines Unterwasserfahrzeuges unter Verwendung von beschränkt. .,_,.,.,., ■ ,, _{w A} „„ „;.

   Positions- und Kursfühlern bekannt, unter anderem Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit

   auch ein akustisches System vom Sonartyp und der Zeichnung anhand e.nes Ausfuhrungsbeisp.eles Ultraschallantwortbaken. Die Positionsfühler erzeugen ⁵⁵ erläutert. Es zeigt .

   Signale, die der jeweiligen Position entsprechen und die F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Vorncntung

   Abweichung von der Sollposition wird aufgrund dieser zum Steuern bzw. Führen einer Unterwasseranordnung Signale gesteuert, entweder über ein Steuergerät oder über einen akustisch reflektierenden unter Wasser von Hand befindlichen Gegenstand nach der Erfindung,

   Schließlich ist aus der DE-OS 24 10 528 ein Verfahren &° F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Steuerzum dynamischen Verankern von Schiffen und dergl. vorrichtung nach F lg.l,

   Schwimmkörpern bekannt, bei dem jede Abweichung F i g. 3 den Beginn der Suche nach dem Gegenstand,

   des Schwimmkörpers von einem Bezugspunkt von Fig.4 den Bahnverlauf des Schlittens zum Gegen-

   einem Positionsdetektor festgestellt wird, der zusam- stand,

   men mit einem Kursmesser Antriebsorgane des« _F i g. 5 und 6 die Positionierung des vorderen bndes Schiffskörpers betätigt, um ihn in die Sollstellung des Schlittens über der Rohrleitung zurückzubringen. Die Positionsdetektoren stehen dabei F i g. 7 die Zentrierung beider Enden des Schlittens

   mechanisch, akustisch oder elektromagnetisch mit dem über der Rohrleitung,