DE2738416A1

DE2738416A1 - Seismisches system fuer den unterwassereinsatz

Info

Publication number: DE2738416A1
Application number: DE19772738416
Authority: DE
Inventors: Roger Hutchins
Original assignee: Huntec 70 Ltd
Current assignee: Huntec 70 Ltd
Priority date: 1976-11-24
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1978-06-01
Also published as: GB1548794A; CA1039397A; US4091356A

Description

Seismisches System für den Unterwassereinsatz

Die Erfindung betrifft ein seismisches System für den Unterwassereinsatz zur Aufzeichnung von Echos vom Wassergrund, mit einem unter Wasser bewegten Körper, der eine triggerbare Schallquelle,die auf einen Triggerimpuls hin ein Schallsignal aussendet, und einen Empfänger zum Empfang von Echos von dem Wassergrund sowie ein mit dem Empfänger verbundenes Auszeichnungsgerät mit einer repetierenden Ablenkeinrichtung und einer Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Startsignals beim Beginn eines jeden Ablenkvorganges enthält.

Seismische Systeme dieser Art werden in der Unterwasserforschung eingesetzt, um das Profil des Meeresbodens und der darunterliegenden Schichten zu erforschen. Bei den bekannten Systemen wird ein Körper oder "Fisch", der eine Schallquelle sowie Schallempfänger oder Hydrophone enthält, unter Wasser geschleppt. Die Schallquelle erzeugt eine Reihe von Schallimpulsen, die von dem Grund oder den darunterliegenden Schichten reflektiert werden, und die Echos werden von den Hydrophonen empfangen. Die Hydrophon-Signale werden über das Schleppkabel einem Aufzeichnungsgerät oder Schreiber im Schleppschiff zugeleitet, wo die Ankunftszeiten der verschiedenen Echos aufgezeichnet werden. Während der Fahrt des Schiffes werden wiederholt Impulse ausgesandt und auf diese Weise wird eine Karte der Meeresbodenschichten und der darunterliegenden Schichten erstellt.

Bei Anwendung der herkömmlichen Systeme wird die Genauigkeit der hergestellten Karten durch Vertikalbewegungen des geschleppten Körpers infolge der Wellenbewegungen,de-

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nen das Schleppschiff bei rauher See ausgesetzt ist, beeinträchtigt. Wenn sich der geschleppte Körper in der Nähe der Wasseroberfläche befindet, ist er außerdem noch direkt der Wellenbewegung ausgesetzt. Der Einfluß bewegten Wassers kann auf die Bodenhöhe des geschleppten Körpers einen Einfluß haben, der von Spitzenwert zu Spitzenwert einige Meter beträgt. Diese Bewegung verringert die Auflösung der hergestellten Karte, führt zu verschiedenen Unscharfen und zu einem Verlust an Informationsdetails über die aufgezeichneten Schichten.

Eine weitere Schwierigkeit der herkömmlichen Systeme besteht darin, daß,wenn die Tiefe des geschleppten Körpers eingestellt ist, die Position des Meeresgrundes auf der Karte variiert, z.B. wenn sich die Wassertiefe verändert. Dies erschwert zusätzlich die Interpretation der Karte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kompensationssystem für vertikale Schwankungen zu schaffen, das die Auswirkungen derartiger Schwankungen auf den geschleppten Körper und damit auf die Auflösung der zu erstellenden Karten verringert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in dem Körper ein Beschleunigungsmesser zur Messung der Beschleunigung des Körpers in vertikaler Richtung angebracht ist, dessen Ausgangssignale innerhalb eines Frequenzbereiches, der durch eine untere Grenzfrequenz begrenzt ist, einem Zweifach-Integrator zugeführt werden, der ein Positionssignal erzeugt, das annähernd die Position des Körpers für Beschleunigungen innerhalb des Frequenzbereiches angibt, und das bei Nichtvorhanden-

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sein von Beschleunigungen innerhalb des Frequenzbereiches einen stationären Wert annimmt und bei einer Beschleunigung des Körpers in Aufwärtsrichtung in einem ersten Sinne und bei Beschleunigung des Körpers in Abwärtsrichtung in einem zweiten Sinne verändert wird, daß das erste Startsignal der Aufzeichnungseinrichtung einer Verzögerungsschaltung zugeführt wird, die mit dem Integrator verbunden ist und auf den Empfang des ersten Startsignales hin ein zweites Startsignal erzeugt, das gegenüber dem ersten Startsignal um ein Zeitintervall verzögert ist, das einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn das Positionssignal seinen stationären Wert annimmt, und das sich von dem vorbestimmten Wert aus verringert, wenn das Positionssignal sich in dem ersten Sinne verändert und dessen Wert sich erhöht, wenn das Positionssignal sich in dem zweiten Sinne verändert, und daß das von der Verzögerungsschaltung erzeugte zweite Startsignal dem Schallsender zugeführt wird, derart, daß die vertikale Beschleunigung des Körpers innerhalb des Frequenzbereiches die Ansteuerung des Schallsenders zur Kompensation vorübergehender vertikaler Ortsveränderungen des Körpers ändert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der von dem Ablenksystem des Aufzeichnungsgerätes erzeugte Triggerimpuls für die Schallquelle in Abhängigkeit von der jeweiligen vertikalen Verschiebung des geschleppten Körpers (aus seiner Sollage) verstellt. Im einzelnen ist in dem Körper ein Beschleunigungsmesser angeordnet, der ein Signal erzeugt, das die vertikale Beschleunigung des Körpers angibt. Das Beschleunigungssignal wird innerhalb eines Frequenzbereiches, der eine bestimmte untere Grenz-

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frequenz besitzt, zweimal integriert, so daß ein Positionssignal entsteht, das annähernd die Vertikalposition des Körpers angibt. Dies gilt nur für Beschleunigungen, deren Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz liegt. Das Positionssignal wird zur Einstellung der Impulsaussendung der Schallquelle benutzt. Wenn der Fisch sich beispielsweise nach oben bewegt, würden die Echos den Fisch später als normal erreichen. Aus diesem Grunde wird die Schallaussendung durch die Schallquelle entsprechend vorverlegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Fisch außerdem mit einem Druckumsetzer versehen, der ein Tiefensignal erzeugt, das ebenfalls zur Verstellung des Zeitpunktes der Impulsaussendung durch die Schallquelle benutzt wird. Bei Verwendung dieses Druckumsetzers werden langsame Verstellungen, die in der Tiefe des Fisches erfolgen, keine Positionsänderungen des Meeresbodens auf der Aufzeichnung verursachen. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die Wassertiefe variiert und die Schwimmtiefe des Fisches angepaßt werden soll, um den Fisch relativ nah am Meeresboden entlangzuführen, so daß die Verluste an Schallenergie, die durch die übertragung über eine lange Wassersäule entstehen, vermieden werden. Erforderlichenfalls kann eine Kombination der Beschleunigungsund Tiefensignale verwandt werden, um den Zeitpunkt der Impulsaussendung durch die Schallquelle einzustellen. Wenn der Fisch sich nach oben bewegt, wird der Zeitpunkt der Schallimpulserzeugung vorverlegt, während bei einer Bewegung des Fisches nach unten dieser Zeitpunkt verzögert wird. Die Frequenzkurven des Beschleunigungskompensationssystems und des Druckkompensationssystems schneiden sich vorzugsweise bei einer Frequenz von etwa 0,01 Hz. Diese

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Frequenz stellt für das Beschleunigungskompensationssystem die untere Grenzfrequenz, und für das Druckkompensationssystem die obere Grenzfrequenz dar.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schleppkörpers, der von einem Schiff mit Abstand oberhalb eines geschichteten Bodens geschleppt wird,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus dem Blockschaltbild der Fig. 2 in detaillierterer Form,

Fig. 4 zeigt verschiedene Wellenformen bei dem erfindungsgemäßen System, und

Fig. 5 zeigt die Kurven typischer Frequenzantworten für Teile des Blockschaltbildes der Fig. 2.

Allgemeine Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Schleppkörper oder Fisch 2 dargestellt, der _mit einem Schleppkabel 6 von einem Schiff 4 geschleppt wird. Der Fisch 2 hängt an dem Schleppkabel und befindet sich unter Wasser in einigem Abstand zum Grund. Die schematisch angedeuteten Schallwellen 8 werden von einer Schallquelle 10 (Fig. 2) in dem Fisch 2 ausgesandt und

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von der Bodenschicht 12 sowie von den verschiedenen darunterliegenden Schichten 14 reflektiert. Die mit bezeichneten Echos werden von Hydrophonen 18 (Fig. 2) im Fisch aufgefangen. Die Signale der Hydrophone 18 werden über das Schleppkabel 16 einem Aufzeichnungsgerät 20 im Schiff zugeführt, um eine Karte des Bodenprofils zu erstellen. Die Energie für die Quelle 10 wird über das Kabel 6 vom Schiff aus geliefert.

Bei dem Aufzeichnungsgerät 20 handelt es sich um einen herkömmlichen Karten- oder Trommelschreiber mit repetierender Ablenkung, der von einer Ablenkschaltung 21 gesteuert wird. Ein typischer Schreiber, der sich für diese Aufzeichnung eignet, ist das Recorder-Modell Nr. 4600 von EPC Labs, Inc., Beverly, Mass., U.S.A. Bei diesem bekannten Aufzeichnungsgerät wird von einem Triggerimpuls-Generator 24 jedesmal dann ein Triggerimpuls erzeugt, wenn die Ablenkschaltung 22 einen Ablenkvorgang über die (nicht dargestellte) Karte beginnt. Nach dem Stand der Technik wird dieser Triggerimpuls direkt einem Triggeranschluß 25 der Schallquelle 10 zur Triggerung zugeführt.

Nach der Erfindung wird statt dessen der Triggerimpuls vom Schreiber 20 einer Verzögerungsschaltung 26 zugeführt. Der Verzögerungsschaltung 26 wird außerdem über einen Kondensator C1 ein Signal des in dem Fisch 2 angeordneten Beschleunigungsmessers 28 zugeführt. Das Signal des Beschleunigungsmessers 28 wird in den beiden in Kaskade geschalteten Integratoren 30 und 32 zweimal integriert und das resultierende Positionssignal wird zur Einstellung der von der Verzögerungsschaltung 26 erzeugten

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Verzögerung benutzt. Der von der Verzögerungsschaltung 26 erzeugte Triggerimpuls ist gegenüber dem Triggerimpuls des Schreibers um eine Zeitspanne verzögert, die von der vertikalen Position des Fisches abhängig ist. Der Triggerimpuls der Verzögerungsschaltung wird über die Leitung 34 des Kabels 6 der Schallquelle 10 zugeführt.

Der Fisch 2 kann auch einen Druckumsetzer oder Druckfühler 36 enthalten, der der Verzögerungsschaltung 26 über die Leitung 38 des Kabels 6 ein Drucksignal zuführt. Die Verzögerungsschaltung 26 antwortet auf die Drucksignale (die die Tiefe des Fisches anzeigen) des Druckumsetzers 36 und stellt den Sendezeitpunkt der Schallquelle 10 entsprechend ein. Wie noch erläutert wird, werden die oberhalb einer bestimmten Frequenz liegenden Schwankungen des Drucksignals durch das Tiefpaßfilter 40 herausgefiltert, um Druckänderungen, die auf oberhalb des Fisches laufende Wellen zurückzuführen sind, zu eliminieren.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 3 zeigt die Integratoren 30 und 32, die an den Beschleunigungsmesser 28 angeschlossen sind. Jeder Integrator besteht aus einem Operationsverstärker 46, 48, beispielsweise dem Modell LH0052 von National Semiconductor Corp., Santa Clara, Californien, U.S.A. Jedem Verstärker 46, 48 wird eine positive Spannung +V und eine negative Spannung -V zugeführt (beispielsweise von +15 Volt und -15 Volt) und jeder Verstärker besitzt ein Rückkopplungsnetzwerk 50, das zwischen seinen Ausgang und seinen Eingang geschaltet ist. Jedes Rückkopplungsnetzwerk 5 0 enthält einen Kondensator C2, der zu den Widerständen R1,

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R2 parallelgeschaltet ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 ist über einen Kondensator C3 mit Erde verbunden. Jedes Rückkopplungsnetzwerk 50 enthält ein Hochpaßfilter, das, wenn es in den Rückkopplungszweig seines Verstärkers geschaltet ist, eine Integrationsfunktion erzeugt. Mit den dargestellten Werten integrieren die Integratoren 30, 32 die Eingangssignale bis herab zu einer Grenzfrequenz von etwa 0,01 Hz. Bei niedrigeren Frequenzen ist das Ausgangssignal eines jeden Verstärkers 46, 48 lediglich gleich dem Eingangssignal multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers. Wenn das Eingangssignal eines Integrators stationär wird, fällt daher das Ausgangssignal des Integrators 30 oder 32 eventuell ebenfalls auf einen stationären Wert. Durch diese nichtideale Arbeitsweise der Integratoren ist sichergestellt, daß sie stabil bleiben, und nicht infolge von Gleichspannungsfehlern oder Streusignalen in die Sättigung geraten.

Zusätzlich ist ein Blockkondensator C1 zwischen den ersten Integrator 30 und den Beschleunigungsmesser 28 geschaltet. Der Kondensator C1 blockt alle von dem Beschleunigungsmesser 28 kommenden Gleichstromsignale ab und wird verwendet, weil das Gleichspannungsniveau des Beschleunigungsmessers 28 in einer Weise, die nicht leicht zu kompensieren ist, variieren kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß konventionelle Beschleunigungsmesser (Accelerometer), wenn sie sich in einer stabilen vertikalen Position befinden, normalerweise ein der Schwerkraft proportionales Gleichspannungssignal erzeugen. Wenn der Fisch jedoch rollt oder sich neigt, wird hierdurch das Gleichspannungssignal um einen Faktor verkleinert, der dem Kosinus des Neigungswinkels äquivalent ist. Da ein Gleichspannungs-

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Ausgleichssignal, das das Rollen des Fisches kompensiert, schwer zu erzeugen ist, hat es sich als die bessere Lösung erwiesen, alle Gleichspannungssignale des Beschleunigungsmessers abzublocken und nur den Wechselspannungsanteil, der Beschleunigungen oberhalb einer ausgewählten Grenzfrequenz angibt (normalerweise oberhalb von 0,01 Hz), hindurchzulassen.

Um die Kapazität des Kondensators C1 auf ein Minimum zu reduzieren, ist der Eingangswiderstand R3 des Verstärkers 46 ziemlich groß. Hierdurch wird die Gesamtverstärkung des rückgekoppelten Verstärkers 46 verringert. Die Gesamtverstärkung des rückgekoppelten zweiten Verstärkers 48 wird daher vergrößert, indem diesem Verstärker ein kleinerer Eingangswiderstand R4 vorgeschaltet ist. Bei einem Prototyp dieser Schaltung betrug die Gesamtverstärkung des rückgekoppelten Verstärkers 4 6 2 und die Gesamtverstärkung des rückgekoppelten Verstärkers 48 betrug 20.

Das zweimal integrierte Ausgangssignal wird nach Verlassen des Integrators 32 amplitudenmäßig durch das Potentiometer R5 eingestellt und anschließend durch die Verstärker 54 und 55 verstärkt und einem Stift 5 einer monostabilen Zeitsteuerschaltung 56 zugeführt. Als Zeitsteuerschaltung 56 eignet sich beispielsweise das Modell LM555 von National Semiconductor Corp., Santa Clara, Californien, U.S.A. Die Ziffern im Inneren der Schaltung 56 bezeichnen die Stiftnummern. In dieser Zeitsteuerschaltung wird der Stift 3 normalerweise niedriggehalten und die Schaltung wird über den Eingang an Stift 2 getriggert. Nachdem die-Schaltung getriggert ist, schaltet sie die Stifte 6 und 7 ab und Stift 3 geht hoch, bis die Spannung an Stift 6

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gleich derjenigen an Stift 5 wird. Zu dieser Zeit geht Stift 3 wieder herunter. Die Zeitsteuerschaltung 56 arbeitet auf diese Weise in monostabilem Betrieb.

Bei der dargestellten Schaltung ist der Ausgang des Verstärkers 55 mit dem Stift 5 der Zeitsteuerschaltung 56 verbunden. Der Triggerimpuls-Generator des Schreibers ist mit dem Stift 2 der Zeitsteuerschaltung verbunden. Die Stifte 6 und 7 der Zeitsteuerschaltung 56 sind gemeinsam an den Kollektor eines Transistors Q1 geschaltet, der als Konstantstromquelle geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors QI ist ferner über den Kondensator C3 mit Erde (Masse) verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. dargestellt. Wenn der Triggerimpuls-Generator 24 des Schreibers 22 einen Impuls 60 erzeugt, wie in Fig. 4a dargestellt ist (der Impuls ist bei dem beschriebenen Modell negativ), wird der Impuls 60 dem Stift 2 der Zeitsteuerschaltung 56 zugeführt. Die Zeitsteuerschaltung 56 schaltet dann die Stifte 6 und 7 ab. Hierdurch kann sich der Kondensator C3 aus der von dem Transistor Q1 gebildeten Konstantstromquelle aufladen. Die Spannungskurve der Aufladung des Kondensators C3 ist in Fig. 4b mit 62 bezeichnet.

Wenn die Spannung an den Stiften 6 und 7 der Zeitsteuerschaltung gleich der Spannung an Stift 5 wird, d.h. gleich dem verstärkten Ausgangssignal der Integratoren 30, 32, geht die Spannung an Stift 3 der Zeitsteuerschaltung herunter. Dies ist in Fig. 4c bei 64 dargestellt.. Stift 3 ist über die Schalter 66, 67 und den Kondensator C4 mit der

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Basis des Transistors Q2 verbunden. Der Kondensator C4 ist normalerweise entladen, weil Stift 3 normalerweise an einem Potential +V gehalten wird. Wenn die Spannung an Stift 3 heruntergeht, wird ein negativer Impuls 68, Fig. 4d, der Basis des Transistors Q2 zugeführt und schaltet den Transistor Q2 augenblicklich ein. Hierdurch wird ein abgeschnittener positiver Impuls 70 am Kollektor des Transistors Q2 erzeugt, wie in Fig. 4e dargestellt ist. Der positive Impuls 70 wird von dem Transistor Q3 invertiert, in Rechteckform gebracht und verstärkt, wodurch der Impuls 72 (Fig. 4f) entsteht, der zum Triggern der Schallquelle 10 benutzt wird. Der Impuls 72 stellt daher einen verzögerten Triggerimpuls dar.

Normalerweise ist das Gleichspannungsniveau am Ausgang des Verstärkers 55 an dem Potentiometer R6 so eingestellt, daß der verzögerte Triggerimpuls 72 nach einem Festzeitintervall ti nach dem Anfangstriggerimpuls 60 erzeugt wird, wenn der Fisch 2 außer der Schwerkraft keiner anderen Beschleunigung ausgesetzt ist. Die feste Verzögerungszeit ti liegt typischerweise in der Größenordnung von 10 Millisekunden. Dann, wenn der Fisch 2 mit einer oberhalb der Grenzfrequenz der Integratoren liegenden Frequenz beschleunigt wird, wird die Verzögerungszeit ti verringert. Dies liegt daran, daß das verstärkte Ausgangssignal der Integratoren von dem Gleichspannungsniveau, das normalerweise bei Abwesenheit jeglicher Beschleunigungen am Ausgang des Verstärkers 55 ansteht, subtrahiert wird. Die verringerte Verzögerung bewirkt eine frühere Einschaltung der Schallquelle 10, um die erhöhte Zeit zu kompensieren, die das Echo benötigt, um den Fisch 2 zu erreichen. Wenn umgekehrt der Fisch 2 nach

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unten beschleunigt wird, wird die Verzögerungszeit ti vergrößert (das Integratorausgangssignal wird dem Gleichspannungsniveau am Ausgang des Verstärkers 55 hinzuaddiert) und die Schallquelle 10 wird später in Betrieb gesetzt.

Das beschriebene Kompensationssystem für den Beschleunigungsmesser bewirkt bei sehr kleinen Frequenzänderungen der vertikalen Position des Fisches keine Kompensation, beispielsweise dann nicht, wenn die Tiefe des Fisches bei Änderungen der Wassertiefe eingestellt wird. Dies liegt daran, daß die Integratoren 30, 32, wie oben schon erwähnt wurde, nicht-ideales Verhalten haben, indem eine untere Grenzfrequenz vorgesehen ist, um die Integration von FehlerSignalen und dgl. zu vermeiden, die sonst das System in die Sättigung bringen würde.

Um eine Tiefeneinstellung des Fisches ohne Verschiebung der Basislinie der von dem Schreiber 20 erzeugten Karte vornehmen zu können, wird der Druckfühler 36 benutzt. Der Druckfühler 36 führt über den variablen Widerstand R7 dem Stift 5 einer zweiten Zeitsteuerschaltung 80 (Fig. 4),die im Aufbau der Zeitsteuerschaltung 56 entspricht, ein Drucksignal zu. Ein als Stromquelle geschalteter Transistor Q4 liefert an den Stift 5 der Zeitsteuerschaltung 80 eine Minimum-Voreinste11-Gleichspannung.

Die Zeitsteuerschaltung 80 wird über den Schalter 67, dessen bewegbarer Kontakt 84 mit dem Kondensator C4 verbunden ist, und dessen feste Anschlüsse mit 88 und 90 bezeichnet sind, an die Schaltung angeschaltet. Wenn der Kontakt 84 an Anschluß 88 liegt, arbeitet das System der Fig. 3 in der oben beschriebenen Weise. Wenn der Kontakt

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84 an Anschluß 90 liegt, wird dagegen die Zeitsteuerschaltung 80 wirksam. Wie dargestellt, wird die negative Spannungsstufe 64 (Fig. 4c) am Stift 3 der Zeitsteuerschaltung 56 über den Kondensator C5 an den Stift 2 der Zeitsteuerschaltung 80 gelegt. Der negative Impuls 91 (Fig. 4g), der über den Kondensator C5 zugeführt wird, wird zum Triggerimpuls für die Zeitsteuerschaltung 80.

Die Zeitsteuerschaltung 80 schaltet dann ihre Stifte 6 und 7 ab und der Kondensator C6 lädt sich über den als Konstantstromquelle geschalteten Transistor Q5 auf, wie in Fig. 4h bei 92 dargestellt ist. Wenn die Spannung an den Stiften 6, 7 der Zeitsteuerschaltung 80 gleich der voreingestellten Spannung plus der von dem Druckfühler 36 an den Stift 5 der Zeitsteuerschaltung 80 gelieferten Spannung wird, geht die Spannung an Stift 3 der Zeitsteuerschaltung 80 herunter, wie in Fig. 4h bei 94 dargestellt ist. Der resultierende negative Impuls, der über Anschluß 90 der Basis des Transistors Q2 zugeführt wird, bewirkt die Erzeugung des verzögerten Triggerimpulses

Wie Fig. 4h zeigt, wird durch die Verwendung der Druckkompensationsschaltung eine weitere Verzögerungszeit t2 für den Impuls 72 zur Verzögerungszeit ti hinzuaddiert. Wenn beide Zeitsteuerschaltungen 56 und 80 benutzt werden, beträgt die gesamte feste Verzögerungszeit ti + t2. Die Verzögerungszeit ti dient der Kompensation in Abhängigkeit von der vertikalen Beschleunigung des Fisches und die Verzögerungszeit t2 dient der Kompensation in Abhängigkeit von dem Druck in der Tiefe des Fisches. Wenn der Druck sich erhöht, vergrößert sich auch die Zeit t2, d.h. das Druckfühlersignal addiert sich zu der von dem Strom-

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quellentransistor 64 an Stift 5 der Zeitsteuerschaltung 80 gelieferten Spannung hinzu. Die Zeiten ti und t2 werden so eingestellt, daß ihr Gesamtwert ohne jegliche vertikale Beschleunigung und in einer bestimmten Tiefe einen geeigneten Wert annimmt, der von dem Typ des verwendeten Schreibers und der Entfernung des Fisches vom Grund abhängt. Eine typische Gesamtverzögerung beträgt 10 bis 15 Millisekunden. Beim Einsatz des Druckkompensationssystems verursachen Änderungen der Tiefe des Fisches keine entsprechenden Änderungen der Position des Meeresbodens auf der Karte.

In Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen kann es erforderlich sein, die Druckkompensation oder die Beschleunigungskompensation, oder beide, zu verwenden. Bei Flaute wird die Beschleunigungskompensation nicht benötigt. Die Druckkompensation kann jedoch noch benötigt werden, wenn die Entfernung des Fisches vom Grund Änderungen unterliegt.

Wenn nur die Druckkompensation ohne Beschleunigungskompensation benutzt wird, wird der Schalter 66 (Fig. 3) so geschaltet, daß sein bewegbarer Kontakt, der mit 100 bezeichnet ist, an Anschluß 102 liegt. Wenn der Schalter 66 in diesem Zustand ist, wird der Triggerimpuls 60 des Schreibers direkt über den Kondensator C5 dem Stift 2 der Zeitsteuerschaltung 80 zugeführt. Unter diesen Umständen kann der variable Widerstand R7 oder der mit dem Transistor Q4 verbundene Widerstand neu eingestellt werden, so daß die einzige Verzögerungszeit t2 einen gewünschten Wert von z.B. 10 ms bei einer bestimmten Tiefe annimmt.

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Wenn die Druckkompensation verwendet wird, ist es zweckmäßig, solche Veränderungen der Einschaltzeit der Schallquelle zu vermeiden, die durch Druckänderungen infolge großer, oben ablaufender Wellen entstehen. Solche Druckänderungen infolge großer Wellen haben einen proportional größeren Effekt, wenn der Fisch sich in geringer Tiefe befindet, können aber einen beachtlichen Effekt haben, wenn der Fisch sich in größerer Tiefe befindet. Es hat sich herausgestellt, daß die Wirkung der Wellen normalerweise Änderungen im Druckfühlersignal mit einer Frequenz von größer als 0,01 Hz erzeugt. Daher läuft das Druckfühlersignal normalerweise durch das Tiefpaßfilter 40 hindurch, wie in Fig. 1 dargestellt ist, und wird bei etwa 0,01 Hz abgeschnitten. Hierdurch werden die meisten auf die Wellenwirkung zurückgehenden Änderungen von dem Druckfühlersignal abgesondert. Zusätzlich wird eine Doppelkompensation ausgeschaltet, die anderenfalls auftreten könnte, wenn sowohl die Beschleunigungs- als auch die Druckkompensation benutzt werden. Da 0,01 Hz ebenfalls die Grenzfrequenz der Integratoren 30, 32 ist, (die von dem Kondensator C2 bestimmt wird) und gleichzeitig die Grenzfrequenz des Kondensators C1, überlappen sich die Bereiche der Beschleunigungskompensation und der Druckkompensation nicht, mit Ausnahme ihrer Flankenbereiche jenseits der Grenzfrequenzen. Die jeweiligen Frequenzantworten sind in Fig. 5 dargestellt, wo das von dem Tiefpaßfilter zugeführte Druckfühlersignal mit 110 und das zweimal integrierte Signal des Beschleunigungsmessers mit 112 bezeichnet ist. Die bevorzugte Kreuzungsfrequenz, wo beide Kurven sich schneiden, ist mit 0,01 Hz bezeichnet, jedoch kann sie in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Fisches und des Schleppschiffes variieren. Gegebenenfalls können das Druckkompensations- und das Beschleunigungskompensationssignal summiert und für den Betrieb einer einzigen Zeitsteuerschaltung benutzt werden.

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Claims

Ansprüche

Seismisches System für den Unterwassereinsatz zur Aufzeichnung von Echos vom Wassergrund, mit einem unter Wasser bewegten Körper, der eine triggerbare Schallquelle, die auf einen Triggerimpuls hin ein Schallsignal aussendet, und einen Empfänger zum Empfang von Echos von dem Wassergrund sowie ein mit dem Empfänger verbundenes Aufzeichnungsgerät mit einer repetierenden Ablenkeinrichtung und einer Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Startsignals beim Beginn eines jeden Ablenkvorganges enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Körper (2) ein Beschleunigungsmesser (28) zur Messung der Beschleunigung des Körpers (2) in vertikaler Richtung angebracht ist, dessen Ausgangssignale innerhalb eines Frequenzbereiches, der durch eine untere Grenzfrequenz begrenzt ist, einem Zweifach-Integrator (30, 32) zugeführt werden, der ein Positionssignal erzeugt, das annähernd die Position des Körpers (2) für Beschleunigungen innerhalb des Frequenzbereiches angibt, und das bei Nichtvorhandensein von Beschleunigungen innerhalb des Frequenzbereiches einen stationären Wert annimmt und bei einer Beschleunigung des Körpers (2) in Aufwärtsrichtung in einem

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ersten Sinne und bei Beschleunigung des Körpers (2) in Abwärtsrichtung in einem zweiten Sinne verändert wird, daß das erste Startsignal der Aufzeichnungseinrichtung (20) einer Verzögerungsschaltung (26) zugeführt wird, die mit dem Integrator (30, 32) verbunden ist und auf den Empfang des ersten Startsignales hin ein zweites Startsignal erzeugt, das gegenüber dem ersten Startsignal um ein Zeitintervall verzögert ist, das einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn das Positionssignal seinen stationären Wert annimmt, und das sich von dem vorbestimmten Wert aus verringert, wenn das Positionssignal sich in dem ersten Sinne verändert und dessen Wert sich erhöht, wenn das Positionssignal sich in dem zweiten Sinne verändert, und daß das von der Verzögerungsschaltung (26) erzeugte zweite Startsignal dem Schallsender (10) zugeführt wird, derart, daß die vertikale Beschleunigung des Körpers (2) innerhalb des Frequenzbereiches die Ansteuerung des Schallsenders (10) zur Kompensation vorübergehender vertikaler Ortsveränderungen des Körpers (2) ändert.
2. Seismisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckkompensationseinrichtung mit einem in dem Körper (2) angeordneten Druckumsetzer (36) vorgesehen ist, der ein der Wassertiefe des Körpers entsprechendes Drucksignal liefert, daß eine zweite Verzögerungseinrichtung (80) das zweite Startsignal von der ersten Verzögerungseinrichtung (56) empfängt, und in Abhängigkeit von dem Signal des Druckumsetzers und von dem zweiten Startsignal ein drittes Startsignal erzeugt, das gegenüber dem zweiten Startsignal um eine Zeit verzögert ist, die mindestens teilweise von dem Drucksignal abhängt, und daß eine Einrichtung (66, 67) vorgesehen ist, die die zweite Verzöge-

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rungseinrichtung (80) anstelle der ersten Verzögerungseinrichtung (56) zur Lieferung des Triggerimpulses mit dem Schallsender (10) verbindet.
3. Seismisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckumsetzer (36) und die Verzögerungseinrichtung (26) ein Tiefpaßfilter (40) zur Dämpfung derjenigen Drucksignale, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegen, geschaltet ist.
4. Seismisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (66) vorgesehen ist, die der zweiten Verzögerungseinrichtung (80) entweder das erste Startsignal oder das zweite Startsignal zuführt, und daß die zweite Verzögerungseinrichtung eine weitere Schalteinrichtung (67) enthält, die der Triggerimpuls-Erzeugungsschaltung (Q2, Q3) entweder das von der ersten Verzögerungsschaltung (56) erzeugte Signal, oder das dritte Startsignal zuführt.
5. Seismisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Beschleunigungsmesser (28) und die Integrationseinrichtung (30, 32) ein Blockkondensator (C1)geschaltet ist.
6. Seismisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung zwei Integratoren (30, 32) enthält, von denen jeder einen Operationsverstärker (46, 48) aufweist, der über ein Hochpaßfilter (R1, R2, C2, C3) rückgekoppelt ist.
7. Seismisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz 0,01 Hz beträgt.

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