DE2853857A1 - Ultraschall-ortungseinrichtung - Google Patents

Description

Furunu

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Ortungseinrichtung der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art.

Bei solchen Ultraschall-Ortungsgeräten ist es bekannt, durch eine bestimmte auswahlweise Gruppierung von Wandlern und/oder durch eine angemessene Phasenverschiebung von jedem Wandler zuzuführenden bzw. von jedem Wandler gelieferten Signalen eine Sende- und/oder Empfangskeule zu bilden, d.h. eine Strahlvorzugsrichtung.

Derartige auch als Sonar-System bezeichnete Ortungsanordnungen dienen auf Schiffen zur Beobachtung der Unterwasser-Umweltbedingungen bei der Auffindung von interessierenden Zielen, beispielsweise Fischschwärmen und/oder des See-Untergrunds und zur Anzeige der rückkehrenden Signale auf einer Anzeigeeinrichtung des Systems.

Die Ultraschall-Wandler der Ortungsanordnung können verschieden gruppiert sein, beispielsweise

(a) linear, wobei eine Anzahl von Wandlern eng und gleichförmig unter Einhaltung gleicher Abstände

so angeordnet ist, daß die Abstrahl- bzw. Empfangsoberflächen sämtlicher Wandler eine gerade Linie bilden;

(b) in einer kreisbogenförmigen Anordnung, wobei mehrere Wandler eng und gleichabständig über eine gekrümmte Linie verteilt sind;

(c) in einer Planar-Anordnung, wo eine Anzahl von Wandlern eng und gleichförmig auf einer Ebene angeordnet sind;

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(d) in einer nicht-planaren Anordnung, wobei mehrere Wandler eng und gleich abständig über eine gekrümmte Oberflächenanordnung verteilt sind; und

(e) in einer zylindrischen Anordnung, wobei mehrere

Wandler eng und gleichabständig so angeordnet sind,

daß ihre Abstrahl- oder Empfangsoberflächen die Innenseite eines Zylinderumfangs berühren.

Die Technik zur Bildung einer Empfangskeule mit beispielsweise einer linearen Gruppierung von Ultraschall-Wandlern ist dem Fachmann bekannt. Werden beispielsweise alle empfangenen Wandler der Gruppierung gleichzeitig erregt, dann werden senkrecht auf die durch die Wandler gebildete Linie auftreffende Echosignale erfaßt, und es wird eine Empfangskeule in dieser Richtung gebildet. Die Ursache für eine derartige gerichtete Empfangskeule in der senkrechten Richtung liegt darin, daß die aus dieser Richtung zurückkehrenden Echosignale sich algebraisch addieren und gegenseitig verstärken. Dagegen löschen sich Echosignale aus anderen Richtungen durch algebraische Subtraktion gegenseitig aus.

Es ist ferner bekannt, daß bei gleichzeitiger Erregung mehrerer linear angeordneter Empfangswandler Seitenzipfel auftreten, die in unerwünschte Richtungen zeigen und unvermeidbar zu beiden Seiten einer Hauptempfangskeule liegen. Bei herkömmlichen Anordnungen sind diese Seitenzipfel im Verhältnis zur Hauptkeule relativ groß, so daß sowohl die aus der Suchrichtung eintreffenden Echosignale als auch die aus unerwünschten Richtungen empfangen und auf einer PPI-Anzeige dargestellt werden. Auf diese Weise können auch falsche Signale aus Richtungen angezeigt wer-

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den, in denen überhaupt keine erwünschten ziele vorhanden sind. Folglich erschweren Seitenzipfel stark die genaue Darstellung von Unterwasser-Umweltbedingungen ^un<^ sind ein wesentlicher Grund für die bei Auswertungsfehlern, die von Bedienungspersonen bei der Unterscheidung der Signale von gewünschten Zielen auf eine Anzeigeeinrichtung gemacht werden.

Daher ist es sehr wünschenswert, seitenzipfel sowohl in der Amplitude als auch in der Breite gegenüber einer Hauptkeule möglichst klein zu halten.

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Die gleichen Probleme ergeben sich bei der Aussendung von Ultraschallwellenenergie in Form einer Sendekeule durch mehrere gleichzeitig erregte Wandler, die in einer linearen Gruppierung angeordnet sind. Auf den Seiten einer Hauptsendekeule erzeugte Seitenzipfel weisen in unerwünschte Richtungen und verursachen ebenfalls Echosignale, so daß sowohl aus der Suchrichtung als auch aus diesen unerwünschten Richtungen Echosignale zurückkommen. Dies erschwert die Unterwasserortung im Empfangsbetrieb wesentlich. Außerdem kosten große Seitenzipfel viel Strahlungsenergie, die verlorengeht und zu einer Verschlechterung der Gesamt-Energiebilanz des Systems beiträgt.

Die gleichen technischen Probleme und Nachteile ergeben sich bei nicht-linearen, kreisbogenförmigen, planaren, nicht-planaren und zylindrischen Gruppierungen von Ultraschall-Wandlern, und zwar sowohl beim Empfangsbetrieb als auch bei der Aussendung von Energie.

Derartige Ultraschall-Wandler-Gruppierungen können sowohl aus magnetostriktiven als auch aus elektrostriktiven Wandlern aufgebaut werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich bei der Unterwasser-Ultraschall-Ortung Seitenzipfel weitgehend unterdrücken lassen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen enthalten die Unteransprüche.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein Mittel gefunden wurde, welches die gegenseitige Störung von benachbarten Ultraschall-Wandlern innerhalb einer Wandler-Gruppierung durch Zwischensetzen einer Abschirmeinrichtung zwischen jeweils benachbarten Wandlern wirksam verhindert. Die auf dieser gegenseitigen Störung beruhenden relativ starken Nebenzipfel in der Sende- und Empfangscharakteristik bekannter Sonar-Systeme werden bei

Anwendung der Erfindung weitgehend unterdrückt.

Nachstehend werden einige die Merkmale der E^rfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, in der zum Vergleich auch der Stand der Technik enthalten ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer

bekannten elektronischen Abtasteinrichtung für ein Sonar-System, die in der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Gruppierung von Ultraschall-Wandlern, wie sie

bei dem Sonar-System von Fig. 1 benutzt wird,

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Fig. 3(A) und 3(B) eine Draufsicht bzw. Seitenansicht einer bekannten Ultraschall-Wandler-Gruppierung, die eine Ausführung für das elektronisch abgetastete Sonar-System von Fig. 1 bildet, Fig. 4(A) und 4(b) eine Draufsicht und Seitenansicht

eines in der bekannten Ultraschall-Wandler-Gruppierung von Fig. 3 verwendeten gekapselten magnetostriktiven Ultraschall-Wandlers, Fig. 5(A) und 5(B) eine Draufsicht und eine Seitenansieht eines gekapselten magnetostriktiven

Ultraschallwandlers zur Verwendung in einer Ultraschallwandler-Gruppierung ähnlich Fig. 3, wie sie in einer erfindungsgemäßen Ausführung eines elektronisch abgetasteten Sonar-Systems nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 6 eine graphische Darstellung einer Richtungs-Empfangscharakteristik bzw. Strahlausbildung zur Darlegung der erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile,

Fig. 7(A) und 7(B) eine Gegenüberstellung der Richtungs-

Empfangscharakteristik und Phasencharakteristik einer bekannten Anordnung in Gegenüberstellung mit einer erfindungsgemäßen elektronisch abgetasteten Sonar-Anordnung, Fig. 8(A) und 8(B) eine Draufsicht und Seitenansicht

einer anderen Gruppierung von magnetostriktiven Wandlern zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer elektronisch abgetasteten Sonar-Anordnung unter Bezugnahme auf Fig. 1, und

Fig. 9(A) und 9(B) eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer gekapselten magnetostriktiven Wandlereinheit mit einer magnetischen Abschirm-

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platte auf einer Seite zur Verwendung in der Wandlergruppierung von Fig. 8.

Injäer nachstehenden Figurenbeschreibung werden für gleiche Einzelheiten stets gleiche Bezugszahlen verwendet.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Wandler-Gruppierung 1 (siehe Fig. 3) kann aus zweiundzwanzig eng und gleichmäßig über den Umfang eines Kreisbogens verteilten und dabei annähernd einen Halbkreis bildenden magnetostriktiven ültr aschal lwandlern T-, T₂, T., , ... T„~ gebildet sein. Von diesen Ultraschallwandlern sind die Wandler T-, T-, T,, T., Tr aind T_g mit entsprechenden Eingängen eines Phasenkompensators D₁, die Wandler T^, T₃, T₄, T₅, T_ß und T₇ mit entsprechenden Eingängen eines Phasenkompensators D₂, die Wandler T^ bis Tg mit Eingängen eines Phasenkompensators D_ verbunden. In ähnlicher Weise sind die Eingänge von Phasenkompensatoren D₄, D₁-, Dg, ... D-_ immer jeweils mit sechs Ultraschallwandlern in entsprechenden Zusammenstellungen (T₄, T₅, T₆, T₇, Tg, T₉), (T₅, T₆, T T₈, T₉, T₁₀) ^ (T₆, T₇, T₈, T₉, T₁₀, T₁₁) ... (T₁₇, T₁₈, T₁₉, T₂₀, T₂₁,

T₂₂) verbunden.

Die hier verwendeten Phasenkompensatoren D-, ... D₁₇ können schaltungsmäßig den gleichen Aufbau wie die in der US-PS 4 045 766 beschriebenen haben. Es wird hiermit auf die in der genannten Patentschrift von Spalte 2, Zeile 47, bis Spalte 3, Zeile 11, enthaltenen Schaltungsbeschreibung dieser Phasenkompensatoren hingewiesen, so daß sich eine eingehende Beschreibung an dieser Stelle erübrigt. Diese Phasenkompensatoren D ... machen die von sechs Ultraschall-Wandlern aufgenommenen Echosignale durch Zu-

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fügen entsprechender Verzögerungszeiten gleichphasig, um auf diese Weise eine schmale gerichtete Empfangskeule (Empfangsstrahl) zu bilden. So verzögert beispielsweise der Phasenkompensator D₁ die vom magnetostriktiven Ultraschallwandler T, aufgenommenen Echosignale um eine der Strecke d₁ (Fig. 2) zwischen den Wandlern T₃ und T₁ entsprechende Laufzeit, und die vom Wandler T, empfangenen Echosignale um den gleichen Zeitbetrag. Ferner werden die von den Wandlern T2 und T₁- empfangenen Echosignale um eine dem Abstand zwischen den Wandlern T2 und T₁ bzw. T₅ und Tg entsprechenden Abstand d₂ von Fig. 2 verzögert.

Folglich enthält der Ausgang des Phasenkompensators D₁ nur Echosignale, die aus der Richtung Q₁ zurückkommen, also wird eine Empfangskeule in Richtung O₁ gebildet. In gleicher Weise bilden die Phasenkompensatoren D2/ D^ ... D₁7 entsprechende Empfangskeulen in Richtungen θ₂/ θ₃ O₁ η. Die Ausgangsanschlüsse der Phasenkompensatoren D₁ D₁₇ sind an entsprechende Eingänge von Verstärkern A₁ ...

A₁₇ angeschlossen, deren Ausgangsanschlüsse wiederum mit entsprechend vielen Eingangsanschlüssen einer Umschalteinheit 2 verbunden sind, welche nacheinander und der Reihe nach die an jedem ihrer Eingangsanschlüsse auftretenden Eingangssignale abnimmt und über einen Verstärker 3 dem Helligkeitsmodulationsanschluß einer Kathodenstrahlröhre CRT zuführt.

Ein Impulsgenerator 4 erzeugt periodisch Impulse von kurzer Dauer im Bereich einer Ultraschallfrequenz und erregt gleichzeitig sämtliche Ultraschall-Wandler T₁ ... T--, so daß über einen großen Richtungsumfang Ultraschall-Wellenenergie abgestrahlt wird. Der Ausgang des Impulsgenerators

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ist an den Eingang eines Ablenkspannungsgenerators 5 angeschlossen, der mit einem Eingang an die Umschalteinheit 2 und mit seinen anderen Ausgängen an die Ablenkeinheit 6 der Kathodenstrahlröhre CRT angeschlossen ist. Die Ablenkeinhext 6 enthält Horizontal- und Vertikal-Ablenkplatten. Der Ablenk-Spannungsgenerator 5 erzeugt und koppelt Sinus- und Cosinuswellen mit bei jedem Zyklus schrittweise vergrößerten Amplituden an die Horizontal- und Vertikal-Ablenkplatten. Auf diese Weise wird ein Elektronenstrahl veranlaßt, über den Schirm einer PPI-Anzeige in konzentrischen Kreisen umzulaufen, deren Radien nach und nach schrittweise vergrößert werden.

Die Kathodenstrahlröhre CRT ist so geschaltet, daß in einem entsprechenden Teile der Bildschirmfläche ein heller Punkt erzeugt wird, wenn ein Empfangssignal an den Helligkeitsmodulationsanschluß gelangt. Der Ablenkspannungsgenerator 5 erzeugt ferner Startsignale und koppelt sie auf die Umschalteinheit 2 zu jedem vollendeten Kreisumlauf des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre .

Die Umschalteinheit 2 beginnt mit der Umschaltoperation, sobald ihr das Startsignal zugeführt wird, und dann werden nacheinander die Ausgangssignale der Verstärker A₁, A_? ... A₁₇ abgenommen. Somit erfolgt die Abtastoperation der PPI-Anzeige synchron mit der Umschaltoperation der Umschalteinheit 2, so daß die Echosignale aus einer Richtung in der entsprechenden Richtung und mit der richtigen Entfernung auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre angezeigt werden. Es sei noch angemerkt, daß zwischen den Phasenkompensatoren D₁ ... D₁- und den Ultraschallwandlern T ... Vorverstärker angeordnet sind, aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit

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in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt sind. Folglich werden von den sechs Wandlern T₁, ... T_fi aufgenommene Echosignale erst von den Vorverstärkern verstärkt und dann in den Phasenkompensator D₁ eingespeist.
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Im Betrieb werden nacheinander und wiederholt in den Richtungen Q₁, ©„ ... Q. ₇ synchron mit jeder Ausstrahlung eines Suchimpulses durch den Impulsgenerator 4 gerichtete Empfangskeulen gebildet. Die von der ausgestrahlten ültraschallenergie verursachten Echosignale werden auf diesen Empfangskeulen eingefangen und auf der PPI-Anzeige dargestellt.

Nachstehend wird in Verbindung mit Fig. 3 und 4 zunächst die Konstruktion einer dem Stand der Technik entsprechenden magnetostriktiven Ultraschallwandler-Gruppierung erläutert. Gem. Fig. 3 sind zweiundzwanzig gekapselte magnetostriktive Wandler 9 eng nebeneinander und gleichförmig über den Umfang eines etwa halbkreisförmigen Kreisbogens in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet und in diesem Gehäuse unter Verwendung eines Rho-C-Gummis eingeklebt bzw. eingekittet. Jeder magnetostriktive Wandler 9 hat nicht dargestellte Erregerwicklungen und ist unter Verwendung von Urethan-Schaum in Form eines rechteckigen Parallelepipeds in der Weise gekapselt, daß seine Abstrahlbzw. Empfangsoberfläche unbedeckt bleibt. Das Kleben bzw. Kitten erfolgt in der Weise, daß die Wandler 9 fixiert werden und ihre von dem Rho-C-Gummi bedeckten Oberflächen die gleiche übertragungscharakteristik wie Seewasser haben, jedoch gegenüber dem Seewasser isoliert sind. So ist die dem Stand der Technik entsprechende Wandlergruppierung von Fig. 3 aufgebaut.

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Benutzt man diese konventionelle Wandlergruppierung in dem elektronisch abgetasteten Sonarsystem von Fig. 1, und werden dann beispielsweise die sechs Wandler T-, T- ..* T₆ gleichzeitig erregt, dann weist diese Wandlergruppe die in Fig. 6 mit durchgehenden Linien dargestellte Empfangs- bzw. Richtcharakteristik auf. Die Horizontalachse in Fig. 6 entspricht dem Azimutwinkel, und vertikal ist die jeweilige Empfindlichkeit aufgetragen. Dabei entstehen auf beiden Seiten einer Hauptempfangskeule 15 Seitenzipfel 16, die gegenüber der Hauptempfangskeule 15 relativ groß sind.

Solche Seitenzipfel sind in dem Ortungssystem unerwünscht, wie bereits erläutert.

Nachstehend wird in Verbindung mit den Fig. 3 und 5 der Aufbau einer erfindungsgemäßen magnetostriktiven Wandlergruppierung in Verbindung mit einem elektronisch abgetasteten Sonarsystem beschrieben. Wie beim Stand der Technik wird erfindungsgemäß ein magnetostriktiver Wandler 9 zuerst in Form eines rechteckigen Parallelepipeds unter Ver-Wendung von Urethanschaum eingekapselt, wobei seine Abstrahl- bzw. Empfangsoberfläche unbedeckt bleibt. Auf der einen Seite des in Fig. 5 mit 10 bezeichneten gekapselten Wandlers ist eine magnetische Abschirmplatte 11 aus Permalloy angeordnet und befestigt. Dann sind die gekapselten Wandler 10 mit ihren magnetischen Abschirmplätten 11 eng und gleichförmig über den Umfang eines Kreisbogens in dem Gehäuse verteilt, wo sie unter Verwendung von Rho-C-Gummi so eingeklebt oder eingekittet werden, daß die Wandler 9 mit den zwischen ihnen gelegenen Abschirmplatten 11 fixiert sind und ihre Abstrahl- oder Empfangsoberflächen von dem Rho-C-Gummi bedeckt sind.

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Wenn eine nach Art von Fig. 3 ausgebildete, jedoch mit magnetischen Abschirmplatten 11 versehene Wandlergruppierung erfindungsgemäß zusammen mit einem elektronisch abgetasteten Sonarsystem gem. Fig. 1 betrieben wird und beispielsweise sechs Wandler T.., T„, T₃, T₄, T₅ und T_g gleichzeitig erregt werden, dann ergibt sich eine ebenfalls in Fig. 6 dargestellte Empfangscharakteristik. Die Hauptempfangskeule 15 entspricht der einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung, jedoch sind die jetzt mit unterbrochenen Linien dargestellten Seitenzipfel 17 wesentlich schwächer als beim Stand der Technik. Von der Anmelderin angestellte Versuche haben ergeben, daß die Spitzenwerte der mit unterbrochenen Linien dargestellten Seitenzipfel 17 um 3 bis 4 dB unter dem Spitzenwert der mit durchgehenden Linien gezeichneten Seitenzipfel 16 der bekannten Anordnung liegen können.

Folglich ermöglicht die Erfindung eine wesentlich bessere Unterdrückung von Seitenzipfeln gegenüber der Hauptempfangskeule als dies bisher beim Stand der Technik möglich war. Folglich ist es möglich, mit einer erfindungsgemäßen Sonar-Anordnung unerwünschte Echosignale wirksam zu unterdrücken und im wesentlichen nur die gewünschten Echosignale aufzunehmen. Dadurch erhält man eine genauere Aussage über die Unterwasser-Umweltbedingungen.

Aus weiteren Experimenten wurden die in Fig. 7 dargestellten Charakteristik-Kurven gewonnen. In den graphischen Darstellungen von Fig. 7 ist auf der Horizontalchse der Azimuthwinkel und auf der Vertikalachse die Empfindlichkeit und der Phasenwinkel aufgetragen. In Fig. 7(A) ist eine Empfangscharakteristikkurve 18 und eine Phasencharakteristikkurve 19 eines zu einer konventionellen Wandlergruppierung gehörenden Wandlers aufgetragen, und Fig. 7(B)

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zeigt dagegen eine Empfangscharakteristikkurve 20 und eine Phasencharakteristikkurve 21 eines mit einer fest angebrachten magnetischen Abschirmplatte versehenen Wandlers in einer erfindungsgemäßen Wandlergruppierung für eine erfindungsgemäße Sonarariordnung. Es wurde durch Versuche ferner bestätigt, daß die Empfangscharakteristik und die Phasencharakteristik von Fig. 7(B) auch mit einem einzigen individuellen magnetostriktiven Wandler erzielbar sind, wenn er außerhalb einer solchen Wandlergruppierung erregt wird.

Die Tatsache, daß die Charakteristikkurven von Fig. 7(A) etwas unregelmäßig bzw. gestört erscheinen, während die von Fig. 7(B) einen ungestörten glatten Verlauf zeigen, ist darauf zurückzuführen, daß sich in einer konventionellen Wandlergruppierung benachbarte Wandler gegenseitig stören.

Bei der erfindungsgemäßen Wandleranordnung werden diese gegenseitigen Störungen zwischen benachbarten Wandlern vermieden, wenn die Wandlergruppierung in einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Sonar-Anordnung verwendet wird. Die in Fig. 6 mit durchgehenden Linien dargestellten Empfangskurven 15, 16 werden im allgemeinen dadurch gewonnen, daß man mehrere individuelle Empfangskurven der in einer Gruppe von Wandlern enthaltenen Wandler kombiniert. Folglich kann man eine bessere Unterdrückung von Seitenzipfeln als das Ergebnis einer Vermeidung von gegenseitigen Störungen zwischen benachbarten Wandlern durch Verwendung von zwischen den Wandlern angeordneten magnetischen Abschirmplatten betrachten.

Nachstehend wird in Verbindung mit den Fig. 8 und 9 der Aufbau einer erfindungsgemäßen Wandlergruppierung zur

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Verwendung in einem elektronisch abgetasteten Sonar-System gem. Fig. 1 erläutert. Vier magnetostriktive Wandler 9 sind in Längsrichtung gleichförmig in einer Linie hintereinander angeordnet und unter Bildung eines rechteckigen Parallelepipeds unter Verwendung von Urethan-Schaum gekapselt, so daß eine Wandlereinheit 23 gebildet ist. Die Abstrahl- bzw. Empfangsoberflächen sämtlicher Wandler bleiben unbedeckt. Auf einer Seite dieser Wandlereinheit 23 ist eine magnetische Abschirmplatte 11 aus Permalloy angeordnet und befestigt. Die nicht dargestellten Erregerspulen sämtlicher vier Wandler sind in Serie geschaltet, und die beiden Enden dieser in Serie verbundenen Erregerspulen sind über Vorverstärker an die zuvor erwähnten Phasenkompensatoren angeschlossen. In der vollständigen Wandlergruppierung sind zweiundzwanzig solcher gekapselten Wandlereinheiten 23 mit Abschirmplatten 11 eng und gleichförmig über den Umfang eines annähernd halbkreisförmigen Kreisbogens verteilt und in einem Gehäuse mit Hilfe von Rho-C-Gummi in der Weise eingeklebt oder eingekittet, daß die Wandlereinheiten 23 mit den zwischen ihnen befindlichen Abschirmplatten 11 gegenseitig fixiert sind und ihre Abstrahl- bzw. Empfangsoberflächen mit dem Rho-C-Gummi bedeckt sind.

Für den Fall, daß die Wandler in einer geraden Linie angeordnet sind, ist eine Phasenverschiebung der empfangenen Signale unter Verwendung einer Schaltung möglich, wie sie in Fig. 1 der US-PS 4 117 487 dargestellt ist. Eine Phasenverschiebung bei ausgesandten Signalen ist mit Hilfe von dem Fachmann bekannten Verzögerungsschaltungen leicht durchführbar.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung von Ultraschallwandler-Gruppierungen zur Ver-

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Wendung in elektronisch abgetasteten Sonar-Anordnungen, wie sie in den Fig» 3 und 9 dargestellt sind. Vielmehr sind viele Formen der Gruppierung möglich, z.B. lineare Anordnungen, nicht-lineare Anordnungen einschließlich einer kreisbogenförmigen oder nicht-ebenen Anordnung inklusive einer zylindrischen Anordnung, oder dergleichen.

Bei den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind jeweils zwischen zwei benachbarten magnetostriktiven Wandlern einer Wandlergruppierung magnetische Abschirmplatten aus Permalloy angeordnet. Alternativ dazu können diese Abschirmplatten auch durch andere magnetische oder leitfähige Abschirmplatten aus Ferrit, Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Ferner ist es möglich, Abschirmmaterialien in Form von Granulaten od.dgl. zu verwenden und jeweils zwischen zwei benachbarten Wandlern anzuordnen .

Die Erfindung eignet sich auch zur Anwendung in einer Ultraschall-Sendeanordnung eines Ultraschall-Ortungssystems. Mit Hilfe einer solchen erfindungsgemäßen Ultraschall-Sendeeinrichtung lassen sich Seitenzipfel in größerem Maße unterdrücken, so daß die Ultraschallenergie wirksamer abgestrahlt und ein gewünschtes Echo mit mehr Erfolg aus einer erwarteten Richtung empfangen werden kann. Dies ist für die genaue Darstellung von Unterwasser-Umweltbedingungen auf dem Anzeigegerät sehr nützlich. Auch in Ultraschall-Sendeeinrichtungen können beliebige Wandlergruppierungen verwendet werden.

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Anstelle der in Fig. 1 dargestellten magnetostriktiven Wandlergruppierung in einem elektronisch abgetasteten Sonarsystem kann jede beliebige elektrostriktive Wandlergruppie-

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rung verwendet werden. Relativ große Seitenzipfel in Sende- oder Empfangscharakteristiken kann man als Folge einer gegenseitigen elektrostatischen Interferenz bzw. Störung zwischen jeweils zwei benachbarten elektrostriktiven Wandlern in einer Wandlergruppierung betrachten. Durch das erfindungsgemäße Einfügen von elektrostatischen Abschirmeinrichtungen, die aus leitfähigen Materialien wie Kupfer oder Aluminium bestehen, zwischen jeweils zwei benachbarten Wandlern kann man Seitenzipfel wesentlich unterdrücken. Die bei dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendeten magnetischen Abschirmplatten, die beispielsweise aus Permalloy und/oder Ferrit bestehen, dienen ebenfalls als elektrostatische Abschirmelemente.

Bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind Abschirmelemente nur zu beiden Seiten eines Ultraschallwandlers angeordnet, man kann aber ebenso Abschirmeinrichtungen auf den oberen und unteren Seiten eines Wandlers anordnen oder den Wandler ganz damit umschließen.

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Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf elektronisch abtastende Sonar-Systeme, vielmehr läßt sie sich auf Ultraschall-Abtast- bzw. Ortungssysteme jeder Art übertragen, bei denen eine Abstrahl- und/oder eine Empfangskeule durch entsprechende Wahl von Gruppen von Wandlern und/oder entsprechende Phasenverschiebungen an jedem der Wandler zugeführten Signalen bzw. an den von jedem der Wandler produzierten Signalen erzeugt wird.

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Claims (17)

1. PATENTANWÄLTE

   TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

   Beim Europäischen Patentamt zugelassone Vortreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office europeen des brevets

   Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister

   Dipl.-lng, F-E. Müller siekerwall 7, Triftstrasse 4,

   D-8OOO MÜNCHEN 32 D-48OO BIELEFELD 1

   FP/WG/F-122-3 13. Dezember 1978

   Mü/Gdt/vL

   Furuno Electric Company,

   Limited

   4160, Tei, Kuchinotsu-machi, Minamitakaki-gun, Nagasaki-ken, Japan

   Ultraschall-Ortungseinrichtung

   Priorität: 16. Dezember 1977, Japan, Ser.Nr. 52-152195

   PATENTANSPRÜCHE

   ( 1 ./ Ultraschall-Ortungseinrichtung, bei der eine Anzahl von Ultraschall-Wandlern gleichabständig nahe nebeneinander angeordnet ist und die aktiven Oberflächen der Wandler auf festgelegte Lage zueinander fixiert sind und bei der Ultraschallstrahlenmaxima (Keulen) in bestimmten Vorzugsrichtungen durch Auswahl einer Bestimmten Anzahl von Wandlern aus einer Gruppe von Wandlern gewonnen und/oder die jedem der Wandler zuzufüh-

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   renden Signale bzw. die von jedem der Wandler erzeugten Signale einer geeigneten Phasenverschiebung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei benachbarten Wandlern (9) eine Abschirmeinrichtung (11) angeordnet ist, um Seitenzipfel (16) der gerichteten Keule (15) zu unterdrücken.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ultraschall-Wandlern (9) eng und gleichabständig über den Umfang eines Kreises oder eines Kreisbogens und so angeordnet sind, daß die aktiven Oberlächen die innere Umfangslinie berühren.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ultraschall-Wandlern (9) eng und gleichabständig über den Umfang mindestens eines Abschnittes eines Zylinders und so angeordnet sind, daß ihre aktiven Oberflächen die innere Umfangslinie berühren.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstrahlung und der Empfang von StrahlungsSignalen über die aktiven Oberflächen erfolgt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsanschlüsse jeder Gruppe von Ultraschall-Wandlern (z.B. T₁ ... Tg) an zugeordnete Eingangsanschlüsse von Phasenkompensatoren (D ...) angeschlossen sind, um den von jedem der Ultraschall-Wandler erzeugten Signalen eine angemessene Zeitverzögerung zu erteilen und auf eine bestimmte Vorzugsrichtung einer Empfangskeule (15) einzustellen.

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6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Eingangsanschlüsse jeder Gruppe von Ultraschall-Wandlern (z.B. T^ ... T,) an zugeordnete Ausgangsanschlüsse von Phasenkompensatoren (D ...) angeschlossen sind, um den jedem Wandler zugeführten Signalen eine angemessene Zeitverzögerung zu erteilen und eine Sendekeule in einer bestimmten Richtung zu erzeugen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl von Ultraschall-Wandlern (9) eng und gleichabständig als zylindrische Wandlergruppierung angeordnet ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 7, ferner gekennzeichnet durch eine Ultraschall-Wandler-Einheit (10) mit mehreren eng, gleichabständig und in Längsrichtung auf einer geraden Linie angeordneten Ultraschall-Wandlern (9).
9. 9. Anordnung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse der einzelnen Ultraschall-Wandler (T ...) an zugeordnete Eingangsanschlüsse von Phasenschiebern angeschlossen sind, um den von jedem Wandler erzeugten Signalen eine bestimmte Phasenverschiebung zu erteilen, so daß die von jedem einzelnen Wandler erzeugten Signale nacheinander gleichförmig relativ zu einem vorausgegangenen Signal phasenverschoben werden.
10. 10. Anordnung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Wandler (9) magnetostriktive Ultraschall-Wandler sind, und daß jeweils zwischen zwei benachbarten magnetostriktiven Ultraschall-Wandlern Abschirmeinrichtungen (11) ange-

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    ordnet sind.
11. 11 . Anordnung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (11) durch ein elektrisch leitfähiges Material gebildet ist.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmeinrichtung (11) durch ein magnetisches Material gebildet ist.
13. 13. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß elektrostriktive Ultraschall-Wandler verwendet sind, und daß zwischen jeweils zwei benachbarten elektrostriktiven Ultraschall-Wandlern leitfähige Abschirmeinrichtungen vorhanden sind.
14. 14. Anordnung nach Anspruch 1, 10, oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschirmeinrichtung eine magnetische Abschirmplatte (11) vorhanden ist.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß als Abschirmeinrichtung eine elektrisch leitfähige Platte vorhanden ist.
16. 16. Anordnung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe bzw. Gruppierung aus mehreren Ultraschall-Wandlern besteht, die in einer präzisen Anordnung fixiert sind.
17. 17. Anordnung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wandler (9) hintereinander gestapelt angeordnet sind und ein Element (z.B. 23) in der Wandler-Gruppierung

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    bilden, und daß die Abschirmeinrichtung (11) parallel zu den aktiven Oberflächen längs der gestapelten Elemente angeordnet ist (Fig. 9A).

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