DE357974C - Akustischer Wassertiefen- und Entfernungsmesser - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 2. SEPTEMBER 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- M 357974 KLASSE 42 c GRUPPE 30

(St333*3 IXI42C)

Steward Davit & Equipment Corporation in New York, V. St. A.

Akustischer Wassertiefen- und Entfernungsmesser.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Juli 1920 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 25. Juni 1919 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entfernungsmessung, insbesondere zum Tiefenloten. Man erzeugt dabei an einer gegebenen Stelle Schall und bestimmt an einer zweiten gegebenen Stelle den Einfallswinkel des am Grund reflektierten Schalles.

Es ist schon vorgeschlagen worden, zur

Tiefenlotung Schall zu erzeugen, das Echo des Schalles aufzunehmen und dann die Fortpflanzungszeit des Schalles- senkrecht zum Grund und zurück zum Aufnahme apparat zu messen. Aber dieses Verfahren erfordert sehr genaue Zeitmessungen und ist trotzdem, besonders in seichtem Wasser, wegen der Kürze

der Zeit für den Hin- und Rückweg des Schalles ungenau. Außerdem erfordert das Verfahren empfindliche Geräte mit verwickelter und schwieriger Handhabung. Nach dem vorliegenden Verfahren ist man unabhängig von einer Zeitmessung, bestimmt vielmehr die Tiefe aus dem Winkel des zurückgeworfenen Schalles. Man benutzt also eine Winkelmessung im Gegensatz zu der ίο Zeitmessung bei den früher vorgeschlagenen Einrichtungen.

Zur Tiefenmessung wird ein Schall erzeugt, z. B. das Schraubengeräusch oder der Ton einer Unterwasserglocke oder eines Summers. An einer anderen Stelle, in bestimmtem Abstand von der Schallquelle, wird ein Schallempfänger aufgestellt, der die Winkelrichtung des empfangenen Schalles bestimmen läßt, z. B. die in diesem Fach als Gruppenunterwasserschallempfänger bekannte Vorrichtung mit einem geeigneten, in Winkelmaß geeichten Kompensator. Der von der Schallquelle ausgehende Schall trifft den Grund der See und wird nach den bekannten Reflexionsgesetzen unter den Einfallswinkel wieder zurückgeworfen. Kennt man den wagerechten Abstand zwischen Schallquelle und Empfänger, und den Winckel des zurückgeworfenen Schalles am Empfänger, so kann mandielotrechte Wassertiefe berechnen. Wenn man aber die Wassertiefe und den Winkel des zurückgeworfenen Schalles kennt, kann man die wagerechte Entfernung der Schallquelle berechnen.

Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, und zwar stellt Abb. 1 schematisch die Anwendung des Tiefenlotverfahrens mit SchaEquelle und Em- j pfänger auf dem gleichen Schiff dar, Abb. 2 ; entsprechend das Tiefenlotverfahren unter , Verwendung von zwei Schiffen. Abb. 2 zeigt \ zugleich das Lotverfahren bei abschüssigem : Grund. Abb. 3 ist ein Schema des Gruppenunterwasserempfängers und Kompensators.

In Abb. ι bezeichnet 1 den Rumpf des Schiffes, von dem aus gelotet werden soll, und 2 den Grund der See. Zwei Schallquellen sind als möglich angenommen: die Schiffsschraube P und eine Unterwasserglocke oder ein Summer S. Am Bug des Schiffes ist ein passender UnterwasserempfängerD angebracht. Dieser kann unter dem Kiel in einer Kapsel angebracht sein oder auch in einem Wasseroder ölbehälter. Der Unterwasserhörer besteht vorzugsweise aus einer Anzahl von Empfängern 22, wie schematisch in Abb. 3 ange- I deutet ist. Die Empfänger können akustische j oder auch elektrische sein; in der Regel | liegen sie in gleichem Abstand in einer wagerechten Reihe gleichlaufend zum Kiel. Von den Empfängern werden die Schallwellen auf geeigneten Wegen, nämlich Luftsäulen im Fall akustischer Empfänger und elektrischen Drähten bei elektrischen Empfängern, zum Kompensator 4 geleitet. Der Kompensator hat zwei Ohrstücke 5, mit denen der Beobachter horcht und die Schallrichtung bestimmt. Der Kompensator ist vorzugsweise so eingerichtet, daß sowohl die Richtungsempfindung des Ohres als auch die Maximumwirkung zur Richtungsbestimmung für den ; aufgenommenen Schall angewandt werden j kann. Der Aufbau der Empfänger und des ! Kompensators ist nicht im einzelnen dargestellt, da diese Dinge dem Fachmann bekannt sind. Die Empfänger müssen jedoch so angeordnet und kompensiert sein, daß die ! Bestimmung des Einfallwinkels des Schalles in einer Vertikalebene möglich ist. Der Kompensator ist in Winkelmaß geeicht, so daß der Beobachter den Winkel des reflektierten Schalles unmittelbar ablesen hann.

Die Empfänger sind zwar in dem Beispiel gleichlaufend zum Kiel verteilt, weil das bei Schiffen mit Unterwasserempfang zumeist so üblich ist, jedoch können die Empfänger auch anders und in anderem Winkel zum Schiffskiel angebracht sein. Wenn eine Ein- ^! richtung z. B. nur für Tiefenlotung gemacht ist, kann es sogar vorteilhaft sein, einen

• anderen Winkel zu nehmen, z. B. 45 ° gegen go

• das Lot, weil dann die Schallwellen im all- ^! gemeinen nahezu senkrecht einfallen, und weil bei diesem Einfallwinkel des Schalles eine genauere Ablesung möglich ist als für j Schall, der annähernd parallel zur Empfängerreihe einfällt.

Der Beobachter horcht auf das Geräusch der Schraube P oder der Unterwasserglocke S, das vom Grund zurückgeworfen wird, und bestimmt durch Ablesung des Kompensators bei D den Winkel, unter dem dieser Schall einfällt. Die Wassertiefe berechnet sich dann an Hand von Abb. 1 leicht folgendermaßen: 2 L sei der wagerechte Abstand zwischen der Schallquelle P und dem Empfänger D; C sei die Tiefe des Empfängers unter dem Wasserspiegel und H seine Höhe über dem Grund. Wenn dann H die ganze Wassertiefe ist, und Θ der Winkel des reflektierten Schalles gegen die Wagerechte,' dann ist die Wassertiefe durch die Formel gegeben: H = C + L · tg Θ, wenn der Schall von einem horizontalen Grund zurückgeworfen wird. Wenn das Wasser zu flach ist, um in Wirklichkeit eine so lange Standlinie zu verwenden wie die in Abb. 1 mit 2L bezeichnete, dann kann eine Zwischenschallquelle verwandt werden, wie sie bei S angedeutet ist, und so kann die Genauigkeit des Lötens in flachem Wasser vergrößert werden.

In Abb. 2 wird das Lotverfahren von zwei Schiffen 10 und 11 ausgeübt. Das ge-

schient zweckmäßig beim Loten in tiefem Wasser, wo ' man eine längere Standlinie braucht, als man auf einem einzelnen Schiff erhalten kann. Auch ist in Abb. 2 das Verfahren für abschüssigen Grund dargestellt; denn ersichtlich ist die oben gegebene einfache Formel nicht mehr richtig, wenn der Grund nicht annähernd horizontal ist.

In Abb. 2 soll nun der Grund, wie durch

ίο die gebrochene Linie angedeutet, abschüssig angenommen sein, und zwar um den Winkel Θ. Wenn beide Schiffe mit Schallquellen S₁ und S₂ und mit Empfängern D₁ und D₂ ausgerüstet sind, dann kann ersichtlich der Einfallwinkel Θ_χ des reflektierten Schalles der Schallquelle S₂ in D₁ bestimmt werden und der Einfallwinkel Θ₂ des reflektierten Schalles der Quelle S₁ in D₂; das ergibt genügend Daten, um die Tiefe H genau mittels der Formel zu bestimmen:

H=C+2L·

tg Q₁ · tg Q₂
tg Q₁-J-TgQ₂'

wo H die Wasser tiefe über dem Reflexionspunkt am Grunde ist, und 2 L der wagerechte Abstand zwischen der Schallquelle des einen Schiffes und dem Empfänger des andern. Bei Verwendung von zwei Schiffen kann der Abstand 2L, der die Grundlinie bildet, entsprechend der zu lotenden Tiefe geändert werden. Wenn der von der Schallquelle des einen Schiffes unmittelbar zum Empfänger des anderen Schiffes geleitete Schall den reflektierten Sehall überdeckt oder verwirrt, kann man einen geeigneten Schallschirm vor die Schallquelle setzen, der den horizontal ausgebreiteten Schall abschneidet, aber den Schall nach dem Grund zu herausläßt.

Bei zwei Schiffen und wesentlich ebenem Boden greift die zuerst gegebene einfachere Formel Platz.

Ob der Grund abschüssig oder eben ist, kann leicht aus dem Vergleich der beiden an den Unterwasserempfängern abgelesenen Winkel bestimmt werden. Bei Q₁- Θ₂ ist der Boden eben und durch Bestimmung der Differenz Q₁ - Θ₂ kann die Neigung des Grundes bestimmt werden.

Natürlich kann das vorliegende Verfahren auch zur Bestimmung anderer Abstände als lotrechter Wassertiefen benutzt werden, z. B. um den Abstand von der Küste, von einem

! Eisberg oder von einem Riff durch Beobachtung des von einer solchen reflektierenden Fläche

J zurückgeworfenen Schalles zu bestimmen. Der Ausdruck „Loten" darf daher in diesem Sinne nicht ausschließlich als vertikales Tiefenloten verstanden werden. Das Verfahren kann auch benutzt werden, um die

j Entfernung eines entgegenkommenden Schiffes im Nebel zu bestimmen, wenn die Wassertiefe bekannt ist. Aus Abb. 2 ergibt sich, daß bei bekanntem Abstand H der Abstand ■2 L zwischen den Schiffen leicht bestimmt werden kann.

Das Verfahren hat in der Praxis genaue Tiefenbestimmungen ergeben und vermeidet den Aufenthalt, der sonst durch das Stoppen oder Beidrehen des Schiffes entsteht, um ein Bleilot auszubringen.

Die Erfindung bringt die bevorzugte Ausführungsform derselben, aber selbstverständlich ist sie nicht auf diese bevorzugte Form beschränkt, sondern kann im Schutzbereich der folgenden Ansprüche auch anders verkörpert werden.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Akustischer Wassertiefen- und Entfernungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem bestimmten Abstand vom Schallsender angeordnete Empfangsvorrichtung mit Mitteln ausgestattet ist zur Bestimmung des Winkels, unter dem der Schall reflektiert wird, wodurch die Bestimmung des Abstandes der reflektierenden Fläche ermöglicht wird, falls diese zur Standlinie parallel verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die gleichzeitige An-Ordnung von zwei Paaren Schallsender und -Empfänger in beschränktem Abstande voneinander, wodurch eine Entfernungsmessung oder eine Lotung mittels Schalls auch auf abschüssigem Grunde ermöglicht wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.