DE413224C - Procedure for acoustic measurement of distances and times - Google Patents

Procedure for acoustic measurement of distances and times

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DE413224C DES65438D DES0065438D DE413224C DE 413224 C DE413224 C DE 413224C DE S65438 D DES65438 D DE S65438D DE S0065438 D DES0065438 D DE S0065438D DE 413224 C DE413224 C DE 413224C
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    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
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    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
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Description

Für die Messung von Wegstrecken, insbesondere für die Bestimmung von Meerestiefen auf akustischem Wege (bei Tiefenmessungen mit Hilfe des Echos") hat man mehrfach Koinzidenzmethoden vorgeschlagen, bei denen zwei Schallimpulse, z. B. ein direkter und ein reflektierter Impuls, zeitlich zur Deckung gebracht werden. Zur Verfeinerung der Messung hat man sich dabei auchFor measuring distances, especially for determining sea depths in the acoustic way (in the case of depth measurements with the aid of the echo ") one has repeatedly proposed coincidence methods in which two sound pulses, e.g. B. a direct and a reflected impulse, are brought to coincide in time. For refinement the measurement one has thereby also

ίο des sogenannten binauralen Empfangs bedient, d. h. man hat den einen Impuls zu dem einen Ohr, den anderen getrennt davon zum anderen Ohr geführt und den Moment des sogenannten »Mitteneindrucksx oder »Medianeffekts« ermittelt.ίο the so-called binaural reception, d. H. one has one impulse to one ear, the other separate from it led to the other ear and the moment of the so-called "middle impressionx" or "median effect" is determined.

Bei der einen Methode hat man einen echten Schallimpuls einmal auf eine Aufschreibvorrichtung (Poulsen-Parlograph, Grammophor; walze) fixiert und nach einer variablen, mit der Laufzeit des wirklichen Schalles über die zu messende Strecke abgeglichenen Zeit reproduziert. Bei einer Abart dieser Methode hat man sich zur Erzeugung des Schallbildes auf der Aufschreibvorrichtung bei elektrischem Betrieb des Schallsenders' auch direkt des erregenden Stromes bedient.With one method you have a real sound pulse once on a recording device (Poulsen-Parlograph, Grammophor; roller) fixed and after a variable, Time compared with the running time of the real sound over the distance to be measured reproduced. In a variant of this method one has to generate the sound image on the recording device with electrical operation of the sound transmitter 'also directly of the exciting current.

Bei einer anderen Methode ist man so vorgegangen, daß man Impulse von variabler Impulsfrequenz pro Sekunde erzeugte und durch Änderung der Impulsfrequenz Koinzidenz erzeugte.In another method one has proceeded in such a way that one impulses of variable Pulse frequency per second generated and coincidence by changing the pulse frequency generated.

Von diesen Methoden hat die erste den ! Nachteil, daß die Verwendung von Schall-, Schreibern in vielen Fällen (an Bord von Schiffen, im freien Felde am Flugzeug) zu Unzuträglichkeiten führt. Bei der zweiten '■ Methode muß man bei wechselnder, zu messender Entfernung fortgesetzt die Impulszahl pro Sekunde ändern, da diese selbst als Maß für die zu messende Strecke dient.Of these methods, the first has the ! Disadvantage that the use of sound recorders, recorders in many cases (on board ships, in the open field on aircraft) leads to inconveniences. In the second '■ method you have to change the number of pulses per second at changing, continue to be measured distance, as this itself serves as a measure of the distance to be measured.

Die Erfindung hat eine ähnliche Methode der Entfernungs-, Abstands- oder Tiefenmessung zum Gegenstand, die zwar ebenfalls von der Einstellung zweier Impulse auf Koinzidenz Gebrauch macht, bei der aber erfin- 4»> dungsgemäß die beiden Impulse für das rechte und linke Ohr bzw. für die beiden Empfänger getrennt und unabhängig voneinander erzeugt werden, derart, daß ohne Änderung der Impulszahl pro Sekunde und ohne Schreibvorrichtung durch geeignete Verzögerung des Entstehungsmoments des einen Im-The invention has a similar method of measuring distance, distance or depth to the subject, although also from the setting of two impulses to coincidence Makes use of it, but invents the 4 »> according to the two pulses for the right and left ear or for the two receivers separately and independently are generated in such a way that without changing the number of pulses per second and without writing device by suitable delay the moment of origin of one im-

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pulses gegenüber dem anderen Koinzidenz hervorgerufen, wird.pulses caused by the other coincidence, is.

Die Erfindung wird so verwirklicht, daß, um bei dem Beispiel der Schallechoenifernungsmessung zu bleiben, zunächst ein Schallimpuls mittels eines Schallsenders in das Wasser gesandt wird, der nach Rückkehr über einen Schallempfänger dem einen Ohr zugeführt wird, und daß um eine gewisse, der Schalllaufzeit im Medium angleichbare Zeit später ein Hilfsimpuls, möglichst ähnlich und möglichst gleich stark mit dem aufgefangenen Impuls, erzeugt und dem anderen Ohr zugeführt wird.The invention is so implemented that, in the example of the acoustic echo distance measurement To stay, first a sound pulse is sent into the water by means of a sound transmitter, which after returning via a Sound receiver is fed to one ear, and that by a certain amount, the sound transit time in the medium adaptable time later an auxiliary impulse, as similar and as possible equal in strength to the captured impulse, generated and fed to the other ear will.

Die Erfindung wird an dem folgenden, an Hand der Abbildung erläuterten Beispiel verständlich werden. In der Bordwand eines Schiffes sitzt ein Schallsender 1 und ein Schallempfänger 2. Der Schallempfänger 2 ist über einen Transformator 8 mit einem Telephon 6 verbunden. Der Schallgeber 1 ist einerseits direkt, anderseits über einen isolierenden Kontaktgeber 7 mit den Bürsten 9 und 10 an eine von dem Motor 4 angetriebene Wechselstrommaschine 3 angeschlossen. "Konzentrisch zur Welle des Kontaktgebers von Hand drehbar ist ein Arm 11 angeordnet, der eine weitere Bürste 12 trägt, die mit dem zweiten Telephon 5 verbunden ist. Im übrigen liegt dieses Telephon ebenfalls an der Wechselstrommaschine. Zur Einstellung der Lautstärke des Hilf simp ulses dient der einstellbare Widerstand 13. Die Bürste 10 schleift auf einem Kontakträdchen 14 aus leitendem Material. Dieses ist leitend mit einem Segment 15 in einem größeren Kontaktrad verbunden. Um während des Aussendens des Schalles durch den Sender 1 den direkten Schall im Telephon 6 unhörbar zu machen, ist mit dem rotierenden Kontaktgeber eine Kurzschlußvorrichtung für das Telephon 6 verbunden, bestehend aus den Leitungen 16, 17, der Bürste 18 und dem mit 14 leitend verbundenen Segment 19 in dem kleineren Kontaktrad 20. Zum Antrieb des Kontaktgebers dient ein Motor 21 mit Tourenregler 22. Die Verstellung des Armes 11 kann auf einer Kreisskala abgelesen werden, von der ein Stück bei 23 dargestellt ist. iThe invention can be understood from the following example explained with reference to the figure will. In the side wall of a ship sits a sound transmitter 1 and a Sound receiver 2. The sound receiver 2 is connected to a telephone via a transformer 8 6 connected. The sounder 1 is on the one hand direct, on the other hand via an insulating Contactor 7 with the brushes 9 and 10 to one driven by the motor 4 AC machine 3 connected. "Concentric to the shaft of the contactor from Hand rotatably an arm 11 is arranged, which carries a further brush 12 with the second telephone 5 is connected. Incidentally, this telephone is also on the AC machine. The adjustable volume is used to set the volume of the auxiliary pulse Resistance 13. The brush 10 grinds on a contact wheel 14 conductive material. This is conductive with a segment 15 in a larger contact wheel tied together. During the transmission of the sound by the transmitter 1 To make the direct sound in the telephone 6 inaudible, is with the rotating contactor a short-circuit device for the telephone 6 connected, consisting of the lines 16, 17, the brush 18 and the with 14 conductively connected segment 19 in the smaller contact wheel 20. A motor 21 with a tour controller is used to drive the contactor 22. The adjustment of the arm 11 can be read on a circular scale from which is shown a piece at 23. i

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist j folgende: IThe operation of the device is as follows: I.

Wenn gelotet werden soll, wird das Ma- ! schinenaggregat 3, 4 und der rotierende Kontaktgeber in Tätigkeit gesetzt, die Telephone ans Ohr genommen und dann der Schalter 24 geschlossen. Der Sender 1 gibt nun in ge- ; wissen Zeitintervallen kurze morseartige Signale, nämlich jedesmal, wenn das Segment 15 unter die Bürste 9 kommt. Die i Bürsten 9 und 18 sind dabei so eingestellt, ; daß, wenn 9 mit dem Segment 15 Kontakt i j hat, auch 18 mit dem Segment 19 Kontakt hat, und zwar etwas früher und für etwas ! längere Dauer als das erstgenannte Kontaktpaar, so daß der direkte Schall, der von 1 nach 2 gelangt, in 6 nicht gehört wird. Der Kontaktarm 11 mit der Bürste 12 wird nun in die unmittelbare Nähe von 9 gebracht, so , daß das Telephon 5 über 12, 15, 14, io, 3 fast gleichzeitig mit der Abgabe des Signals in ι eingeschaltet ist. Das Telephon! 5 wird ι also fast gleichzeitig mit dem Sender 1 erregt, und der Beobachter hört in 5 daher fast gleichzeitig mit der Abgabe des akusti-. sehen Signals des Senders 1 ein gleiches Signal. Eine gewisse Zeit später trifft das am Meeresboden, reflektierte akustische Signal am Empfänger 2 ein und wird im Hörer 6 wahrgenommen. Der Beobachter "bewegt : nun den Hebel 11 so, daß das Telephon 5 in stets wachsenden Zeiträumen nach der Abgabe des Signals in 1 erregt wird. Die Zeitdifferenz des Hilfssignals in 5 und des reflektierten Signals in 6 wird auf diese Weise immer kleiner, bis schließlich Koinzidenz er-ι reicht wird. Das Eintreten der absoluten ; Koinzidenz kann man alsdann in bekannter ! Weise durch Beobachtung des sogenannten ; 'Mitteneindrucks feststellen.If you want to plumb, the Ma-! machine unit 3, 4 and the rotating contactor put into operation, the telephone put to the ear and then the switch 24 closed. The transmitter 1 is now in ge; time intervals know short Morse code signals, namely every time the segment 15 comes under the brush 9. The i brushes 9 and 18 are set so that; that if 9 has contact with segment 15 ij, 18 has contact with segment 19 too, a little earlier and for something! longer duration than the first-mentioned pair of contacts, so that the direct sound passing from 1 to 2 is not heard in FIG. The contact arm 11 with the brush 12 is now brought into the immediate vicinity of 9, so that the telephone 5 via 12, 15, 14, io, 3 is switched on almost simultaneously with the output of the signal in ι. The telephone! 5 is thus excited almost simultaneously with the transmitter 1, and the observer therefore hears in 5 almost simultaneously with the delivery of the acoustic. see the signal of the transmitter 1 an identical signal. A certain time later, the acoustic signal reflected on the sea floor arrives at the receiver 2 and is perceived in the receiver 6. The observer "now moves the lever 11 so that the telephone 5 is excited in ever increasing periods of time after the output of the signal in FIG. 1. The time difference between the auxiliary signal in FIG. 5 and the reflected signal in FIG. 6 becomes smaller and smaller in this way until finally coincidence he-ι ranges will Advocating the absolute;. coincidence can then in a known manner by observing the so-called;! 'notice mid impression.

j Die Methode ist vor allen Dingen für nicht ! sehr große Wassertiefen geeignet, kann aber auch für beliebige Tiefen angewendet werden. Bei geringen Tiefen ist sie ohne weiteres anwendbar. Es ist dabei darauf zu achten, daß die Anzahl von Impulsen pro Sekunde, die von dem Sender 1 abgegeben werden, einerseits so groß ist, daß auch der für die ver- : feinerte Messung mit Hilfe des binauralen : Richtungseffektes vorzugsweise brauchbare ; Eindruck eines Rasselgeräusches hervorgerufen wird. Erfahrungsgemäß erfolgt nämlieh die binaurale Beobachtung bei der Verwendung von Tönen leichter durch Beobachtung der Stirnwelle als durch Einstellung auf Gleichphasigkeit der die einzelnen Impulse darstellenden Tonfolgen. Anderseits darf die Impulsfolge keine zu schnelle sein, weil sonst \ bei steigender Wassertiefe zu rasch der Zu- ! stand erreicht wird, daß bei der Koinzidenzeinstellung nicht Impulse gleicher Ordnungszahl einander zugeordnet werden. Solange die Laufzeit des Schalles im Wasser klein ist ! gegenüber der Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Impulsen, besteht keine Gefahr der Verwechselung. Wenn diese Laufzeit von gleicher Größenordnung mit der Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Impulsen wird, dann kann der Beobachter nicht mehr unterscheiden, ob der richtige, akustisch aufgenommene Impuls mit dem Hilfsimpuls in 5 koordiniert wird. Er muß alsdann die Impulsfolge verlangsamen, wobei er allerdingsj The method is above all for not! Suitable for very large water depths, but can also be used for any depth. It can easily be used at shallow depths. It is important to ensure that the number of pulses per second, emitted by the transmitter 1, on the one hand is so large that even the for encryption: feinerte measurement with the aid of the binaural: direction of effect preferably usable; Impression of a rattling noise is caused. Experience has shown that binaural observation is easier when using tones by observing the frontal wave than by setting the tone sequences representing the individual impulses to be in phase. On the other hand, the pulse sequence must not be too fast, otherwise \ with increasing water depth too quickly the supply! The result is that, when setting the coincidence, pulses of the same ordinal number are not assigned to one another. As long as the travel time of the sound in the water is short! compared to the time difference between the individual pulses, there is no risk of confusion. If this transit time is of the same order of magnitude as the time difference between the individual pulses, then the observer can no longer distinguish whether the correct, acoustically recorded pulse is coordinated with the auxiliary pulse in FIG. He then has to slow down the pulse train, although he does

Claims (6)

die binaurale Beobachtung erschweren würde. Vorteilhafter ist es alsdann, die Impulsfolge in größere Impulsreihen zu zerlegen und die Beobachtung damit zu beginnen, daß er auf die Koinzidenz des Anfangs einer Impulsreihe einstellt. Diese Unterbrechung kann er leicht mit Hilfe des Schalters 24 von Hand vornehmen. Die Einrichtung selbst kann in mannigfächer Weise abgeändert werden. Z. B. kann man sich zur Erzeugung der Impulse an Stelle einer Wechselstrommaschine irgendeiner anderen elektrischen Kraftquelle bedienen; z. B. wenn man gedämpft abklingende Impulse haben will, kann man mit Hilfe eines Gleichstromstoßes die Membran von 1 anstoßen oder man kann die gedämpfte Entladung eines niederfrequenten elektrischen Schwingungskreises durch die Spule von 1 schicken. Auch der Kontaktgeber kann in anderer Form ausgeführt werden, z. B. in Gestalt einer Schwingvorrichtung (Pendel o. dgl.). Die Skala für die verstellbare Bürste wird zweckmäßig in Tiefenmetern geeicht. Auch die Vermeidung der Aufnahme des direkten Impulses durch den für den reflektierten Impuls bestimmten Hörer kann in anderer Weise erreicht werden, z. B. durch Ausschaltung im Primär- oder Sekundärkreis, durch Abbremsung der Schwingungsgebilde des Empfängers 2 selbst, durch völlige Abschattung dieses Empfängers oder auf ähnlichem Wege. Endlich kann man auch einen besonderen Empfänger 2 überhaupt vermeiden und den Sender 1 unter Verwendung einer geeigneten Schaltung über den Kontaktgeber 7, der naturgemäß alsdann entsprechend zu ergänzen wäre, gleichzeitig als Empfänger für den reflektierten Schall benutzen. Der Kontaktgeber braucht alsdann lediglich eine weitere Kontaktgruppe erhalten, um den Sender ι während der ganzen Zeit, wo er nicht an der Wechselstromquelle liegt, an den Hörer 6 zu schalten. Die Ausbildung einer solchen Schaltung liegt im Rahmen der normalen Kunstfertigkeit eines Elektroingenieurs. Die Vorteile der Methode und Einrichtung nach der Erfindung gegenüber dem Bekannten, insbesondere gegenüber den in der Einleitung besonders angeführten Methoden, liegen darin, daß besondere Schallschreiber vermieden werden, daß keinerlei Änderungen von Umdrehungszahlen umlaufender Maschinen erforderlich skid und daß das zu beobachtende Geräusch immer gleichbleibt. Die letzten beiden Vorteile sind besonders wichtig, weil bei der ohnehin schwierigen Methode der Echolotung der Beobachter von allen besondere Aufmerksamkeit erfordernde» Vorrichtungen möglichst frei gehalten werden muß. Paten τ-Ansprüche:would make binaural observation difficult. It is then more advantageous to break up the pulse train into larger pulse trains and begin the observation by adjusting to the coincidence of the beginning of a pulse train. He can easily make this interruption by hand with the aid of the switch 24. The facility itself can be modified in a variety of ways. For example, instead of an alternator, any other source of electrical power can be used to generate the pulses; z. B. if you want dampened decaying impulses, you can hit the membrane of 1 with the help of a direct current surge or you can send the damped discharge of a low-frequency electrical oscillating circuit through the coil of 1. The contactor can also be designed in another form, e.g. B. in the form of an oscillating device (pendulum or the like.). The scale for the adjustable brush is appropriately calibrated in depth meters. Avoiding the reception of the direct pulse by the listener intended for the reflected pulse can also be achieved in other ways, e.g. B. by switching off in the primary or secondary circuit, by braking the oscillation of the receiver 2 itself, by completely shading this receiver or in a similar way. Finally, one can also avoid a special receiver 2 at all and use the transmitter 1 at the same time as a receiver for the reflected sound using a suitable circuit via the contactor 7, which would naturally then have to be supplemented accordingly. The contactor then only needs to have another contact group in order to switch the transmitter to the receiver 6 during the entire time it is not connected to the alternating current source. The formation of such a circuit is within the normal skill of an electrical engineer. The advantages of the method and device according to the invention over the known, in particular over the methods specifically mentioned in the introduction, are that special sound recorders are avoided, that no changes in the number of revolutions of rotating machines are necessary and that the noise to be observed always remains the same. The last two advantages are particularly important because, in the already difficult method of echo sounding, the observer must be kept as free as possible from all devices that require special attention. Sponsorship τ claims: 1. Verfahren zur akustischen Messung von Wegstrecken und Zeiten, insbesondere für Echolotung mit Hilfe der Koinzidenz zweier Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß der die zu messende Strecke durchlaufende Schallimpuls und ein getrennt erzeugter Vergleichsimpuls in der Beobachtungsvorrichtung dadurch zur Koinzidenz gebracht werden, daß der Vergleichsimpuls um einen solchen Zeitraum später erzeugt wird, als der erstere Schallimpuls zum Durchlaufen der zu messenden Strecke braucht.1. Method for acoustic measurement of distances and times, in particular for echo sounding with the help of the coincidence of two pulses, characterized in that the one traversing the distance to be measured Sound pulse and a separately generated comparison pulse in the observation device be brought to coincidence in that the comparison pulse is later by such a period of time is generated than the former needs sound pulse to travel the distance to be measured. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal eine fortlaufende Reihe von in rascher Folge erzeugten Impulsen verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a continuous signal Series of pulses generated in rapid succession is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für größere Tiefen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe fortlaufender Impulse in größeren Intervallen unterbrochen wird.3. The method according to claim 1 and 2, in particular for greater depths, characterized characterized in that the series of continuous pulses interrupted at larger intervals will. 4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Schallgebers zur Erzeugung von Schallimpulsen, eines Schallempfängers, der auch der Schallgeber selbst sein kann, einer Vorrichtung zur Erzeugung von Hilfsimpulsen von derselben Impulsfrequenz wie die Schallimpulse und einer Vorrichtung zur Einstellung des Zeitmomentes der Entstehung der Hilfsimpulse.4. Device for performing the method according to claim 1 to 3, characterized by arranging a sounder for generating sound pulses, a sound receiver, which is also the Sound generator itself can be a device for generating auxiliary pulses of the same pulse frequency as the Sound impulses and a device for setting the moment in time of their formation the auxiliary impulses. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (automatisch oder von Hand betätigt) zur Zerlegung der Impulsreihen in größeren Intervallen.5. Device according to claim 4, characterized by a device (automatically or manually operated) to break up the pulse series in larger intervals. 6. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch die Anordnung eines elektrisch erregten Schallgebers, an dessen Stromquelle der Anzeigeapparat (z. B. das eine Telephon eines zur binauralen Beobachtung dienenden Telephonpaares) über einen verstellbaren Kontaktgeber angeschlossen ist, und eines ebenfalls mit dem Anzeigeapparat (z. B. dem zweiten Telephon des erwähnten Paares) verbundenen Schallempfängers.6. Device according to claim 3 and 4, characterized by the arrangement of a Electrically excited sounder to whose power source the display device (e.g. the a telephone of a telephone pair serving for binaural observation) connected via an adjustable contactor and one also connected to the display device (e.g. the second telephone of the pair mentioned) Sound receiver. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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