DE491669C - Einrichtung zum gerichteten Senden bzw. zum Richtungsempfang von Schallwellen - Google Patents

Einrichtung zum gerichteten Senden bzw. zum Richtungsempfang von Schallwellen

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DE491669C
DE491669C DEA56022D DEA0056022D DE491669C DE 491669 C DE491669 C DE 491669C DE A56022 D DEA56022 D DE A56022D DE A0056022 D DEA0056022 D DE A0056022D DE 491669 C DE491669 C DE 491669C
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Germany
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directional
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sound waves
sound
compensator
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Expired
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DEA56022D
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English (en)
Inventor
Dr Willy Kunze
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Atlas Werke AG
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Atlas Werke AG
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B11/00Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

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Description

  • Einrichtung zum gerichteten Senden bzw. zum Richtungsempfang von Schallwellen Für das Aussenden von Schallschwingungen in bestimmte Richtungen sowie für die Richtungsbestimmung von Schallwellen beim Empfang benutzt man in neuerer Zeit vielfach Gruppenanordnungen von einzelnen, in bestimmten Abständen voneinander angeordneten Schallsendern bzw. Empfängern. Wenn bei solchen Anordnungen die Sender bzw. Empfänger durch Schwingungen, die eine gewisse Phasenverschiebung gegeneinander in den einzelnen Apparaten besitzen, erregt werden, sd ergeben sich infolge der Interferenzwirkungen Richteffekte derart, daß in bestimmten, durch die Phasenbeziehungen gegebenen Richtungen sich die Wirkungen der einzelnen Apparate addieren und die Maxima der Lautstärke ergeben, während in anderen Richtungen die Wirkungen sich aufheben und zu Minima der Lautstärke führen.
  • Es ist einerseits bekannt, durch Drehung der Apparategruppen im Raum den Richtvektor im Raum zu verschwenken und auf diese Weise entweder nach bestimmten, gewollten Richtungen hin zu senden oder die Richtung von Schallwellen, die an den Empfangsapparaten eintreffen, zu bestimmen. Andererseits ist es bekannt, daß eine ähnliche Wirkung (Schwenkung des Richtvektors) mit Hilfe von akustischen oder elektrischen Kompensationseinrichtungen erzielt werden kann. Besondere Bedeutung hat dieses Verfahren "in der Unterwasserschalltechnik erlangt.
  • Da die Drehung der Apparategruppen (Drehbasismethode), die meistenteils auf Schiffen eingebaut werden, im Wasser sehr unbequem ist und infolge der bei der Drehung auftretenden Störungsgeräusche die Beobachtung außerordentlich erschwert wird, wird meistens die Kompensationsmethode vorgezogen, bei der die Empfänger fest am Schiff angeordnet sind und die Drehung des Richtvektors durch Einschaltung z. B. von elektrischen Verzögerungsketten in den einzelnen Apparateleitungen erfolgt. Diese elektrische Kompensationsmethode hat nun den Nachteil, daß die Schärfe der Richtwirkung erheblich abhängig ist von dem Richtungswinkel. Bei gleichphasiger Erregung der Sender bzw. Empfänger ist die Richtwirkung am schärfsten, während sie mit größer werdendem Winkel immer ungenauer wird.
  • Demgegenüber erhält man bei der obenerwähnten Drehbasismethode eine solche Abhängigkeit der Schärfe der Richtungsbestimmung von dem Neigungswinkel nicht. Die Richtwirkung hat immer die gleiche Schärfe, da der maximale Richtvektor immer senkrecht zur Basis steht. Im Hinblick auf die Schärfe der Richtwirkung ist also die Verwendung der Drehbasismethode wesentlich vorteilhafter. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß die Vorteile beider Methoden in zweckmäßiger Weise kombiniert werden. -Nach der Erfindung ist die Richtung der Maximalwirkung der gesandten bzw. empfangenen Schwingungen einer Mehrzahl von Schallsendern bzw. Schallempfängern, welche mit einer Kompensationseinrichtung für Phasenausgleich der zu sendenden bzw. zu empfangenden Schwingungen akustisch oder elektrisch verbunden sind, durch räumliche Verlagerung gegenüber dem Aufstellungsort einstellbar. Demgemäß kann man z. B. zum gerichteten Senden bzw, zum Richtungsempfang von Schallwellen eine Gruppe von einzelnen, in bestimmter geometrischer Vertei, lung angeordneten Sendern bzw. Empfängern, die drehbar oder verschiebbar angeordnet und elektrisch mit einer Kompensationseinrichtung verbunden sind, benutzen, und beim Betrieb wird die Sender- bzw. Empfängergruppe durch Drehung bzw. Verschiebung zunächst in eine für die erstrebte Richtwirkung günstige Lage gebracht und dann durch die Kompensationseinrichtung die endgültige Einstellung der Richtcharakteristik vorgenommen. Diese Methode hat den Vorteil, daß man trotz des bequemen Arbeitens mit einer elektrischen Kompensationsvorrichtung in jeder Winkelrichtung eine große Richtschärfe erzielen kann und umgekehrt bei der Beobachtung selbst störende Wassergeräusche durch die Drehung der Gruppen im Wasser nicht hat. Weiter besteht der außerordentliche Vorteil, daß man die elektrischen Verzögerungsketten, also den elektrischen Kompensator, wesentlich kleiner dimensionieren kann, als dies bei feststehender Empfängerbasis möglich ist. Da man die Basis bei der Beobachtung schrittweise drehen kann, braucht man die Einstellung der endgültigen Phasenverhältnisse mittels des elektrischen Kompensators nur in einem relativ kleinen Winkel, z. B. 3o° bzw. 6o°, je nachdem in welchem Schritt man die Lage der Drehbasis ändert, vorzunehmen. Der elektrische Kompensator stellt also gewissermaßen nur die Feineinstellung ;der Apparatur dar, während die Grobeinstellung durch die Drehbasis vorgenommen wird.
  • Die Erfindung ist an Hand der Fig. i bis q. beispielsweise und schematisch veranschaulicht.
  • Fig. i zeigt die Richtcharakteristiken einer linearen Sender- bzw. Empfängergruppe bei verschiedenen Einstellungen der Kompensationseinrichtung.
  • In Fig. i sind drei Richtcharakteristiken a, b, c angedeutet. Man erhält, wie aus dieser Abbildung deutlich ersichtlich ist, wein man die Apparate gleichphasig schwingen läßt, eine sehr scharfe Richtcharakteristik senkrecht zur Verbindungslinie A der Apparate, während mit größer werdender Phasenverschiebung der Schwingungen durchKompensationsmittel und damit zusammenhängender, größer werdender Neigjung derRichtcharakteristik gegen die Senkrechte auf der Verbindungslinie die Richtwirkung an Schärfe mehr und mehr verliert.
  • Fig. 2 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung än Bord eines überwasserschiffes, Fig. 3 eine ähnliche , Vorrichtung für ein Unterseeboot, Fig. ¢ eine Einrichtung für eine Küstenstation, bei der die Apparategruppe auf dem Meeresgrunde aufgestellt ist.
  • In Fig. 2 stellt i eine Schiffswand dar, an der eine Drehbasis 2 angeordnet ist, indem ein Schaft q. derselben in Haltern 3 drehbar gelagert ist. Die Drehbasis kann mit Hilfe eines Handrades 5 in ihrer horizontalen Lage im Wasser gedreht werden, so daß der Richtungswinkel von Schallwellen, die aus horizontaler Richtung kommen, beliebig klein gemacht werden kann. Die Drehbasis 2 selbst besteht aus einem Träger, der zweckmäßig stromlinienförmige Gestalt hat und an dem z. B. sechs Empfänger oder Sender 6 angebracht sind. Die Sender bzw. Empfänger sind durch den Schaft der Drehbasis vermittels eines Kabels 7 reit einem elektrischen Kompensator 8 verbunden. Der Gleichstrom zur Erregung der Empfänger wird einer Batterie 9 entnommen. Die Beobachtung des Maximums der Lautstärke bzw. des Mitteneindruckes beim Richtungshören geschieht mit Hilfe eines Telephonhörers io. Gegebenenfalls können die vom Kompensator kommenden Ströme durch Verstärker noch verstärkt werden, bevor sie zum Telephon geführt werden. Die Vorrichtung nach Fig.2 kann in folgender Weise benutzt werden: Soll z. B. die Richtung ankommender Schallwellen bestimmt werden, so dreht mani die Drehbasis 2 zunächst in eine bestimmte Stellung, z. B. so, daß sie quer zur Fahrtrichtung steht und die Senkrechte auf der Basis genau nach vorn zeigt. Man beobachtet dann mit Hilfe des Telephonhörers i o, indem man den Kompensator, der z. B. die Kompensation von Schwingungen in einem Sektor von 6o° in Phase zu bringen gestattet, verstellt, ob ein Maximum oder Minimum der Lautstärke einer Schallquelle festzustellen ist. Ist dies nicht der Fall, so dreht man die Basis um 6o° weiter, z. B. im Uhrzeigersinn, beobachtet in dieser Stellung der Basis durch Einstellen des Kompensators wiederum usf. Auf diese Weise ist es möglich, wenn z. B. die Schallquelle aus einer--Richtung kommt, die gegen die Schiffslängsachse um 8o° geneigt ist, mit einer Basisstellung zu arbeiten, die um 6o° gegen die Vorausrichtung geneigt ist, so daß man mit dem elektrischen Kompensator nur eine geringe Phasenverschiebung vorzunehmen braucht, um das Maximum der Lautstärke zu erreichen. Bei einer geringen Verschiebung der Phasen mit Hilfe der elektrischen Verzögerungsketten ist aber die Richtschärfe größer, als wenn man die Basis in der Ausgangsstellung quer zum Schiff hätte stehenlassen und den Phasenausgleich durch Vorschaltung größerer Verzögerungsglieder herbeigeführt hätte.
  • In Fig. 3 ist eine Drehbasis i i mit sechs Empfängern auf dem Deck eines Unterseebootes 12 angeordnet. Diese kann vom Bootsimzern aus durch ein Handrad 13 mittels eines Seilzuges 1 ¢ gedreht werden. Die Empfänger der Drehbasis sind durch eine Kabelleitung 15 mit einem Kompensator 16 verbunden, und die Wirkungsweise ist analog der in Fig. 2 beschriebenen Einrichtung. Auf einem Unterseeboot ist z. B. von besonderer Wichtigkeit die genaue Bestimmung der Schallrichtung nach vorn. Bei dem bisher üblichen Einbau der Empfängerbasen in die Bordwand auf Backbord- und Steuerbordseite liegt aber die Vorausrichtung gerade in Richtung der Verbindungslinie der Empfänger, also in einer Richtung, die bei Benutzung eines elektrischen Kompensators nur sehr ungenau bestimmt werden kann, weil die Richtcharakteristik nach dieser Richtung hin besonders unscharf ist. Mit der vorliegenden Einrichtung wird man so verfahren, daß man, um Schallrichtungen, die aus einem Winkel in der Nähe der Vorausrichtung kommen, zu bestimmen, die Drehbasis i i mit Hilfe des durch das Handrad 13 betätigten Seilzuges 14 quer zur Schiffsrichtung stellt. Dann kann man mit Hilfe eines relativ sehr kleinen Kompensators-16 die Richtung von Schallwellen, die aus der Gegend der Vorausrichtung kommen, mit der größtmöglichen Genauigkeit bestimmen.
  • In Fig.4 ist schließlich eine Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, bei der eine Drehbasis 17 -an einem Grundgestell 18 auf dem Meeresboden aufgestellt ist. Die Empfänger sind durch eine Kabelleitung ig mit einer Beobachtungsstation 2o an Land verbunden. In dem Grundgestell ist ein wasserdicht gekapselter Elektromotor 21 eingebaut, durch den die Drehbasis in jede beliebige Lage- gedreht werden kann. Der Motor erhält seinen Strom durch das Kabel i g. Es ist eine elektrische Anzeigevorrichtung vorgesehen, die die jeweilige Stellung der Basis im Wasser bei der Beobachtungsstation anzeigt. Die Gebrauchsweise der Vorrichtung ist die gleiche wie bei den Vorrichtungen nach den Fig. 2 und 3. Man stellt nacheinander die Drehbasis in verschiedene Richtungen und beobachtet bei jeder solchen Stellung mit Hilfe des Kompensators auf der Beobachtungsstation.
  • Es ist zu bedenken, daß bei Benutzung von nur einer Empfängergruppe im allgemeinen eine Zweideutigkeit der Schallrichtungsbestimmung vorliegt, da ja dieselben Phasenverhältnisse erzeugt werden, wenn die Schallwellen die Basis unter einem gewissen Winkel von vorn oder unter einem gewissen Winkel von rückwärts erreichen. Mit einer feststehenden Basis und elektrischem Kompensator ist eine Zweideutigkeit überhaupt nicht zu beseitigen, wohl aber gelingt es, mittels der Drehbasis unter Benutzung der binauralen Hörmethode Eindeutigkeit über die Richtung zu erzielen. je nachdem, ob bei der Drehung im einen oder anderen Sinne das Schallbild nach links oder rechts wandert, wird man schließen können, ob die Schallquelle voraus oder rückwärts liegt.
  • Die Erfindung ist naturgemäß nicht beschränkt auf die Kombination von Empfängergruppen, die in gerader Linie an einem Träger befestigt sind, mit einem elektrischen Kompensator, sondern kann in entsprechender Weise auch Anwendung finden auf Gruppenanordnungen von Sendern bzw. Empfängern in irgendeiner anderen geometrischen Anordnung, z. B. bei Kreisgruppen oder Gruppen von Apparaten, die gleichmäßig über Flächen verteilt sind. An Stelle der Drehung kann naturgemäß auch eine Verschiebung oder sonstige Art der Verlagerung der Apparate im Raum stattfinden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum gerichteten Senden bzw. zum Richtungsempfang von Schallwellen, gekennzeichnet durch die Vereinigung einer verschwenkbaren Gruppe von Sendern bzw. Empfängern, die hinsichtlich der Richtung auf Maximalwirkung zusammenarbeiten, mit einer an sich bekannten Kompensationseinrichtung für Phasenverschiebung bzw. Phasenausgleich.
  2. 2. Verfahren zum Richtungssenden bzw. zum Richtungsempfang mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- bzw. Empfängergruppe zunächst durch räumliche Einstellung in eine für die erstrebte Richtwirkung günstige Lage gebracht und dann die Feineinstellung durch die Kompensationseinrichtung bewirkt wird.
DEA56022D 1928-11-26 1928-11-27 Einrichtung zum gerichteten Senden bzw. zum Richtungsempfang von Schallwellen Expired DE491669C (de)

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DE690252X 1928-11-26
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1027564B (de) * 1949-11-18 1958-04-03 Atlas Werke Ag Strahler zur Echolotung mit Schallwellen
DE975476C (de) * 1954-07-17 1961-12-07 Electroacustic Ges M B H Echolotvorrichtung fuer Unterwasserschall
DE1192554B (de) * 1954-05-03 1965-05-06 Dr Siegfried Fahrentholz Einrichtung zur Echolotung fuer Schiffe, insbesondere fuer Fischereifahrzeuge

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1027564B (de) * 1949-11-18 1958-04-03 Atlas Werke Ag Strahler zur Echolotung mit Schallwellen
DE1192554B (de) * 1954-05-03 1965-05-06 Dr Siegfried Fahrentholz Einrichtung zur Echolotung fuer Schiffe, insbesondere fuer Fischereifahrzeuge
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