DE574713C - Acoustic echo sounder - Google Patents

Acoustic echo sounder

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DE574713C
DE574713C DEL80957D DEL0080957D DE574713C DE 574713 C DE574713 C DE 574713C DE L80957 D DEL80957 D DE L80957D DE L0080957 D DEL0080957 D DE L0080957D DE 574713 C DE574713 C DE 574713C
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G01S15/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S15/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal

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Description

Akustisches Echolot Zweck der Erfindung ist eine Lösung des technischen Problems der Nacht- und Nebellandung von Luftfahrzeugen auf dem Flugplatz sowie die Erleichterung der Schiffahrt in seichten Gewässern durch fortlaufende Überwachung der Wassertiefe zur' Vermeidung des Auflaufens.Acoustic echo sounder The purpose of the invention is to provide a technical solution Problem of night and fog landing of aircraft on the airfield as well the facilitation of navigation in shallow waters through continuous monitoring the depth of the water to avoid the emergence.

Aufgabe der Erfindung war die Angabe eines akustischen Echolotes, welches speziell zur genauen Messung kleinerer Entfernungen des Gerätes von einer schallreflektierenden Fläche geeignet sein sollte und die fragliche Entfernung möglichst durch den Ausschlag eines in Längeneinheiten geeichten Zeigerinstrumentes direkt und fortlaufend angeben sollte.The object of the invention was to specify an acoustic echo sounder, which should be especially suitable for precise measurement of smaller distances between the device and a sound-reflecting surface and should indicate the distance in question directly and continuously if possible by the deflection of a pointer instrument calibrated in units of length.

Die bekannten akustischen Echolote haben gewöhnlich den Nachteil, bei kleineren Entfernungen der Reflexionsfläche vom Gerät nicht mehr einwandfrei zu arbeiten und die Entfernung nicht direkt und fortlaufend durch ein Zeigerinstrument anzugeben.The known acoustic echo sounders usually have the disadvantage no longer flawlessly at smaller distances between the reflective surface and the device to work and the distance not directly and continuously by a pointer instrument to specify.

Zur Lösung der Aufgabe wird von der bekannten Anordnung eines elektrischen Schallsenders (Lautsprecher) und eines benachbarten elektrischen Schallempfängers (Mikrophon) gegenüber der schallreflektierenden Fläche Gebrauch gemacht. Durch eine dem Sender und Empfänger erteilte Richtwirkung nach der Reflexionsfläche und durch elektrische Kompensationseinrichtungen zwischen Sender und Empfänger wird in bekannter Weise erreicht, daß der Empfänger nur auf den an der Reflexionsfläche reflektierten Schall anspricht, für den direkten vom Sender zum benachbarten Emyfänger@ gelangenden Schall aber-taub_ ist. Es werden nun nicht wie bei den befännfen Echoloten am Sendeort einzelne kurze Schallimpulse erzeugt, deren Laufzeit über die Reflexionsfläche zurück zum Empfänger gemessen wird, sondern der Schallsender wird mit Wechselstrom gespeist, der sich aus Gleichstrom und gnüsströtrien von geeigneten Frequenzen zusammensetzt. Die dadurch erzeugten Schallwellen werden nach Reflexion an der reflektierenden Fläche im elektrischen Schallempfänger wieder Sinusströme der Sonderfrequenzen hervorrufen.To solve the problem, use is made of the known arrangement of an electrical sound transmitter (loudspeaker) and an adjacent electrical sound receiver (microphone) opposite the sound-reflecting surface. A directional effect given to the transmitter and receiver towards the reflective surface and electrical compensation devices between the transmitter and receiver ensures that the receiver only responds to the sound reflected on the reflective surface for the direct sound coming from the transmitter to the neighboring Emyfänger @ but - is deaf_. There are no single short sound impulses generated at the place of transmission, as with the humble echo sounders, the transit time of which is measured over the reflection surface back to the receiver, but the sound transmitter is fed with alternating current , which is composed of direct current and green currents of suitable frequencies. The sound waves generated in this way, after being reflected on the reflective surface in the electrical sound receiver, will again cause sinusoidal currents of the special frequencies.

Die Erfindung besteht nun darin, daß die von der Entfernung der Reflexionsfläche und der Frequenz abhängigen Phasenverschiebungen der einzeln en__Sirmsat7röm --die entsprechenden Sinusströme derselben Frequenz im Sender dazu verwendet werden, um mittels einer geeigneten Anordnung die Entfernung der Reflexionsfläche direkt an einem in- Längeneinheiten geeichten Phasenmesser zumessen.The invention now consists in that the rning of de r Entfe the reflection surface and the frequency dependent phase shifts of the individual en__Sirmsat7röm --the corresponding sinusoidal currents of the same frequency are used in the transmitter to by means of a suitable arrangement, the distance of the reflective surface directly on a domestic Measure units of length to calibrated phase meters.

=rri einzelnen ergeben sich folgende Anordnungen: t. Dein Schallsender wird Wechselstrom zugeführt, der einen Sinusstrom J1 der Frequenz f enthält. Im Empfänger wird dann ebenfalls ein Sinusstrom der Frequenz f auftreten;. er heiße J2. Die Phasenverschiebung von 11 gegen J, ist nun erfindungsgemäß ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann in bekannter Weise, etwa nach getrennter Heraussiebung und Verstärkung von J1 und J2, bis auf eine @ermittelbare Konstante mit einem Phasenmesser gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung der Reflexionsfläche geeicht wird.= rri individual results in the following arrangements: t. Your sound transmitter is supplied with alternating current which contains a sinusoidal current J1 of frequency f. A sinusoidal current of frequency f will then also occur in the receiver. his name is J2. The phase shift from 11 to J is now, according to the invention, a measure of the distance between the device and the reflective surface and can be measured in a known manner, for example after separate screening and amplification of J1 and J2, except for a constant that can be determined with a phase meter The scale is calibrated directly in units of length of the distance to be measured from the reflective surface.

a. Dem Schallsender wird Wechselstrom zugeführt, der einen Sinusstrom 11 der Frequenz f mit periodisch modulierter Amplitude enthält. Im Empfänger wird dann ebenfalls ein Sinusstrom der Frequenz f finit derselben Grundfrequenz der Modulation wie im Sender auftreten; er heiße J2. Die Phasenverschiebung der Modulation von l1 gegen die von 1. ist nun erfindungsgemäß ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann in bekannter Weise, etwa nach getrennter Heraussiebung, Verstärkung und Gleichrichtung von J1 und 1" bis auf eine ermittelbare Konstante mit einem Phasenmesser gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht wird.a. The sound transmitter is supplied with alternating current which contains a sinusoidal current 11 of frequency f with periodically modulated amplitude. A sinusoidal current of frequency f finitely the same basic frequency of the modulation as in the transmitter will then also occur in the receiver; his name is J2. The phase shift of the modulation of l1 against that of 1. is now according to the invention a measure of the distance of the device from the reflective surface and can in a known manner, for example after separate screening, amplification and rectification of J1 and 1 " up to a determinable constant with a Phase meter are measured, the scale of which is calibrated directly in units of length of the distance to be measured from the reflective surface.

3. Dem Schallsender wird Wechselstrom zugeführt, der zwei Sinusströme il und 1i mit nahezu gleichen Frequenzen f und f' enthält, so daß im Sender Schwebungen von J1 und Ji auftreten. Im Empfänger werden dann ebenfalls zwei Sinusströme J2 und 12' der Frequenzen f und f' erregt, deren Schwebungen dieselbe Frequenz haben, wie die von J1 und JI. Die Phasenverschiebung der Schwebungen von 11 und Ji' im Sender gegen die Schwebungen von J2 und 12' im Empfänger ist nun erfindungsgemäß ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann in bekannter Weise, etwa nach getrennter Heraussiebung, Verstärkung und Gleichrichtung der erwähnten Sender- und Empfängerschwebungen, bis auf eine ermittelbare Konstante mit einem Phasenmesser gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten den zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht wird.3. The sound transmitter is supplied with alternating current which contains two sinusoidal currents il and 1i with almost the same frequencies f and f ' , so that beats of J1 and Ji occur in the transmitter. Two sinusoidal currents J2 and 12 'of frequencies f and f' are then also excited in the receiver, the beats of which have the same frequency as those of J1 and JI. The phase shift of the beats of 11 and Ji 'in the transmitter against the beats of J2 and 12' in the receiver is now, according to the invention, a measure of the distance between the device and the reflective surface Transmitter and receiver vibrations, except for a determinable constant, can be measured with a phase meter, the scale of which is calibrated directly in units of length to the distance to be measured from the reflection surface.

q.. Dem Schallsender wird Wechselstrom zugeführt, der in beliebiger Zusammenstellung zwei Sinusstromgruppen von der Art enthält, wie sie einzeln im Schallsenderwechselstrom der Anordnungen z bis 3 enthalten sein müssen. Im Empfänger werden dann ebenfalls zwei entsprechende Gruppen von Sinusströmen mit entsprechenden Frequenzen erregt. Beide Gruppen werden im Empfänger durch frequenzselektive Anordnungen getrennt herausgesiebt und gleichgerichtet. Enthält eine Gruppe nur einen Sinusstrom, so kann letzteres bei ihr unterbleiben. Durch Frequenzwandlung wird sodann je eine Harmonische aus den zwei gegebenenfalls gleichgerichteten Gruppen getrennt auf eine gemeinsame Frequenz gebracht. Die Phasenverschiebung der beiden getrennten auf gemeinsame Frequenz gebrachten Harmonischen ist nun erfindungsgemäß ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann in bekannter Weise bis auf eine ermittelbare Konstante mit einem Phasenmesser gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht wird. Als Spezialfall ergibt sich die folgende wichtige Anordnung, bei welcher jede Gruppe von der Art ist, wie sie einzeln im Schallsenderwechselstrom der Anordnung z enthalten sein muß, d. h. wobei jede Gruppe aus nur einem Sinusstrombesteht.q .. The sound transmitter is supplied with alternating current, which can be in any Compilation contains two groups of sinus currents of the kind that are shown individually in the Sound transmitter alternating current of the arrangements z to 3 must be included. In the receiver there are then also two corresponding groups of sinusoidal currents with corresponding Frequencies excited. Both groups are in the receiver through frequency selective arrangements sifted out separately and rectified. If a group contains only one sinusoidal current, so the latter can be omitted with her. By frequency conversion there is then one Harmonics from the two possibly rectified groups separated into one common frequency brought. The phase shift of the two separated on common Frequency brought harmonics is now according to the invention a measure of the distance of the device from the reflection surface and can be determined in a known manner except for one Constant can be measured with a phase meter, its scale directly in units of length the distance to be measured from the reflective surface is calibrated. As a special case the following important arrangement results, in which every group of the species is how they are contained individually in the acoustic transmitter alternating current of the arrangement z must, d. H. each group consisting of only one sinusoidal current.

5. Dein Schallsender wird Wechselstrom zugeführt, der zwei Sinusströme verschiedener Frequenz enthält. Im Empfänger werden dann ebenfalls zwei Sinusströme derselben Frequenzen auftreten, die beide nach getrennter Heraussiebung und Verstärkung durch Frequenzwandlung getrennt auf eine gemeinsame Frequenz gebracht werden. Die Phasenverschiebung dieser beiden auf gemeinsame Frequenz gebrachten Sinusströme im Empfänger ist nun erfindungsgemäß ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann in bekannter Weise bis auf eine ermittelbare Konstante mit einem Phasenmesser gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht wird.5. Your sound transmitter is fed with alternating current, the two sinusoidal currents different frequency contains. There are then also two sinusoidal currents in the receiver the same frequencies occur, both after separate screening and amplification be brought separately to a common frequency by frequency conversion. the Phase shift of these two sinusoidal currents brought to a common frequency According to the invention, a measure of the distance between the device and the receiver is now in the receiver Reflection surface and can in a known manner up to a determinable constant can be measured with a phase meter, the scale of which is directly in units of length the the distance to be measured from the reflective surface is calibrated.

6. Es wird gleichzeitig mit zwei Echoloten der Anordnungen r bis 5 in beliebiger Zusammenstellung gearbeitet. Die beiden Echolote können einen gemeinsamen Schallsender und -empfänger haben und sind so dimensioniert, daß eine gegenseitige Störung nicht stattfindet. Im allgemeinen wird sich nun der Ausschlag jeden Phasenmessers in den zwei Echoloten mit der Entfernung der Reflexionsfläche in verschiedener Weise ändern. Erfindungsgemäß ist dann die Differenz der Ausschläge der beiden Phasenmesser wiederum ein Maß für den Abstand des Gerätes von der Reflexionsfläche und kann auf mannigfache bekannte Weise wieder mit einem Instrument gemessen werden, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht wird.6. It is simultaneously with two echo sounders of the arrangements r to 5 worked in any combination. The two echo sounders can share one Sound transmitter and receiver have and are dimensioned so that a mutual Disturbance does not take place. In general, the deflection of each phase meter will now be in the two echo sounders with the distance of the reflection surface in different ways change. According to the invention, the difference between the deflections of the two phase meters is then in turn a measure of the distance between the device and the reflective surface and can be based on can be measured again in many known ways with an instrument, its scale directly calibrated in units of length of the distance to be measured from the reflective surface will.

Der mit der Erfindung erzielbare wesentliche technische Fortschritt ist ein gerade bei kleineren Entfernungen von einer schallreflektierenden Fläche zuverlässiges Echolot, die Möglichkeit direkter und fortlaufender Ablesung der Entfernung an einem Zeigerinstrument (Phasenmesser) und die Unempfindlichkeit gegen störende Nebengeräusche durch Anwendung ungedämpfter Schallschwingungen in Verbindung mit der angezeigten Verwendung frequenzselektiver Organe im Empfänger.The essential technical progress that can be achieved with the invention is a reliable echo sounder, especially at smaller distances from a sound-reflecting surface, the possibility of direct and continuous reading of the distance on a pointer instrument (phase meter) and the insensitivity to disturbing background noises by using undamped sound oscillations in connection with the indicated use of frequency-selective organs in the receiver.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Akustisches Echolot mit elektrischem Schallsender, dem Wechselstrom, bestehend aus Gleichstrom und Sinusströmen, zugeführt wird, und mit elektrischem Schallempfänger, in welchem von den reflektierten Schallwellen wieder Sinusströme der Senderfrequenzen erregt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Phasenverschiebung eines. im Speisestrom des Senders enthaltenen Sinusstromes gegen den im Empfänger erregten Sinusstrom derselben Frequenz als ein Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Phasenmesser gemessen wird, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist. a. Echolot wie in Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der Modulation eines im Speisestrom des Senders enthaltenen periodisch amplitudenmodulierten Sinusstromes gegen die Modulation des im Empfänger erregten modulierten Sinusstromes derselben Frequenz als ein Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Phasenmesser gemessen wird, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist. 3. Echolot wie in Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der Schwebungen zweier im Speisestrom des Senders enthaltenen Sinus ströme nahezu gleicher Frequenz gegen die Schwebungen der im Empfänger erregten Sinusströme derselben Frequenzen als ein Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Phasenmesser gemessen wird, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist. q.. Echolot wie in Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei im Schallsenderwechselstrom enthaltene beliebig zusammengestellte Sinusstromgruppen von der Art, wie sie einzeln im Schallsenderwechselstrom der Anordnungen gemäß Anspruch i bis 3 enthalten sein müssen, zwei. Gruppen von Sinusströmen entsprechender Frequenzen im Empfänger erregt werden, daß beide Gruppen dort getrennt herausgesiebt und gleichgerichtet werden, wobei letzteres bei solchen Gruppen, die nur einen Sinusstrom enthalten, unterbleiben kann, daß je eine Harmonische aus den zwei gegebenenfalls gleichgerichteten Gruppen im Empfänger getrennt durch Frequenzwandlung auf eine gemeinsame Frequenz gebracht wird, und daß die Phasenverschiebung dieser zwei Harmonischen von gemeinsamer Frequenz als ein Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Phasenmesser gemessen wird, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist. 5. Echolot wie in Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei im Speisestrom des Senders enthaltene Sinusströme verschiedener Frequenz zwei Sinusströme derselben verschiedenen Frequenzen im Empfänger erregt werden, die getrennt herausgesiebt durch Frequenzwandlung getrennt auf eine gemeinsame Frequenz gebracht werden, und deren Phasenverschiebung sodann als Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Phasenmesser gemessen wird, dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist. 6. Echolot, bestehend aus zwei gleichzeitig arbeitenden Echoloten nach Anspruch i bis q. in beliebiger Zusammenstellung, die einen gemeinsamen Schallsender und -empfänger haben können und sich gegenseitig nicht stören, gekennzeichnet dadurch, daß die Differenz der Ausschläge der beiden Phasenmesser als Maß des Abstandes der Reflexionsfläche vom Gerät mit einem Instrument gemessen wird,-- dessen Skala direkt in Längeneinheiten der zu messenden Entfernung von der Reflexionsfläche geeicht ist.PATENT CLAIMS: i. Acoustic echo sounder with electrical sound transmitter, the alternating current, consisting of direct current and sinusoidal currents, is supplied, and with electrical sound receiver, in which from the reflected sound waves Sinus currents of the transmitter frequencies are again excited, characterized in that the phase shift of a. sine current contained in the feed current of the transmitter against the sinusoidal current of the same frequency excited in the receiver as a measure of the distance the reflective surface of the device is measured with a phase meter whose scale directly calibrated in units of length of the distance to be measured from the reflective surface is. a. Echosounder as in claim i, characterized in that the phase shift the modulation of a periodically amplitude modulated contained in the feed current of the transmitter Sinus current versus the modulation of the modulated sinusoidal current excited in the receiver the same frequency as a measure of the distance between the reflective surface and the device a phase meter is measured, its scale directly in length units of the to measuring distance from the reflective surface is calibrated. 3. echo sounder as claimed i, characterized in that the phase shift of the beats of two im The sine wave contained in the supply current of the transmitter flows against almost the same frequency the beats of the sinusoidal currents excited in the receiver of the same frequencies as a Measure of the distance between the reflective surface and the device measured with a phase meter whose scale is directly in units of length of the distance to be measured from the Reflection surface is calibrated. q .. echo sounder as in claim i, characterized in that that arbitrarily composed by two contained in the sound transmitter alternating current Sinusoidal current groups of the kind that appear individually in the acoustic transmitter alternating current of the arrangements according to claim i to 3 must be included, two. Groups of sinusoidal currents corresponding Frequencies in the receiver are excited that both groups are screened out there separately and are rectified, the latter in such groups that only have a sinusoidal current contain, it can be omitted that each one harmonic from the two if necessary rectified groups in the receiver separated by frequency conversion to one common frequency is brought, and that the phase shift of these two harmonics of common frequency as a measure of the distance between the reflective surface and the device is measured with a phase meter, the scale of which is directly in length units of the the distance to be measured from the reflective surface is calibrated. 5. Echosounder as in Claim q., Characterized in that two contained in the feed current of the transmitter Sinus currents of different frequencies two sinus currents of the same different frequencies are excited in the receiver, which are screened out separately by frequency conversion be brought to a common frequency, and then their phase shift Measured as a measure of the distance between the reflective surface and the device with a phase meter whose scale is directly in units of length of the distance to be measured from the Reflection surface is calibrated. 6. Echosounder, consisting of two working at the same time Echosounder according to claims i to q. in any combination that has a common Sound transmitters and receivers can have and do not interfere with each other, labeled in that the difference in the deflections of the two phase meters as a measure of the distance the reflective surface of the device is measured with an instrument - its scale directly calibrated in units of length of the distance to be measured from the reflective surface is.
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