DE590625C

DE590625C - Device for distance measurement according to the echo method

Info

Publication number: DE590625C
Application number: DEA69015D
Authority: DE
Inventors: Dr Willy Kunze
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1933-03-18
Filing date: 1933-03-19
Publication date: 1934-01-06

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
6. JANUAR 1934ISSUED ON
JANUARY 6, 1934

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 74d GRUPPE CLASS 74d GROUP

Atlas -Werke A.- G. in Bremen *) Einrichtung zur Abstandmessung nach der EchomethodeAtlas -Werke A.- G. in Bremen *) Device for distance measurement according to the echo method

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. März 1933 abPatented in the German Empire on March 19, 1933

Es ist" bereits vorgeschlagen worden, bei Echoloteinriclitungen Schallwellen zu ver-• wenden, deren Frequenz in der Nähe oder oberhalb der Hörgrenze des menschlichen Ohres liegt. Als zweckmäßig für den Bau von Schallsendern bzw. ,Schallempfängern zur Erzeugung bzw. zum Empfang solcher hochfrequenten Schallwellen hat sich die Ausnutzung 'der magnetostriktiven bzw. piezoelektrischen Wirkung bestimmter Stoffe ergeben. Es sind zwei Anordnungen bei derartigen Einrichtungen bisher zur Anwendung gekommen, nämlich einerseits die Verwendung ein und desselben Schwingungsgebildes als Sender und als Empfänger und anderseits die Benutzung getrennt angeordneter Einrichtungen derselben Art' für diese Zwecke. Es sind z. B. Echoloteinrichtungen bekannt, bei denen ein nach dem piezoelektrischlein Prinzip gebauter > Schwinger sowohl für das 1 Aasenden von Schallimpulsen als auch für das Empfangen des Echos benutzt wird. Anderseits ist vorgeschlagen worden, für das Aussenden hochfrequenter Schwingungen bei derartigen Anlagen einen Magnetostriktionssender und' für den Empfang des Echos einen ge-. trennt davon angeordneten', ebenfalls nach dem Magnetostriktionsprinzip gebauten Schwinger gleicher Art zu. verwenden.It has already been suggested at " Echo sounder lines to distribute sound waves turn whose frequency is near or above the hearing limit of human Ear lies. As useful for the construction of sound transmitters or, sound receivers for The generation or reception of such high-frequency sound waves has proven to be useful '' result from the magnetostrictive or piezoelectric effect of certain substances. Two arrangements have been used in such devices so far come, namely on the one hand the use of one and the same oscillation structure as a transmitter and as a receiver and on the other hand the use of separately arranged facilities of the same kind 'for these purposes. There are z. B. echo sounder devices known at which a> transducer built according to the small piezoelectric principle for both the 1 carrioning of sound pulses as well as for receiving the echo. On the other hand has been proposed for emitting high frequency vibrations at such Systems a magnetostriction transmitter and 'for receiving the echo a ge. separates therefrom arranged transducers, also built according to the magnetostriction principle same kind too. use.

Beide Einrichtungen haben eine Reihe von Nachteilen. Wenn man ein und denselben Schwinger zum Aussenden und Empfang benutzt, 'muß man entweder nach der -Aussendung des Schallimpulses eine Umschal- " tung auf Empfang vornehmen oder man muß, wenn die Empfangseinrichtung dauernd mit dem Schwinger verbunden bleibt, besondere Vorkehrungen treffen, um die hohen Spannungen und Leistungen, die beim Senden aufgewendet werden, von der Empfängseinrichtung fernzuhalten. Außerdem ist der Sender nicht sofort als Empfänger benutzbar, da er, wenn er erregt worden ist, eine gewisse Zeit braucht, um auszuschwingen. Bei der anderen bekannten Einrichtung, bei welcher zwei nach dem Magnetostriktionsprinzip gebaute gleichartige, getrennt voneinander angeordnete Schwinger zum Senden und zum Empfangen benutzt werden, besteht die Notwendigkeit, beide Schwinger genau auf die gleiche Schwingungszahl abzustimmen. Dies ist nicht nur kostspielig, sondern auch schwierig durchführbar. Derartige Schwinger verändern überdies infolge äußerer Einwirkungen häufig im Laufe" der Zeit ihre Abstimmung. Wenn aber Sender und Empfänger nicht mehr genau auf die gleiche Schwingung abgestimmt sind, ist die Wirkung solcher Einrichtungen überhaupt in Frage gestellt. Ein nach dem Magnetostriktionsprinzip gebauter Schwinger ist außerhalb seiner Resonanzlage als Empfänger außerordentlich unempfindlich.Both devices have a number of disadvantages. When you are one and the same Oscillator used for sending and receiving, 'one must either after sending of the sound pulse make a switch "to receive" or one must, if the receiving device remains permanently connected to the transducer, special Take precautions to avoid the high voltages and powers that are expended in sending, by the receiving device keep away. In addition, the transmitter cannot be used immediately as a receiver, as it has a certain amount when it has been excited Takes time to settle down. In the other known device, in which two similar, separated from each other, built according to the magnetostriction principle Transducers are used for sending and receiving, there is a need to adjust both transducers exactly to the same number of vibrations. this is not only costly, but also difficult to implement. Modify such transducers moreover, as a result of external influences, often their coordination over time. But if the transmitter and receiver are no longer precisely tuned to the same vibration are, the effectiveness of such facilities is in question. One after The oscillator built according to the magnetostriction principle is outside of its resonance position as Receiver extremely insensitive.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr. Willy Kunze in Bremen,Dr. Willy Kunze in Bremen,

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten zu vermeiden.The present invention has set itself the task of addressing these difficulties avoid.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, bei welcher für die Aussendung der Signale ein Magnetostriktionssender und für den Empfang des Echos ein piezoelektrischer Empfänger benutzt ist. Der Sender wird hierbei, wie es sich leicht durchführen ίο läßt, scharf auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt. Der Empfänger dagegen erhält keine scharfe Abstimmung, sondern einen breiten Empfindlichkeitsbereich, Gegebenenfalls kann der Empfänger aperiodisch sein. Es hat sich gezeigt, daß piezoelektrische Empfänger in sehr kleinen Abmessungen mit guter Empfindlichkeit leicht herstellbar sind, z. B. unter Verwendung von .Rochellesalzkristallen. Derartige Empfänger haben, ohne daß die Ausnutzung der Resonanz notwendig ist, eine gute Empfindlichkeit, namentlich auch für hohe Frequenzen, während im Gegensatz dazu z. B. Empfänger, die nach dem Magnetostriktionsprinzip gebaut sind, nur dann mit gutem Wirkungsgrad verwendbar sind, wenn die Eigenschwingung ausgenutzt wird.According to the invention a device is provided in which for the transmission a magnetostriction transmitter for the signals and a piezoelectric transmitter for receiving the echo Receiver is used. The sender will do this as it is easy to do ίο lets, sharply tuned to a certain frequency. The receiver, on the other hand, does not receive a sharp tuning, but a wide sensitivity range, if necessary, can the receiver will be aperiodic. It has demonstrated that piezoelectric receivers are very small in size with good sensitivity are easy to manufacture, e.g. B. using. Rochelle salt crystals. Such Receivers have good sensitivity, especially for high ones, without it being necessary to utilize the resonance Frequencies, while in contrast z. B. Receivers that operate on the principle of magnetostriction are built, can only be used with good efficiency if the natural oscillation is exploited.

Wird bei der beschriebenen Einrichtung der Sender erregt, so sendet er einen Schwingungszug bestimmter Frequenz aus. Der Empfänger spricht beim Ankommen dieses Schwingungszuges an, gleichgültig ob die Frequenz des Senders die ursprünglich vorgesehene geblieben ist oder sich nach oben oder unten hin geändert hat. Ist der Empfänger aperiodisch, so spricht er im Gegensatz zu abgestimmten Gebilden sofort mit voller Stärke an, braucht also -keine Aufschwingzeit. Dies ist bei der Messung kleinster Zeiten, d.h. geringer Tiefen, von besonderer Bedeutung. Der Empfänger kann infolge seiner kleinen Abmessungen leicht an einer für geeignet gehaltenen Stelle eines Schiffes zum Einbau gebracht werden, sei es nun durch direkten Einbau in die Bordwand oder durch Aufhängung in einem mit Wasser gefüllten Behälter.If the transmitter is excited in the described device, it sends a vibration train certain frequency. The recipient speaks when this vibration train arrives, regardless of whether the The transmitter's frequency has remained the originally intended or has increased or changed down below. If the recipient is aperiodic, he speaks in the opposite to matched structures immediately with full strength, so it does not need any swing-up time. This is of particular importance when measuring very short times, i.e. shallow depths. The recipient can as a result its small dimensions can easily be brought to a place on a ship deemed suitable for installation, be it now through direct installation in the ship's side or through suspension in one with water filled container.

Erfindungsgemäß ist es weiter zweckmäßig, den Magnetostriktionssender so zu bauen, daß er eine scharfe Rieht wirkung besitzt, so daß go der erzeugte Schall im wesentlichen senkrecht nach unten ausgestrahlt wird. Für den Empfänger dagegen ist es zweckmäßig, die Richtwirkung nur gering zu machen bzw. ganz zu .vermeiden, denn es hat sich bei den bisher bekannten Einrichtungen, die mit scharfgerichteten Sendern und scharfgerichteten Empfängern arbeiteten, gezeigt, daß häufig bei schlingerndem Schiff oder geneigtem Meeresboden das Echo gar nicht den Empfänger zu erregen vermag, weil die Riehtung, aus der das Echo kommt, nicht in den Bereich der Richtwirkung des Empfängers fällt.According to the invention, it is also useful to build the magnetostriction transmitter so that he has a sharp Richt effect, so that the sound generated go essentially perpendicular broadcast downwards. For the recipient, on the other hand, it is useful to adjust the directional effect to make only a little or to avoid completely, because it has been with the so far well-known facilities with focused transmitters and focused Receivers worked, shown that often when the ship was lurching or tilted Seabed, the echo is unable to excite the receiver because the direction from which the echo comes does not fall within the range of the directivity of the receiver.

Für die Messung der Zeit zwischen Schallabgang und Rückkehr des Echos und für die Anzeige des Abstandes, z. B. der Tiefe an einer Skala, kann irgendeine der bekannten Einrichtungen verwendet werden.For measuring the time between sound departure and return of the echo and for the display of the distance, e.g. B. the depth on a scale, can be any of the known Facilities are used.

Der Magnetostriktionssender wird zweckmäßig durch einen Gleichstromimpuls bzw. durch die Entladung eines Kondensators erregt. Der piezoelektrische Empfänger seinerseits ist über eine Verstärkungseinrichtung mit dem Anzeigegerät verbunden. Durch Einschaltung elektrischer Siebmittel kann dafür gesorgt werden, daß niederfrequente Störschwingungen ausgeschieden werden.The magnetostriction transmitter is expediently powered by a direct current pulse or excited by the discharge of a capacitor. The piezoelectric receiver in turn is connected to the display device via an amplification device. By switching on electrical screening means can be ensured that low-frequency interfering vibrations be eliminated.

Außer für die Tiefenmessung, d. h. mit Schallsendung in vertikaler Richtung, kann der Erfindungsgedanke auch angewendet werden bei Schallsendung in horizontaler Richtung, z. B. wenn es sich um die Auffindung unsichtbarer Objekte und um deren Abstandmessung handelt.Except for depth measurement, i.e. H. with sound transmission in the vertical direction, can the concept of the invention can also be used for sound transmission in the horizontal direction, z. B. when it comes to finding invisible objects and measuring their distance acts.

Die Einrichtung eignet sich insbesonere für das Gebiet des Unterwasserschalles.The device is particularly suitable for the area of underwater noise.

Claims

Patent claims:

ι. Device for distance measurement according to the echo method using sound waves, whose frequency is close to or above the hearing limit, characterized in that that a magnetostriction transmitter for the emission of the sound and a piezoelectric transmitter for the reception of the echo Receiver is used.

2. Device according to claim 1, characterized characterized in that the magnetostrictive transmitter is sharply focused on a particular one Frequency 'is tuned while the piezoelectric receiver is set up for a wide range of sensitivity or made aperiodic.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the magnetostrictive Transmitter for a sharp directional effect, the piezoelectric receiver on the other hand, it is non-directional or is set up for only low directivity.