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Verfahren und Einrichtung zur Schwächung oder vollständigen Unterdrückung
der Anzeige von Störechos in Echolotanlagen Es ist bekannt, Tiefen und Entfernungen
nach Aussendung von Schallimpulsen sonorer oder ultrasonorer Frequenz und durch
Messung der Luftzeitdifferenz dieser Impulse zu bestimmen Es zeigt sich nun, daß
die Impulse nicht nur von den beispielsweise im Wasser schwimmenden festen Gegenständen,
deren Entfernung bzw. Tiefe bestimmt werden soll, reflektiert werden, sondern daß
Reflexionen auch an Grenzflächen von Wasserschichten verschiedener Dichte und/oder
versdiednen spezifischen Gewichts oder an sonstigen Inhomogenitäten im Wasser auftreten.
Werden beispielsweise von einem bestimmten Ort in einer bestimmten Richtung mehrere
Impulse ausgesendet, so werden verschienen e Echos zurückkommen, die e teilweise
etwa von einem schall reflektierenden, seine Lage beibehaltenden Körper herrühren,
zum anderen Teil aber auch von Wasserschichten verschiedener Dichte. Die vom festen,
seine Lage bezüglich des Schallsenders während der Lotdauer beibehaltenden Körper
reflektierten Schallwellen werden beispielsweise an einem optischen Anzeigegerät
immer an ein und derselben Stelle der Entfernungsskala beispielsweise durch Aufleuchten
eines Lichtzeigers angezeigt.
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Die in den Wasserschichten verschiedener Dichte reflektierten Echos
werden nicht immer an derselben Stelle der Entfernungsskala des optischen Anzeigegeräts
erscheinen, da sich
die Grenzflächen zwischen TiETasserschichten
verschiedener Dichte bzw. verschiedenen Genichts schnell und beliebig ändern. Die
von mehreren in gleicher Richtung nacheinander ausgesandten Impulsen herrührenden
Echos werden also auf der Entfernungsskala heispielsweise eines optischen Anzeigegeräts
mit Lichtzeiger ein strahlenförmiges Bild erzeugen, wobei die Strahlen, mit Ausnahme
eines einzigen, ihre Lage bei jedem weiteren Impuls verändern. Der Strahl, der seine
Lage für jeden Impuls beibehält, gibt nun die Entfernung des gesuchten schallreflektierenden
Gegenstandes an. Die übrigen Strahlen rühren also von Störechos oder von im Wasser
beispielsweise durch Fahrzeuge erzeugten Störungen her. Es ist nun für den Beobachter
der Entfernungsskala des Anzeigegeräts sehr schwer, aus der Vielzahl von Lichtblitzen
den richtigen herauszufinden.
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Es ist nun bereits eine Einrichtung für Echolotanlagen vorgeschlagen
worden, bei deren Anwendung eine gewisse Hervorhebung der reellen Echos gegenüber
den Störungen, vorzugsweise bei akustischer Anzeige. erzielt wird. Diese Einrichtung
besteht in einem Stoßkreis als Erreger für die Schallsender, der für jede Lotung
mehrere kurz aufeinander folgende Impulse abgibt. Durch Aussenden dieser kurz auf-einander
folgenden Impulse ergibt sich eine signalartige Ediofolge. die sich aus dem Störnebel
genügend deutlich heraushören läßt. Dadurch wird zwar der Stoßkreis als Erreger
der Schallsender auch für große Tiefen verwendbar gemacht, eine eigentliche Abschwächung
oder vollständige Unterdrückung der Störungen ergibt sich jedoch bei dieser Einrichtung
nicht, so daß bei Verwendung eines optischen Anzeigegeräts mit umlaufender Licbtschleuse
oder Glimmlampe ebenfalls wieder eine Vielzahl von Lichtblitzen auftritt.
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Dieser Nachteil wird durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung
und durch Einrichtungen zurVerwirlilichung dieses Verfahrens vermieden.
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Das Verfahren nach der Erfindung zur Schwächung oder vollständigen
UTnterdrückung der Anzeige von Störechos in Echolotanlagen durch Aussenden zweier
oder mehrerer Lotimpulse für jede Entfernungs-bzw. Tiefenmessung besteht darin,
daß die Echos dieser Lotimpulse nach erfolgter Verstärkung entweder nach einer dem
zeitlichen Abstand der verschiedenen Lotimpulse vom letzten Impuls entsprechenden
Verzögerung gleichzeitig, also als Summe, oder ohne Verzögerung, aber mit vergrößerter
Anzeigedauer zur Anzeige gebracht werden, wobei die vergrößerte Anzeigedauer derart
bemessen wird, daß sie etwas größer als die Dauer einer aus zwei oder mehreren Lotimpulsen
bestehenden Lotung ist, so daß also ebenfalls die Summe der Echos während einer
subjektiv bemerkbaren Zeit angezeigt wird.
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Dieses Verfahren nach der Erfindung sei an Hand der Abb. I näher
erläutert. Die von einem Lotimpuls ausgelösten Echos seien dargestellt durch die
Kurve a der Abb. I. Das Echo, das von dem gesuchten Gegenstand erzeugt worden ist,
sei E. An einer beliebigen Stelle des Impulsweges sei an einer Trennungsschicht
zwischen Wassermassen verschiedener Dichte ein Störecho N erzeugt worden. Ein im
bestimmten Zeitabstand dem ersten Impuls folgender weiterer Impuls erzeuge eine
Echoserie, wie sie die Kurve b darstellt. Es sind in dieser Kurve wieder N die Störechos,
E das Hauptecho Schließlich werde noch ein dritter Impuls ausgesandt, der die Echoserie
c erzeugt. Wird nun vorausgesetzt, daß während der Dauer der aus drei Impulsen bestehenden
Lotung sich I die Entfernung und die Richtung des schallreflektierunden Gegenstandes
nicht geändert hat, so werden die Hauptechos stets aus derselben Entfernung kommen,
während die Nebenechos aus verschiedenen Entfernungen kommen, da sie, wie oben schon
erläutert, statischen Gesetzen unterworfen sind. Verzögert man nun die Echoserien
a. und b des ersten bzw zweiten Impulses bis zur Ankunft der Echoserie c des letzten
Impulses, so addieren sich die Hauptechos, aber nicht die Nebenedios. Alaun erhält
danil eine Echokurve d, aus der ersichtlich ist, daß man sich eine der Zeitachse
parallele Linie e denken kann, die oberhalb aller Störechos, aber unterhalb des
Höchstwertes der summierten Hauptechos liegt, d. h. man kann das Anzeigeorgan einer
Echolotanlage derart einregulieren, daß es nur auf einen Impuls anspricht, dessen
Intensität größer ist als die größtmögliche Intensität eines Störechos. Es ist selbstverständlich,
daß dieses Verfahren auch bei Aussendung von zwei oder auch mehr als drei Impulsen
anwendbar ist.
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In Abb. 2 sei eine Einrichtung zur Vertvirklichung dieses Verfahrens
beispielsweise dargestellt. Es ist I ein Empfänger, der über einen Verstärker 7
mit dem Steuerorgan 3 eines Anzeigegeräts 4 verbunden ist. Zwischen Verstärker 2
und Steuerorgan 3 ist ein Kondensator 5 eingeschaltet. Parallel zu diesem Kondensator
5 liegen Verzögerungsglieder 6 und 6', deren Anzahl sich nach der um eins verminderten
Zahl der ausgesandten Lotimpulse richtet. Das Verzögerungsglied 6 ist dabei derart
bemessen, daß es jedes Echo um einen dem zeitlichen Abstand des zweiten vom letzten
Impuls entsprechenden Betrag verzögert. Das Verzögerungsglied 6'ist derart bemessen,
daß es jedes Echo um einen dem
zeitlichen Abstand des ersten vom
letzten Impuls entsprechenden Betrag verzögert. Diese Verzögerungsglieder 6 und
6' sind über einen Kondensator 7 an die direkte Leitung zwischen Verstärker 2 und
Steuerorgan 3 angeschlossen. Das Steuerorgan 3 des optischen Anzeigegeräts 4 der
Echolotanlage ist dabei derart einreguliert, daß es nur auf einen Impuls anspricht,
dessen Intensität größer als die größtmögliche eines Störechos ist.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen Von dem Impulsgeber der Echolotanlage
seien drei Impulse ausgesandt worden, von denen jeder eine Echoserie hervorruft.
Das erste Echo wird vom Empfänger I aufgenommen, im Verstärker 2 verstärkt und über
den Kondensator 5 dem Steuerorgan des Anzeigegeräts zugeführt. Das Steuerorgan spricht
abef auf diesen Impuls noch nicht an. Der Kondensator 5 entlädt sich über einen
Entladungswiderstand. Der vom ersten Echo ausgelöste Impuls wird aber gleichzeitig
noch über das Verzögerungsglied 6 und über das Verzögerungsglied 6' dem Steuerorgan
3 zugeführt. Bei Ankunft des zweiten Echos treffen also am Steuerorgan 3 das zweite
Echo und das im Verzögerungsglied 6 verzögerte erste Echo zusammen. Die Summe dieser
beiden Echointensitäten reicht ebenfalls noch nicht zur Auslösung des Steuerorgans
3 aus. Das geschieht erst bei Ankunft des dritten Echos.
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Hat nämlich das dritte Echo den Kondensator 5 aufgeladen, so ist gleichzeitig
über das Verzögerungsglied 6' das Echo des ersten Impulses und über das Verzögerungsglied
6 das Echo des zweiten Impulses angekommen. Der Kondensator 5 besitzt also eine
Ladung, die der Summe der Intensitäten der drei Echos entspricht. Diese Summe reicht
aus zur Steuerung des Steuerorgans 3, und das Anzeigeinstrument 4 wird erregt.
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Bei der Aussendung von n Lotimpulsen sind also zwischen Verstärker
2 und Steuerorgan n Leitungen vorzusehen, von denen fl-I je ein Verzögerungsglied
enthalten. Die n-I Verzögerungsglieder sind sinngemäß zu bemessen.
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Eine weitere Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens nach der
Erfindung besteht darin, daß die Entfernungsskala des optischen Anzeigegeräts mit
einer durchscheinenden Leuchtfarbe bestrichen wird, und zwar wird eine Leuchtfarbe
gewählt, deren Halbwertszeit der Nachleuchtdauer etwas größer als die Dauer einer
aus zwei oder mehr Impulsen bestehenden Lotung ist. Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Es werden zwar Störechos und Hauptechos angezeigt, aber da die Hauptechos immer
wieder an ein und dieselbe Stelle der Skala fallen, wird sich die Intensität des
Lichtzeigers an dieser Stelle bei Ankunft jedes weiteren Impulses verstärken, so
daß also auf der Entfernungsskala eine Reihe nachleuchtender Lichtblitze erscheinen,
von denen sich einer infolge seiner beÜeutend stärkeren Intensität deutlich heraushebt.
Dieser hervorgehobene Li chtzeiger gibt also jetzt die Entfernung des gesuchten
schallreflektierenden Gegenstandes an.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann nun auch derart abgeändert
werden, daß die Echos sämtlich entweder auf gleiche Amplituden verstärkt oder in
Impulse gleicher Intensität umgewandelt werden. Dieses abgeänderte Verfahren sei
an Hand der Abb. 3 näher erläutert.
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Zwei Lotimpulse erzeugen beispielsweise die Echoserie a und b. Die
Hauptechos sind wieder mit E bezeichnet, die Nebenechos mit N. Wird das Hauptecho
des ersten Impulses bis zur Ankunft des zweiten Impulses verzögert, so addieren
sich die Intensitäten der Hauptechos, aber nicht die der Nebenechos. Werden nun
Haupt- und Nebenechos untereinander und auch bezüglich der beiden Serien auf gleiche
Intensität verwandelt, so muß die Summe der Intensität der Hauptechos stets und
unbedingt größer sein als das größtmögliche Nebenecho.
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Eine Einrichtung zur Verwirklichung dieses abgeänderten Verfahrens
nach der Erfindung ist beispielsweise in Abb. 4 dargestellt. Es sind I der Empfänger,
2 der Verstärker, 3 das Steuerorgan des Anzeigegeräts 4. Zwischen Verstärker 2 und
Steuerorgan 3 liegt wieder der Kopplungskondensator 5 mit den parallel geschalteteten
Vefzögerungsgliedern 6 und 6', die über den Kondensator 7 an das Steuerorgan 3 angekoppelt
sind. Zwischen dem Verstärker 2 und der Serie der Verzögerungsglieder 6, 6' ist
ein dampf- oder gasgefülltes Entladungsgefäß 8 eingeschaltet, das über den Kopplungskondensator
g mit dem Verstärker 2 gekoppelt ist. Parallel zur Strecke Anode-Kathode des Entladungsgefäßes
8 liegt ein Kondensator I0, der von einer Batterie ii aufgeladen wird und sich im
Augenblick der Ankunft eines Echoimpulses über das Entladungsgefäß 8 entlädt. Die
stets konstante Entladungsmenge des Kondensators 10 wird also jetzt über den Kondensator
5 und über die Verzögerungsglieder 6 und 6' dem Steuerorgan 3 mitgeteilt, das wieder
derart bemessen ist, daß es nur auf eine Summe von Echointensitäten anspricht. Bei
dieser Einrichtung werden also zunächst alle Echos in Impulse gleicher Intensität
umgewandelt.
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Eine andere Einrichtung zur Venvirklichung dieses abgeänderten Verfahrens
nach der Erfindung ist in Abb. 5 beispielsweise dargestellt. Bei dieser Einrichtung
werden alle ankommenden Echos bis auf gleiche Amplituden verstärkt. Die Verstärkung
der aus verschiedenen
Entfernungen ankommenden Echos erfolgt umgekehrt
proportional zu ihrer von der Entfernung abhängigen Intensität. In Abb. 5 ist 1
der Empfänger, der über den Verstärker 2, die Kopplungskondensatoren 5 und 7 und
die Verzögerungsglieder 6 und 6' mit dem Steuerorgan 3 des Anzeigegeräts 4 verbunden
ist. Auf der Welle 12 des umlaufenden Teils des Anzeigegeräts ffi ist der Abgriff
I3 eines zweckmäßig ringförmig ausgebildeten Potentiometers 14 befestigt. Der Abgriff
I3 ist derart orientiert, daß er stets parallel zu dem umlaufenden Zeiger liegt.
Von dem Abgriff I3 führt eine Leitung zu den Gittern der Verstärkerröhren. Bei Drehung
des Potentiometers werden also den Gittern der Verstärkerröhren stetig veränderliche
Spannungen zugeführt, so daß sich der Verstärkungsgrad entsprechend der zunehmenden
Entfernung des schallreflektierenden Gegenstandes vergrößert. Mit dem ringförmigen
Potentiometer 13 und 14 ist zweckmäßig ein weiteres feststehendes Potentiometer
verbunden, das gestattet, große und langanhaltende Störungen der Schalleitfähiglreit
des Wassers zu berücksichtigen. Dieses Potentiometer wird also beispielsweise dann
notwendig sein, wenn sich das die Anlage tragende Schiff aus einer warmen Äkeresströmung
in eine kalte oder umgekehrt begibt.
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Die LIaßnahme, die ankommenden Echos umgekehrt proportional zu ihrer
mit der Entfernung abnehmenden Intensität zu verstärken, ist neu und mitunter für
sich allein auch zum Lösen der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
verwendbar.
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Dieser Niiaßnahme kommt also als selbständigem Element ein besonderer
Schutz zu.
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Das Verfahren nach der Erfindung und die Einrichtungen zur Verwirklichung
dieses Verfahrens sind selbstverständlich anwendbar für alle Lotanlagen, sowohl
für solche, die im Wasser, als auch für solche, die in anderen Medien, wie beipidsweise
in Luft oder im Erdboden, arbeiten. Es ist auch durchaus nicht auf Echolotanlagen
beschränkt, die ein optisches Anzeigegerät mit umlaufendem Lichtzeiger besitzen.
Es ist auch anwendbar für Echolotanlagen mit akustischer Anzeiger bei denen die
Entfernung optisch abgelesen wird.
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Es ist auch möglich, das Verfahren nach der Erfindung für eine rein
akustische Anzeige zu verwenden, indem man nämlich das akustische Anzeigegerät derart
ausbildet, daß es nur auf die Summe der Echointensitäten anspricht, die größer ist
als das größtmögliche Störecho.
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An Stelle des als Steuerorgan wirkenden dampf- oder gasgefüllten Entladungsgefäßes
kann natürlich jedes andere an sich bekannte und verwendbare bzw verwendete Steuerorgan
treten.
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Als Verzögerungsglieder können alle an sich bekannten Verzögerungseinrichtungen
verwendet werden, wie z. B. elektrische, mechanische, magnetische oder sonstige
Verzögerungsglieder.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Verzögerungsglieder
zeigt Abb. 6. In der Empfangseinrichtung der Echolotanlage sind zwei in einem bestimmten
Abstand voneinander angeordnete, drehbare Rollen 15 und I6 vorgesehen, von denen
eine Rolle oder eventuell auch beide von einem nicht näher dargestellten Motor,
dessen Umdrehungsgeschwinditgkeit von einem l ; Kurzzeitmesser gesteuert wird, mit
konstanter Geschwindigkeit gedreht werden. Uber diese beiden Rollen 15 und I6 ist
ein in sich geschlossenes magnetisierbares Band 17 gelegt, das sich durch eine Magnetisierspule
IS und mehrere Abtastspule I9, 19' hindurehbewegt. Die Zahl der Abtastspulen richtet
sich dabei nach der um eins verminderten Zahl der für eine Lotung ausgesendeten
Lotimpulse. Der Abstand zweier benachbarter Spulen und die lttmlaufgeschwindigkeit
des Bandes 17 werden derart bemessen, daß die von der WIagnetisierungsspule 18 magnetisierte
Stelle des magnetisierbaren Bandes sich stets im Augenblick der Ankunft eines weiteren
Echos im Bereich der dem zugehörigen Lotimpuls entsprechenden Ahnahmespule e befindet.
Die Magnetisierungsspule 1g wird von den dem ersten und jedem weiteren Lotimpuls
entsprechenden Echos erregt. Die Abtastspulen I9, 19' entsprechen je einem Verzögerungsglied.
Sie sind also parallel zueinander und zum Kopplungskondensator 5 geschaltet und
über den Kopplungskondensator 7 mit dem Steuerorgan 4 des Anzeigegeräts verbunden.
Das magnetisierbare Band I7 bewegt sich außerdem noch durch eine Entmagnetisierungsspule
20, die außerhalb des Bereichs der Spulen I8, I9, I9' usw. angeordnet ist. Statt
der einpoligen Ausbildung der Spulen kann selbstverständlich auch eine zweipolige
gewählt werden.
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Die aus einem umlaufenden magnetisierbaren Band einer AIagnetisierungsspule,
einer Abnahmespule und einer Entmagnetisierungsspule bestehende Einrichtung ist
an sich bekannt. Die Anordnung mehrerer Abnahmespulen auf einem gemeinsamen magnetisierbaren
Band ist jedoch neu und in Verbindung mit dem Verfahren und den Einrichtungen zur
Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung deshalb besonders zweckmäßig und
vorteilhaft, weil sie die NIöglichkeit gibt, mehrere Verzögerungsglieder gleichzeitig
in einfachster Weise in einem Gerät zu vereinigen. Dieser Einrichtung kommt also
als Erfindungselement besonderer Schutz zu.