DE736654C

DE736654C - Device for receiving and determining the direction of noise, especially in water

Info

Publication number: DE736654C
Application number: DEA73323D
Authority: DE
Inventors: Dr Willy Kunze
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1934-06-02
Filing date: 1934-06-02
Publication date: 1943-06-24

Description

Einrichtung für den Empfang und die Richtungsbestimmung von Geräuschen, insbesondere in wasser Es ist bereits vorgeschlagen worden, für den Empfang und die Richtungsbestimmung von Geräuschen, insbesondere in Wasser, eine in dem Geräuschspelitrum enthaltene hochfrequente Komponente, insbesondere eine solche, die oberhalb der Hörgrenze liegt, für den Nachweis und die Bestimmung der Richtung des Geräusches zu benutzen. Es ist auch bereits bekannt, daß man für solche Ultraschallzwecke Empfangseinrichtungen verwendet, die nach dem Magnetostriktionsprinzip arbeiten.Device for receiving and determining the direction of noises, especially in water it has already been proposed for reception and the directional determination of noises, especially in water, one in the noise spectrum contained high-frequency component, especially one that is above the Hearing limit lies, for the detection and the determination of the direction of the noise to use. It is also already known that receiving devices are used for such ultrasonic purposes used, which work on the principle of magnetostriction.

Die Erfindung betrifft eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung eines solchen magnetostriktiven Schwingers für diese Zwecke. The invention relates to a particularly useful embodiment of a such magnetostrictive oscillator for these purposes.

Erfindungsgemäß sind bei einer Einrichtun für den Empfang und die Richtungsbestimmung von Gcräuschen, insbesondere in Wasser, unter Verwendung von Magnetotriktionsschwingern, die aus einem Paket aufeiandergeschichteter, für die Aufnahme von Wicklungen durchbrochener Bleche bestehen, die einzelnen geradlinig verlaufenden streifenförmigen Bleche in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Schwingungsrichtung groß im Verhältnis zu ihrer Breite, gemessen in der Schwingungsrichtung, (ein Mehrfaches der Breite) und so zu einem Paket aufeinandergeschichtet, daß zwei ebene streifenförmige Endflächen senkrecht zur Schwingungsrichtung entstehen, wobei die Längsausdehnung des Paketes so groß und seine Dicke so klein ist, daß im wesentlichen nur in der Ebene senkrecht zur Längsausdehnung des Paketes die Richtcharakteristik der Einriclltung für die zum Empfang ausgenutzten hohen Frequenzen des Geräusches zusammcngedrängt ist. Die eine Seite des Paketes ist dabei der Einwirkung der Schallwellen ausgesetzt, während die gegenüberliegende Fläche und gegebenenfalls auch die- übrigen Flächen des Paketes der Einwirkung der Schallwellen entzogen sind. According to the invention are in a device for the reception and the Determination of the direction of noise, especially in water, using Magnetotriction oscillators, which come from a stack of stacked packages, for the There are recordings of windings of perforated sheets, the individual rectilinear extending strip-shaped sheets in their extension perpendicular to the direction of vibration large in relation to its width, measured in the direction of oscillation, (a multiple the width) and stacked to form a package that two flat stripes End faces arise perpendicular to the direction of oscillation, with the longitudinal extent of the package is so large and its thickness so small that essentially only in the The directional characteristic of the device is perpendicular to the longitudinal extension of the package for the high frequencies of the noise used for reception is. One side of the package is exposed to the action of sound waves, while the opposite surface and possibly also the other surfaces of Package are withdrawn from the action of the sound waves.

Durch die Erfindung wird von der in der Literatur niedergelegten theoretischen Erkenntnis, wonach für flächenförmige Schallstrahler von der Art einer Kolbenmembran lie Schärfe der Richtwirkung von dem Verhältnis der Ausdehnung der Fläche in einer bestimmten Richtung abhängt, für den Sonzerfall der magnetostriktiven Strahler Gebrauch gemacht. The invention is different from that laid down in the literature theoretical knowledge, according to which for planar sound emitters of the type a Piston diaphragm let sharpness of the directivity from the ratio of the extent of the Area depends in a certain direction, for the sonic decay of the magnetostrictive Made use of spotlights.

Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird nicht nur eine besonders einfache und cl ilter rasch herzustellende und besonders billige Bauart einer Einrichtung für den Empfang und die Richtungsbestimmung von @erauschen geschaffen, sondern diese Ein-@chtung ist trotz ihrer besonders klein gehaltenen Abmessungen ausreichend wirksam, Beim Geräuschempfang und der Richtungslcestimmung von Geräuschen im NVasser handelt es sich nämlich darum, in einer horizontal ausgebreiteten Mediumschicht von verhält-@ismäßig geringer Dicke zu empfangen. Die Richtschärfe ist deshalb in einer Ebenesenk-@echt zur Wasseroberfläche bereits eingechränkt und braucht demgemäß durch die besondere Bauart und Mittel des Empfängers nicht besonders eingeschränkt werden. Mit @nderen Vorten: Der Empfänger braucht in dieser Ebene senkrecht zur Wasseroberfläche keine besondere Richtschärfe aufzuweisen. l)agegen ist es erforderlich, in der Horizonuaiebene eine möglichst große Peilschärfe zu erreichen. The device according to the invention not only makes one special simple and easy to manufacture and particularly cheap type of facility created for receiving and determining the direction of @ noise, but this one In spite of its particularly small dimensions, compliance is sufficiently effective, The noise reception and the directional tuning of noises in the water namely, in a horizontally spread medium layer of proportional receive small thickness. The directivity is therefore lower @ real in a plane already restricted to the water surface and therefore needs due to the special The type and means of the receiver are not particularly restricted. With @other Advantages: The recipient does not need any in this plane perpendicular to the water surface to have special directivity. l) on the other hand, it is necessary in the horizonua level to achieve the greatest possible DF sharpness.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung ist es möglich, mit einem einzigen einheitlichen Empfangskörper von außer'ordentlich geringer Ausdehnung auszukommen. Dies wird erreicht einmal durch Verwendung von Ultraschallwellen und andererseits dadurch, daß dem Empfangskürper lediglich in der Richtung, in der die Richtcharakteristik zusammengedrängt werden soll, eine bestimmte Ausdehnung gegeben wird. Der Empfangskörper kann dagegen in den anderen Richtungen beliebig klein gehalten werden. Auf diese Weise entsteht erfindungsgemäß ein Empfangskörper, der eine schmale streifenförmige Empfangsfläche besitzt, die in der einen Richtung wenige Zentimeter, in der anderen Richtung einige Dezimeter groß ist. Dieses Gerät ist ferner bei gleicher Leistung wie die großen Gruppenhorchanlagen ortsbeweglich und kann daher auf kleinen und kleinsten Fahrzeugen Verwendung finden. In the device according to the invention, it is possible with a single uniform receiving body of extremely small extent. This is achieved on the one hand by using ultrasonic waves and on the other hand in that the receiving body only in the direction in which the directional characteristic is to be compressed, a certain expansion is given. The receiving body can, however, be kept as small as desired in the other directions. To this According to the invention, a receiving body is created which has a narrow strip-like shape Receiving area has a few centimeters in one direction and a few centimeters in the other Direction is a few decimeters tall. This device is also at the same performance Like the large group listening systems, it is mobile and can therefore be used on small and the smallest vehicles are used.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise und schematisch veranschaulieht. Es stellt dar: Fig. 1 eine schaubildliche Anordnung einer Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine ebensolche Ansicht nach einer etwas anderen Ausführungsform, Fig. 3 einen Teil einer solchen Einrichtung in einer weiteren Ausführungsform in größerem Maßstab, Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele der Anbríngungsmöglichkeiten an einem Schiff, Fig. 6 einen waagerechten Schnitt durch einen Schiffskörper an der Steile des Einbaues der Einrichtung nach der Erfindung nach einer besonderen Anordnung. The device according to the invention is in the accompanying drawing exemplified and illustrated schematically. It shows: FIG. 1 a diagrammatic view Arrangement of a device according to the invention, Fig. 2 is a similar view a somewhat different embodiment, Fig. 3 shows a part of such a device in a further embodiment on a larger scale, Figs. 4 and 5 show examples the mounting options on a ship, FIG. 6 shows a horizontal section by a hull on the site of the installation of the device according to the invention according to a special arrangement.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Vielzahl von Blechstreifen 1, deren Länge groß zur Breite ist, zu einem Paket 2 aufeinandergeschichtet, dessen Dicke ebenfalls klein zur Länge ist. Bei einer beispielsweisen *Ausführungsform ist z. B. die Länge des Paketes ungefähr 5 dm, die Breite ungefähr Scm und die Dicke des Paketes nur wenige, z. B. As can be seen from Fig. 1, a plurality of sheet metal strips 1, whose length is large to the width, stacked to form a package 2, the Thickness is also small to length. In an exemplary * embodiment is z. B. the length of the package about 5 dm, the width about Scm and the thickness of the package only a few, e.g. B.

I bis 2 cm.I to 2 cm.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist um das Paket ein isolierter kräftiger Leiter 3 in z,vei Windungen 4 und 5 herumgelegt, und zwar derart, daß die Windungsfläche parallel zu der schallaufnehmenden Fläche des Paketes steht. Die schallaufnehmende Fläche ist mit a angedeutet. Erfindungsgemäß ist nur diese Fläche der Einwirkung der Schallwellen ausgesetzt, während die gegenüberliegende Fläche und gegebenenfalls auch die übrigen Flächen des Paketes der Einwirkung der Schallwellen entzogen sind. In the embodiment of Fig. 1 is an isolated around the package strong conductor 3 in z, four turns 4 and 5 put around, in such a way that the winding surface is parallel to the sound-absorbing surface of the package. The sound-absorbing surface is indicated by a. Only this is according to the invention Surface exposed to the action of sound waves while the opposite Area and possibly also the other areas of the package of the action of the Sound waves are withdrawn.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Bleche des Paketes quer zur Längsrichtung des Empfangskörpers mit einer Vielzahl von Nuten 6 versehen, so daß parallel zueinander liegende Stege 7 entstehen, die an ihren beiden Enden durch das Material der Blechstreifen miteinander verbunden sind. Durch diese Blechstreifen ist in beliebiger Weise ein Leiter 8 hindurchgeführt, sei es in der in Fig. 2 dargestellten Weise oder z.lS. in der Weise, daß der Leiter jeden Steg mehrmals umgibt und sodann zu dem anderen Steg weitergeleitet ist. In the embodiment of FIG. 2, the sheets of the package are transverse provided with a plurality of grooves 6 to the longitudinal direction of the receiver body, see above that parallel webs 7 arise, which through at both ends the material of the sheet metal strips are connected to one another. Through these sheet metal strips a conductor 8 is passed through in any manner, be it in the one shown in FIG Way or z.lS. in such a way that the conductor surrounds each web several times and then is forwarded to the other jetty.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unter scheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch. daß die Nuten 6 an der den Schallwellen ausgesetzten Fläche a des Empfangskörpers in Schlitze 9 enden, so daß die einzelnen Stege 7 selbständige Schwinger bilden. Diese können mit voneinander unabhängigen Leitern 8a versehen werden, von denen der Einfachheit halber nur zwei gezeichnet sind. Die Eigenschwücgung der Stege ist hedüigt durch ihre Länge und wird zweckmäßig so gewählt, daß sie oberhalb der Ilörgrenze liegt. The embodiment of FIG. 3 differs from that of FIG. 2 thereby. that the grooves 6 on the surface exposed to the sound waves a of the receiving body end in slots 9 so that the individual webs 7 form independent transducers. These can be provided with independent conductors 8a, of which only two are drawn for the sake of simplicity. The natural curvature of the webs is hedüigt by its length and is expediently chosen so that it is above the limit of noise lies.

Die der Sdiallaufnalcme gegenüberliegende Seite des Paketes kann als große Masse ausgebildet werden, so daß die Kopplung zwischen benachbarten Stegen gering ist. The side of the package opposite the Sdiallaufnalcme can be designed as a large mass, so that the coupling between adjacent webs is low.

Dic Einrichtungen nach den Fig. 1 bis @ wirken in folgender Weise: Treffen Schallwellen einer Geräuschquelle auf die streifenförmige Empfangsfläche, so erregen die hochfrequenten Komponenten. die im Geräuschspektrum enthalten sind, den Empfangskörper zu hochfrequenten Schwingungen entsprechend seiner Empangscharakteristik. Hierdurch werden in der Wicklung durch magnetostriktive Wirkung Ströme induzielt, die über einen Verstärker und gegebenenfalls Gleichrichter oder Überlagerer einer Anzeigevorrichtung zugeführt werden. The devices according to FIGS. 1 to @ act in the following way: If sound waves from a noise source hit the strip-shaped receiving surface, so excite the high frequency components. which are contained in the noise spectrum, the receiving body to high-frequency vibrations according to its reception characteristics. As a result, currents are induced in the winding through a magnetostrictive effect, the via an amplifier and possibly a rectifier or superimposed one Display device are supplied.

Die Phase der einzelnen senkrecht zur Längsachse des Empfangskörpers schwingenden Teile der Blechstreifen ist je nach der Richtung der auftreffenden Schallwellen verschieden und kann durch Drehung des Empfangskörpers oder elektrische Kompensation ausgeglichen werden, so daß sich bei der Überlagerung der Schwingungen in bekannter Weise ein Maximum der Wirkung ergibt. The phase of each perpendicular to the longitudinal axis of the receiving body vibrating parts of the sheet metal strip is depending on the direction of the hitting Sound waves different and can be caused by rotation of the receiving body or electrical Compensation to be balanced, so that when the vibrations are superimposed gives a maximum of the effect in a known manner.

Wenn ein solcher Empfangskörper drehbar gelagert wird, so bildet er eine Drehbasis für die Richtungsbestimmung der Geräusche. If such a receiving body is rotatably mounted, it forms he a rotating base for determining the direction of the noises.

Der Empfangskörper wird dabei so angeordnct. daß er mit seiner Längsachse in der Schallfeldebene liegt und um eine senkrecht dazu stehende Achse drehbar ist. Dies ist wegen der verhältnismäßig geringen Abmessungen im Gegensatz zu bisher bekannten drehbaren Anordnungen überaus leicht konstruktiv durchzuführen. Bei einer anderen Art des Einbaues wird der Empfangskörper fest in dem Schiffskörper eingebaut, und die Fig. 4 zeigt, daß ein solcher Empfangskörper 10, sei er nun als Drehbasis ausgebildet oder fest in dem Schiffskörper eingebaut, Platz zwischen den Spannten in eines Schiffes findet, so daß an dem Schiffskörper selbst irgendwelche baulichen Veränderungen nicht vorgenommen zu werden brauchen. Die unverhältnismäßig geringe Dicke eines solchen Empfangskörpers crfordert auch nur einen verhältnismäßig schmalen Schlitz in der Bordwand, so daß die richtigen Festigkeitsverhältnisse in der Schiffswandung leicht durch einfache Verstärkungsteile wiederhergestellt werden können.The receiver body is arranged in this way. that he is with his longitudinal axis lies in the sound field plane and is rotatable about an axis perpendicular thereto. This is because of the relatively small dimensions in contrast to previously known rotatable arrangements extremely easy to carry out constructively. With another Type of installation, the receiver body is permanently installed in the hull, and 4 shows that such a receiving body 10, if it is now designed as a rotary base or permanently installed in the hull, space between the spans in a ship finds, so that on the hull itself any structural changes need not be made. The disproportionately small thickness of a such a receiving body crorders only a relatively narrow slot in the side of the ship, so that the correct strength ratios in the side of the ship can be easily restored with simple reinforcement parts.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß der Empfangskörper leicht so eingebaut werden kann, daß die schallaufnehmende Fläche mit der Außenfläche der Außenhaut 12 abschneidet. An der Stelle der Durchbrechung der Außenhaut ist ein Kasten 13 aufgesetzt, der wasserdicht, z. B. unter Zwischenschaltung einer besonderen Dichtung 14, mit der Außenhaut vcrbunden ist. Dieser Kasten kann infolge der geringen Abmessungen der Einrichtung ebenfalls unverhältnismäßig klein und handlich ausgestaltet werden. In Fig. 5 it is shown that the receiving body is easily installed can be that the sound-absorbing surface with the outer surface of the outer skin 12 cuts off. A box 13 is located at the point of opening in the outer skin put on, the waterproof, z. B. with the interposition of a special seal 14, is connected to the outer skin. This box can due to the small dimensions the facility can also be made disproportionately small and manageable.

Ilei einer anderen Ausführungsform ist der Empfangskörper in der Außenhaut weich, z. 13. in Gummi, gelagert, wodurch cs verhintlert wird, daß Geräusche aus der Außenhaut in den Empfangskörper übertragen werden, ferner das freie Schwingen der einzelnen Teile des Empfangskörpers unter allen Umständen gesichert wird. In another embodiment, the receiving body is in FIG Soft outer skin, e.g. 13. in rubber, stored, whereby cs is prevented that noises are transmitted from the outer skin into the receiving body, furthermore the free oscillation the individual parts of the receiver body is secured under all circumstances.

Anstatt den Empfangskörper unmittelbar in die Bordwand einzusetzen, kami auf die Bordwand 12 ein gewölbter oder sonst zweckentsprechend geformter Auf- oder Ausbau 15 von verhältnismäßig kleiner Ausdehnung aufgesetzt werden, in dessen Wand die Fläche des Schwingers so angeordnet ist, daß sie zur Mittschiffsebene des Schiffes eine größere Neigung aufweist, als dies bei unmittelbarem Einbau in die Bordwand möglich ist. Instead of inserting the receiver body directly into the ship's side, kami on the side wall 12 a curved or otherwise appropriately shaped structure or expansion 15 of a relatively small extent are put on, in which Wall, the surface of the transducer is arranged so that it is to the midship plane of the Ship has a greater inclination than when directly installed in the Side wall is possible.

Dies ist in Fig. 6 durch den Empfangskörper 16 veranschaulicht. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Empfangskörper I 6 um den Winkel a eine größere Neigung zur Mittschiffsebene einnimmt, als die Außenhaut an dieser Stclle hat. Hierdurch kann erreicht werden, daß die den Empfangskörper erregenden Schallwellen, insbesondere wenn sie aus der Vorausrichtung A des Schiffes konunen, den Empfangskörper erreichen können, ohne an der Fläche der Außenhaut entlang zu streichen. Hierdurch wird eine sonst auftretende Schwächung des Schalles vermieden.This is illustrated in FIG. 6 by the receiving body 16. It it is readily apparent that the receiving body I 6 is larger by the angle α Inclination to the midship plane assumes than the outer skin has at this point. Through this it can be achieved that the sound waves exciting the receiving body, in particular when they conunen from direction A of the ship, they reach the receiving body can without brushing along the surface of the outer skin. This creates a Otherwise occurring attenuation of the sound avoided.

Es ist selbstverständlich ohne weiteres möglich, eine WIehrzahl von solchen Empfangskörpern oder einzelne selbständige Schwingungsteile eines solchen Empfangskörpers mit einem Kompensator für die Richtungsbestimmung zu verbinden. Ein solcher Empfang körper ist auch verhältnismäßig unemplindlich gegen Explosionen, Alinen- und Wasserbombendetonationen und kann infolge seiner einfachen Bauart mit Bordmitteln gegebenen falls leicht wieder hergestellt werden. It is of course easily possible to add a multiple of such receiving bodies or individual independent vibration parts of such To connect the receiving body with a compensator for determining the direction. Such a receiving body is also relatively insensitive to explosions, Aline and water bomb detonations and, due to its simple design, can with On-board resources can be easily restored if necessary.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Facility for reception and the determination of the direction of sounds, especially in water, using of magnetostriction oscillators, which consist of a stack of stacked packages, for the inclusion of windings of perforated sheets exist. marked by dadurcl, that the individual linearly extending strip-shaped sheets in their extension perpendicular to the direction of oscillation are large in relation to their width, measured in the direction of oscillation (a multiple of the width and thus stacked on top of one another to form a package are that two cbene strip-shaped end faces perpendicular to the direction of oscillation arise, taking the length expansion of the package so big and its Thickness is so small that essentially only in the plane perpendicular to the longitudinal extent of the package, the directional characteristic of the device for the reception used high frequencies of the noise is huddled together.

2. Device according to claim 1, since-Ilurcil characterized in that the I> aket is wrapped around with turns of an electrical conductor. their winding area parallel to the sound-absorbing surface of the package.

3. Device according to claim 1, characterized in that in the I31echstrips expediently at equal intervals from one another transversely to the longitudinal direction of the package grooves (6) are stamped, so that a plurality of parallel to each other lying webs (7) arises, which at both ends through the sheet material are connected to each other.

4. Device according to claims 1 and 3, characterized in that daji the sheet metal of the package on the pins facing the sound-absorbing surface are interrupted by slots, so that the adjacent webs on this side do not have a rigid connection with one another.

5. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that through the grooves around the individual webs a common winding of a electrical conductor is laid.

6. Device according to claims 1 to 4, characterized in that that an independent winding with separate supply and discharge lines is placed around each web is.

7. Device according to claims 1 to 6, characterized in that that the laminated core lies with its longitudinal axis in the sound field plane and around a axis perpendicular to it is rotatable. O.

Device according to claims I to ó, marked. that the laminated core is built into the ship's wall in such a way is that the strip-shaped sound-receiving surface is smooth with the outer surface the hull cuts off while after the interior of the ship to around the package Arranged in a watertight box and connected to the hull of the ship in a watertight manner is.

9. Device according to claim 1 and 8, characterized in that the package soft, e.g. B. with the interposition of rubber in the ship's wall is stored.

10. Device according to claim 1, characterized in that the Receiving body is used in this way in an extension or construction set up on the side of the ship is that the receiving surface has a greater inclination to the midship plane of the ship has than the hull at this point.