DE767260C - Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser - Google Patents

Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser

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DE767260C
DE767260C DEA88449D DEA0088449D DE767260C DE 767260 C DE767260 C DE 767260C DE A88449 D DEA88449 D DE A88449D DE A0088449 D DEA0088449 D DE A0088449D DE 767260 C DE767260 C DE 767260C
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DE
Germany
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transducer
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Expired
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DEA88449D
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English (en)
Inventor
Walter Dr Grandjot
Willy Dr Kunze
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Atlas Werke AG
Original Assignee
Atlas Werke AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/28Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser Die Erfindung bezieht seich auf eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen. von Schall im Wasser, insbesondere von Ultraschall. Dia hierbei verwendetem: Schwinger weisen wegen der endlichen Ausdehnung ihrer Empfangs- bzw. Strahlfläche meist eine mehr oder weniger starke Richtwirkung auf und beherrschen infolgedessen nur einen beschränktem. Winkelbereich.
  • Insbesondere bei Schallsendern, bei denen die Mindestgröße der strahlenden Fläche durch die zu erzielende Schalleistung und die Belastbarkeit der Stra,hlfläche je, Quadratzentimeter vorgeschrieben ist, ergibt sich vielfach eine unerwünschte Einschränkung des Wirkbereiches. Falls zwar die Richtcharakteristik nur in der einen Ebene, z. B. in der Horizontalen von Belang ist, so besteht die Möglichkeit, der Senderfläche eine längliche Form zu geben und ihre Abmessung in der Horizontalen so zu- wählen, daß die Richtcharakteristik in dieser Ebene die gewünschte Breite aufweist. Dieser Ausweg ist jedoch mit dem Nachsteil verbunden, daß die Abmessungen in der anderen Richtung unter Umständen unerwünscht groß werden. Insbesondere bei in das Wasser ausfahrbaren Schwingern ergibt sich hiermit der Nachteil einer großem Bauhöhe und eines entsprechend großen Ausfahrhubes.
  • Bisher hat man sich zur Erzielung eines g;nügend grollen @t'irhbereiches in der Weise geholfen. daß mehrere gegeneinander versetzte Schwinger als Sender oder Empfänger betrieben «-erden. deren Wirkbereich zusammen den vorgeschriebenen Winkelbereich bedecken. Dadurch ergibt sich jedoch eine raumsperrende und verwickelte Bauart. Der erhöhte Platzbedarf macht sich besonders bei Anordnung der Schwinger in einem aus dem Schiff ausfahrbaren Träger nachteilig bemerkbar. weil dort auch die Abmessungen des Trägers entsprechend groß werden, was sowohl einen erhöhten Fahrtwiderstand als auch eine entsprechend schwerere Konstruktion des Trägers zur Folge hat.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. den Wirkbereich der Schwinge°r ohne Veränderung ihrer Flächenmaße und olle- zusätzliche Schwinger wirksam zu verbreitern. Wie Versuche ergehen haben, Iäßt sich eine gewisse Verbreiterung des Wirkbereiches schon dadurch erzielen, daß man den Schwinger mit einer konvex oder konkav gekrümmten Strahl- bzw. Empfangsfläche versieht oder seine einzelnen Teile mit einer entsprechenden Phasenverschiebung erregt. Hierdurch ist eine Verbreiterung jedoch nur in geringen Grenzen möglich. Eine wesentlich wirksamere Verbreiterung läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß bei Verwendung von Schwingern, die zwei nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Sende-bzw. Empfangsflächen aufweisen, einer der beiden Schwiegerflächen ein oder mehrere Reflektoren zugeordnet sind. die durch Ablenkung der Schallwellen den Wirkbereich dieser Fläche so verlagern, date er sich gegebenenfalls unter teilweiser l:Jberlappung an den Wirkbereich der anderen Scliwing;:rfläche anschließt.
  • Es ist zwar schon bekannt, hei \Iagnetostr iktionsschwingern nicht nur die vordere, sondern auch die rückwärtige Schwiegerfläche unter Verwendung eines Reflektors zur Schallabstrahlung auszunutzen. Dabei findet jedoch k2in° Beeinflussung und insbesondere keine Verbreiterung der Richtcharakteristik statt, sondern die von der Rückseite ausgehenden Schallstrahlen «-erden in dieselbe Richtung abgelenkt. wie sie die Schallstrahlen haben. die von der Vorderseite des Schwingers aus-. gehen.
  • Besonders vorteilhaf t läßt sich dieneue Anordnung bei Einbau der Schwinger in einen aus dem Schift ausfahrbaren, insbesondere stromlinienförmigen Träger anwenden. indem die Schwinger mit ihrer einen Fläche in bekannter Weise nach Voraus gerichtet sind und den nach Voraus liegenden Winkelbereich beherrschen, während die der Schiffsschraube zugewandten rückseitigen Schwiegerflächen mit in den Hinterteil des Trägers eingebauten Reflelctorz-ti zusammenwirken, so daß sie. in dein sich an den Vorausbereich anschließenden Steuerbord- bzw. Backbordbereich zur Wirkung kommen. Dadurch ist die bisher unbenutzte hintere Schwingerfläche für den Zweck der Verbreiterung der Riciitcliarakteristik nutzbar gemacht und die -Anordnung zusätzlicher Schwinger für den Steuerbord-und Backbordbereich entbehrlich. Außerdem läßt sich infolge Ausnutzung der hinteren Schwingerfläche die doppelte Sende- tiz«-. Empfangsenergie erzielen. Die neue Einrichtung zeichnet sich somit trotz. verbreiterten Wirkbereiches und verringerter Abmessungen der Gesamtanordnung durch hohe Sendeleistuilg bz«-. Empfangsempfindlichkeit aus.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen stromlinienförmigen Ausfahrkörper mit eingebautem Schwinger 1111 Querschnitt, Fig. 2 die Richtwirkung des Schwingers ohne Reflexionsflächen, Fig. 3 die. Richtwirkung de: Schwingers mit Reflexionsflächen.
  • Ini dargestellten Beispiel ist a ein stabförmig@=r, z. B. nach dem -'#,tagtietostriktionsprinzip wirkender, aus einzelnen Lamellen bestehender Schwinger. Der Schwinger ist in einem aus dem Schiff ausfahrbaren Träger b eingebaut, der zur Verringerung des Fahrtwiderstandes und zur Vermeidung von die Schallübertragung störenden Wirbelablösungen einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.
  • Der beispielsweise als Sender betriebene Schwinger a ist so angeordnet, daß nicht nur die nach Voraus gerichtete Endfläche r. sond2rn auch die der Schiffsschraube zugewandte hintere Fläche d Schall abstrahlt. Dabei sind in dem Schwanzstück des stroinlinienförini`en Trägers in bestimmtem Abstand von der Schwiegerfläche d Reflexionsflächen f und angebracht, die die von der hinteren Schwiegerfläche d ausgehenden S,hallstrahlen nach beiden Seiten, d. h. nach der Backbord- und Steuerbordseite des Schiffes hin ablenken.
  • Der Raum lt zwischen der hinteren Schwin-@:rfläche d und den Reflexionsflächen f und g ist nach beiden Seiten durch dünne Wandungsteile i. h des stromlinienförmigen TrägLrs b abgeschlossen. um Störungen durch Wirbelbildungen zu vermeiden. Der Raum li ist mit Wasser gefüllt und kann gegebenenfalls nach unten mit dem freien Außenwasser in Verbindung stellen. Die Schallübertragung der vorderen Schwiegerfläche c erfolgt im Gegensatz äu der hinteren Schwiegerfläche unmittelbar ans Außenwasser. Zur Vervollständigung der Stroinlinieiform ist auf die Schwingerfläche c eine Kalotte an aufgesetzt.
  • Die Länge L der Schwingerfläche c in der horizontalebene möge zu der Wellenlänge des benutzten Schalles in einem solchen Verhältnis stehen, daß der Wirkbereich der Fläche einen Sektor von etwa 70° mit genügender Intensität bedeckt. Ohne die Reflektoren f und g würden die beiden Schwiegerflächen somit gemäß Fig. 2 zwei Sektoren n und o von 70° Breite beherrschen, von denen der eine in Vorausrichtung liegt, während der andere mit dem Bereich der Schiffsschraube bzw. des Schraubenwassers zusammenfällt. Da im Bereich des Schraubenwassers eine Schallübertragung ohnehin nicht möglich ist, hat man die hintere Schwiegerfläche d bei den bisherigen Anordnungen als unbrauchbar angesehen und durch Schallschirme abgedeckt.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Schallreflektoren f und g wird der Wirkbereich der hinteren Schwirgerfläche aus dem für die Schallübertragung _ unbrauchbaren Schraubensektor o in die an den Vorausbereich ii angrenzenden Winkelbereiche p, r nach Backbord und Steuerbord verlagert. Dadurch ist die hintere Schwiegerfläche d zur Erweiterung des Wirkbereiches nach Fig.3 auf z. B. 27o° nutzbar gemacht, und es kann auf die Anordnung besonderer querab. strahlender Schwinger verzichtet werden. Da ferner die strahlende Schwiegerfläche durch Ausnutzung beider Endflächen c und d verdoppelt ist und die Belastbarkeit von der Größe der zur Verfügung stehenden Schwiegerfläche abhängt, kann der Schwinger mit der doppelten Leistung betriebyen werden. Störende Interferenzen zwischen den von der vorderen und der hinteren Schwiegerfläche ausgesandten Schallwellen lassen sich durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen der Schwiegerfläche d und den Reflexionsflächen weitgehend vermeiden.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Veränderungen und andere Ausführungen möglich. So können sich insbesondere die für Steuerbord und Backbord vorgesehenen Reflektoren auch jeder übel- die gesamte Länge L der Schwingeirfläche d erstrecken, wobei die Reflektoren übereinanderliegend anzuordnen sind. Ferner kann statt der Ablenkung nach beiden Seiten gegebenenfalls eine Ablenkung nur nach. einer Seite vorgesehen sein. DieReflexionsflächen können konkav oder konvex gekrümmt sein. Die Kalotte in und die Wandungsteile i, k des ausfahrbaren Trägers können gegebenenfalls weggelassen werden. Der Träger kann jedoch auch als den Schwinger vollständig umschließender Hüllkörper ausgebildet sein, so daß die Schalliibertragung sowohl nach Voraus als auch nach .Backbord und Steuerbord durch Wasserräume und Wand'ungsteile des Hüllkörpers hindurch erfolgen muß.
  • Bei U-Booten. kann die neue Sch,w ingeranordnung mit den Reflektoren vorteilhaft im vorderen Teil des Kieles untergebracht werden.
  • Eine kleinere Verbreiterung des Wirkbereiches läßt sich auch durch Krümmung der Schwiegerflächen erzielen. Diese Krümmung kann gegebenenfalls zusätzlich. zu der beschriebenen Verbreiterung durch Reflektoren vorgesehen sein.
  • Ferner ist die Erfindung auch auf Empfangsanordnungen anwendbar, wenngleich sie für Sendeeinrichtungen schon wegen der meist größeren Abmessung der Schwinger erhöhte Bedeutung hat. Bei Ausfahrgeräten kann: es vorteilhaft sein, die Sendeeinrichtung nach der Erfindung und die Empfangseinrichtung in der bekannten Weise auszubilden. Es kann dadurch erreicht werden, daß die Sendeeinrichtung nicht mehr Platz beansprucht als die Empfangseinrichtung, so daß für beide der gleiche Trägerquerschnitt verwendet werden kann.
  • Eine Verbreiterung der Richtcharakteristik nach. der vorliegenden Erfindung kann auch noch in anderen Ebenen, z. B. auch in der Senkrechten, durch Krümmung der. Schwiegerfläche oder entsprechende Ausbildung der Reflexionsflächen erzielt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser, insbesondere von Ultraschall, mit Hilfe von Schwingern, die zwei nach entgegen-' gesetzten Seiten gerichtete Sende- bzw. Empfangsflächen aufweisen, welche einzeln einen Wirkbereich kleiner als i8o° beherrschen, unter Ausnutzung auch der rückwärtigen Schwiegerfläche, deren Schwingungen durch Reflexion aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen so angeordnet sind, daß der Wirkbereich der reflektierten Schwingungen sich gegebenenfalls unter teilweiser Überlappung an den Wirkbereich der anderen Schwingerflächen anschließt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, mit in einen aus dem Schiff ausfahrbaren, insbesondere stromlinienförmigen Träger eingebautes Schwingern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger mit ihrer einen Fläche in bekannter Weise nach Voraus gerichtet sind und den nach Voraus liegenden Winkelbereich von z. B. 9o° beherrschen, während die der Schiffsschraube zugewandten rückseitigen Schwingerflächen mit in dem Hinterteil des Trägers angeordneten Reflektoren zusammenwirken, so daß sie in dem sich an den Vorausbereich anschließenden Steuerbord- bzw. Backbordbereich zur Wirkung kommen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der hinteren Schwingerfläche und den Reflexionsflächen befindliche Kammer nach beiden Seiten durch verhältnismäßig dünne, gut schalldurchlässige Wandungsteile abgeschlossen ist. . Vorrichtung, insbesondere nach den Ansprüchen t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger zur Verbreiterung der Richtcharakteristik mit einer konvex oder konkav gekrümmten Strahl-bzw. Empfangsfläche versehen sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen «-orden: Britische Patentschrift Nr. .j.02.830.
DEA88449D 1938-11-11 1938-11-11 Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser Expired DE767260C (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB402830A (en) * 1932-06-10 1933-12-11 Marconi Internat Marine Comm C Improvements in or relating to pressure wave transmitters and receivers incorporating magneto-strictive devices

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB402830A (en) * 1932-06-10 1933-12-11 Marconi Internat Marine Comm C Improvements in or relating to pressure wave transmitters and receivers incorporating magneto-strictive devices

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