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Verfahren und Vorrichtung zur Registrierung periodischer Impulsfolgen,
insbesondere für die Echolotung auf Schiffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Registrierung periodischer Impulsfolgen, insbesondere für
die Echolotung auf Schiffen. Um zu erreichen, daß sich die anzuzeigenden Nutzechos
in der Aufzeichnung klar aus den Störanzeigen herausheben, ist es anzustreben, den
Verstärkungsgrad jeweils so einzustellen, daß die Nutzechos die Ansprechgrenze überragen
und durch Störanzeigen nicht verdeckt werden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, den
Verstärkungsgrad so zu wählen, daß die Ansprechgrenze von den Nutzechos eben noch
überschritten wird. Zu diesem Zweck ist schon vorgeschlagen worden, den Verstärkungsgrad
durch die Intensität der empfangenen Echos selbst zu steuern, derart, daß durch
jedes Nutzecho die Verstärkung für die folgende Lotperiode eingestellt wird. Diese
Art der selbsttätigen Regelung hat sich jedoch nicht bewährt, weil sie selbst der
Gefahr der Beeinflussung durch Störimpulse ausgesetzt und deshalb nur dort zu gebrauchen
ist, wo sich die Nutzechos weit über die Störimpulse erheben.
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Um die Entfernungsabhängigkeit der Echointensität zu kompensieren,
wendet man eine im Takte der Echolotung wirkende automatische Verstärkungsregelung
an. Eine solche Regelung ist zwar von Störungen unabhängig, ist aber nicht geeignet,
die Verstärkung Intensitätsschwankungen anzupassen, die von unterschiedlichem Reflexionsvermögen
der anzuzeigenden Objekte herrühren, wie z. B. von schwach reflektierendem Schlick
oder Fischschavärmen und von gut reflektierendem,
festem Meeresboden.
Vielfach liegt auch die Aufgabe vor, gleichzeitig mehrere, von verschiedenen Objekten
herrührende Nutzechos unterschiedlicher Lautstärke, insbesondere schwache Echos
von Fischschwärmen und Schlickschichten, neben den stärkeren Bodenechos anzuzeigen.
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Eine gute Unterscheidung zwischen solchen Echos unterschiedlicher
Intensität und gleichzeitig eine klare Heraushebung der regelmäßig wiederkehrenden
Nutzechos gegenüber den unregelmäßig einfallenden Störimpulsen läßt sich erreichen,
wenn man nicht nur die Phase bzw. Entfernung der Echos, sondern auch ihre Intensität
zur Anzeige bringt. Dies kann für einzelne Lotperioden durch Anzeige der gesamten
Empfangsschwingung an einem Braunschen Rohr geschehen; will man aber, wie üblich,
eine Registrierung über viele Lotperioden durchführen, so muß man die Echointensitäten
durch Anwendung von Intensitätsschrift in Form von verschieden starken Schwärzungen
o. dgl. zur Anzeige bringen. Alle diese Verfahren sind jedoch an einen bestimmten
Intensitätsbereich gebunden und erfordern daher zu ihrer Wirksamkeit stets eine
Anpassung des Verstärkungsgrades an die Intensität der anzuzeigenden Echos in einer
solchen Weise, daß die Anzeigevorrichtung in dem Bereich ihrer Intensitätsempfindlichkeit
richtig ausgesteuert wird. Oftmals sind auch die Intensitätsunterschiede der anzuzeigenden
Echos so groß, daß es nicht möglich ist, sie gleichzeitig ohne Übersteuerung durch
das stärkere Echo anzuzeigen. Die richtige Einstellung bereitet erhebliche Schwierigkeiten
und kann nur von erfahrenen Fachleuten erfolgreich durchgeführt und ausgenutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstärkungsregelung
so zu gestalten, daß es möglich ist, ohne dauernde Handregelung in einem weiten
Intensitätsbereich eine klare Anzeige der verschiedenen Echos zu erzielen. Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die Verstärkung nach einem
Zeitprogramm geregelt wird, dessen Periode von derjenigen der Impulsfolge abweicht,
so daß sich für gleiche Phasen aufeinanderfolgender Perioden der Impulsfolge verschiedene
Verstärkungsgrade ergeben. So läßt sich erreichen, daß über eine gewisse Zeit wenigstens
einmal der für jedes anzuzeigende Echo richtige Verstärkungsgrad durchlaufen wird,
und es ergibt sich eine Längsmodulation der Aufzeichnung, die selbst schwache Nutzechos
in starken Störfeldern klar erkennen läßt, und zwar auch dann, wenn mehrere Nutzechos
mit größerem Intensitätsunterschied vorliegen.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zur
Echolotung mittels Schallwellen dargestellt, und zwar zeigt Fig. I eine Echoloteinrichtung,
Fig. 2 die Regelkurve des Echolotverstärkers, Fig. 3a und 3b das Bild einer Echoaufzeichnung
in schematischer Darstellung, vergleichsweise in der bekannten und in der neuen
Weise.
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Von einem Sender 1 werden, gesteuert durch einen Nockenkontal<t
2, in regelmäßigen Zeitabständen kurze Schallimpulse ausgesandt. Von reflektierenden
Objekten zurückkehrende Echos werden durch einen Empfänger 3 aufgenommen und nach
Verstärkung in einem zweistufigen Verstärker 4 durch einen elektrischen Strom schreiber
5 aufgezeichnet, dessen Schreibkontakt vom gleichen Motor wie der Sendenocken 2
angetrieben, im Takte der Echolotung quer über den Schreibstreifen 6 hinweggeführt
wird. Der Schreibstreifen ist so ausgebildet, daß bei Überschreiten einer Ansprechgrenze
durch die vom Echo ausgelöste Spannung am Schreibkontakt ein Strom übertritt und
dadurch eine örtliche Schwärzung hervorgerufen wird, deren Intensität sich bis zu
einer Sättigungsgrenze nach der Höhe der Spannung am Schreibkontakt bzw. nach der
Stärke der empfangenen Echos und dem jeweiligen Verstärkungsgrad im Verstärker4
richtet.
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Dieser Verstärkungsgrad wird in beiden Verstärkerstufen nach verschiedenen
Gesetzmäßigkeiten geregelt.
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In der ersten Verstärkungsstufe wird der Verstärkungsgrad durch eine
mit der Nockenscheibe für den Sendekontakt 2 synchron laufende Nockenscheibe 7 gesteuert,
von jeder Schallaussendung beginnend bis zum Ablauf der Meßperiode langsam gesteigert,
derart, daß die Entfernungsabhängigkeit der Echostärke kompensiert wird.
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In der zweiten Verstärkerstufe wird der Verstärkungsgrad durch einen
mit der Nockenscheibe 7 umlaufenden Kontakt 8 gesteuert, stufenweise von Lotperiode
zu Lotperiode mit Hilfe von Widerständen g bis I2 auf vier verschiedene Stufen umgeschaltet.
Diese Stufen können so gewählt werden, daß bei der niedrigsten Verstärkung das stärkste
vorkommende Echo noch sicher angezeigt wird, während bei der größten Verstärkung
auch das schwächste vorkommende Echo noch zur Anzeige kommt, ohne indessen die Sättigungsgrenze
zu überschreiten. Jede Regelperiode dieser Verstärkungsregelung umfaßt somit vier
aufeinanderfolgende Lotperioden, in denen je ein anderer Verstärkungsgrad wirksam
ist. Die Stufen folgen einander nicht gleichsinnig in auf- oder absteigender Reihenfolge,
sondern in großen Sprüngen auf und ab. So entspricht etwa der Widerstand g der niedrigsten
und der folgende Widerstand IO der höchsten Verstärkungsstufe, Widerstand 1 1 der
zweiten und Widerstand 12 der dritten Verstärkungsstufe. Dadurch ergeben sich eine
resultierende Regelkurve, etwa gemäß Fig. 2, und eine Aufzeichnung, z. B. nach Fig.
3 b. In Fig. 3 a ist vergleichsweise die entsprechende Aufzeichnung bei gleichem
Verstärkungsgrad in allen Lotperioden dargestellt. Darin sind die Echos I3, die
von einem am Boden stehenden Fischschwarm herrühren, kaum als solche zu erkennen,
weil die Aufzeichnungen derFischlschwarm-und der Bodenechos 13a und 14a ineinander
übergehen und sich auch bei Intensitätsempfindlichkeit des Schreibers infolge der
üblichen Übersteuerung bei möglichst weit aufgedrehtem Verstärker nicht durch unterschiedliche
Schwärzung voneinander abheben.
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Ein in mittlerer Tiefe stehender Fischschwarm
wird
im allgemeinen al Echoaufzeichnung b gleichmäßig tiefer Schwärzung zu erkennen sein.
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Bei einer Verstärkungsregelung nach der Erfindutlg ergibt sich ein
Bild der Echoaufzeichnung, wie es in Fig. 3h dargestellt ist. Darin ist angenommen,
daß die Echos 14t vom festen Meeresboden in allen vier Verstärkungsstufen durchkommen,
etwa mit zunehmeiider Intensität bis zur dritten Stufe, in der die Sättigungsgrenze
erreicht sein möge. 1)ie Echos 13h und 15b von den Fischschwa men kommen dagegen
im allgemeinen nicht in allen vier Verstärkungsstufen durch und rufen eine weniger
dichte Folge der Echoaufzeichnungen hervor.
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Dadurch erscheinen sie weniger stark als das Bodeiiecho und hel)en
sich klar gegen dieses ab. tuch bildet sich eine ungleichmäßige Dichte der Fischschwärme
deutlich erkennbar ab.
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I)urcll die bescllriebelle Verstärkungsregelung wird eine Alodulation
der tufzeichnung in Richtung des Pa1iervorschul>es (Längsmodulation) hervorgerufeii,
die es auch ermöglicht, selbst schwache Echos aus starken Störaiizeigen heraus zu
erkennen.
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I)ie Ertinduiig ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
iiisbesondere kann sie auch in Verbindung mit andern ltegistriereinrichtungen verwendet
werden, auch solchen, bei denen alle die Ansprechgrenze überschreitenden Impulse
eine gleich starke Anzeige hervorrufen. Ferner kann die Regel-Periode auch kleiner
gemacht werden als die Lotperiode, nur muß man hierbei vermeiden, daß die Lotperiode
gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Itegelperio(ie ist, um sicherzustellen,
daß sich für gleiche Phasen aufeinanderfolgender Perioden der Iml)ulsfolge verschiedene
Verstärkungsgrade ergeben. Die Regelung des Verstärkungsgrades kann auch, ähnlich
wie bei derjenigen zur Kompensation der Entfernungsabhängigkeit, stetig erfolgen.