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Verfahren und Vorrichtung zum Aufsuchen und zur Bntfernungsmessung
von Objekten nach der Echomethode
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Aufsuchen und zur Entfernungsmessung von Objekten nach der
Echomethode, insbesondere durchUltraschall im Wasser.
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In regelmäßigen Zwischenräumen werden Schallimpulse ausgesandt, und
die Zeit vom Aussenden der Impulse bis zur Rückkehr der Echos wird durch einen im
Rhythmus der Lotunben bewegten Zeitgeber gemessen, dessen Lage zur Ausgangs- oder
Nullstellung bei Echoankunft durch seinen verschiedenen Stellungen zugeordnete Anzeigeglieder
bzw. Anzeigesteuerglieder an einer Skala zur Anzeige gebracht wird. Hierbei treten
vielfach außer den anzuzeigenden Echoimpulsen Störechos und Störgeräusche auf, die
in ihrer Amplitude den Nutzechos gleichkommen und sie sogar häufig übertreffen.
Dadurch werden Störanzeigen hervorgerufen, die die Beobachtung der Nutzanzeige oft
sehr erschweren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät
zur Echolotung zu schaffen, bei dem die Anzeige der Störgeräusche vermieden bzw.
unwirltsam gemacht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist schon versucht worden, die Anzeige
der Störgeräusche dadurch zu verhindern bzw. unwirksam zu machen, daß als
Anzeigeglieder
federnde Zungen benutzt werden, die, wenn sie durch die regelmäßig wiederkehrenden
Echoimpulse angestoßen werden, stärker ausschlagen als bei Erregung durch einen
einzelnen Störimpuls. Dieses Verfahren ist jedoch nur für ganz geringe Entfernungen
zu gebrauchen, weil man bei dem beschränkten Abstimmungsbereich für die Anzeigezungen
an eine gewisse Grenzdauer der Lotperiode gebunden ist, wenn noch ein wirksames
Aufschaukeln der Zungenausschläge gewährleistet werden soll.
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Erfindungsgemäß wird die Unterdrückung der Störanzeigen dadurch erzielt,
daß jeder der ankommenden Schallimpulse (Nutzschall oder Störschall) in dem betreffenden
Anzeigeglied oder Anzeigesteuerglied eine elektrische Spannung bzw. Ladung auslöst,
die vom Augenblick ihrer Erregung an in eiiem solchen Maße abklingt, daß bei' der
nächsten Lotung noch eine merkliche Restspannung bzw.
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Restladung vorhanden ist, so daß für im Rhythmus der Lotungen wiederkehrende
Echos eine Summierung der Restspannungen bzw. Restladungen erfolgt, während für
die normalerweise erst nach mehreren Lotungen an derselben Stelle wiederkehrenden
Störimpulse praktisch nur die durch den jeweiligen Impuls selbst ausgelöste Einzelspannung
bzw. Ladung zur Wirkung kommt. Dadurch wird erreicht, daß die Störgeräusche, die
gewöhnlich in unregelmäßigen Zeitzwischenräumen aufeinander folgen, nicht oder in
erheblich geringerem Maße zur Anzeige kommen als die Nutzechos, so daß die Beobachtung
der Nutzechos durch den Störschall nicht mehr beeinträchtigt wird.
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Das neue Verfahren hat ferner den Vorteil, daß es auch für große
Entfernungen bzw. langsame Lotfolgen Verwendung finden kann, da sich die Anpassung
der elektrischen Vorgänge an die jeweilige Lotfolge, im Gegensatz zu den mechanischen
Schwingungsvorgängen, ohne Schwierigkeiten mit hinreichender Genauigkeit durchführen
läßt. Gleichzeitig mit der Störbefreiung wird durch das neue Verfahren auch eine
Daueranzeige erzielt, wodurch die Beobachtung ebenfalls erleichtert wird, insbesondere
für große Entfernungen, wo die einzelnen Lotungen so langsam aufeinander folgen,
daß sich der Eindruck einer stehenden Anzeige nicht erzielen läßt.
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Zur Ausübung des neuen Verfahrens sind die Anzeigeglieder bzw. Anzeigesteuerglieder
so ausgebildet bzw. geschaltet, daß sie nur bei regelmäßig sich wiederholender Erregung
durch mehrere aufeinanderfolgende Echos aus gleicher Entfernung durch Summierung
der von den einzelnen Echos erzeugten und bis zum nächsten Echo verbleibenden elektrischen
Teilspannungen bzw. Ladungen zum Ansprechen oder in stärkerem Maße zum Ansprechen
gebracht werden. Die Anzeigeglieder können durch je einen Kondensator gesteuert
werden, der durch ein vom Echo betätigtes Relais kurzzeitig an eine Stromquelle
gelegt wird und dabei jeweils nur eine Teilladung aufnimmt, die sodann über einen
Ohmschen Entladewiderstand wieder abgeführt wird, wobei jedoch die Entladung zwischen
zwei Lotungen um ein bestimmtes Maß geringer ist, als die durch ein einmaliges Echo
bewirkte Teilladung. Als Stromquelle zum Aufladen des im Anzeigekreis liegenden
Kondensators kann ein kleinerer Kondensator vorgesehen sein, der zu dem größeren
unmittelbar parallel liegt, während er mit der Spannungsquelle über einen Ladewiderstand
verbunden ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Die beispielsweise dargestellte Vorrichtung dient zur Bestimmung von Entfernungen
nach der Echolotmethode. Hierbei wird die Zeit zwischen dem Aussenden eines Schallimpuls
es und der Rückkehr des Echos von dem Gegenstand, dessen Entfernung von der Beobachtungsstelle
zu messen ist, festgestellt. Durch einen mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden
Kontaktgeber 1, der durch einen in der Zeichnung nicht mit dargestellten Motor angetrieben
wird, wird ein Stromkreis 2 kurzzeitig eingeschaltet und dadurch ein Schallsender
3 zum Aussenden eines kurzen gerichteten Schallimpules erregt. Befindet sich im
Sektor des ausgesandten Schallstrahls z. B. ein Schiff, so werden die auf das Schiff
auftreffenden Schallstrahlen zurückgeworfen und kehren als Echo zur Beobachtungsstelle
zurück. Der zurückgeworfene Schallstrahl wird durch einen Empfänger 4 aufgefangen,
in elektrische Schwingungsenergie umgesetzt und nach gehöriger Verstärkung in einem
Verstärker 5 zur Betätigung einer elektro magnetischen Relaisanordnung 6, 6a benutzt.
Im Stromkreis des Kontaktes 6 der Relaisanordnung 6, 6a liegt ein kleiner Kondensator
7 von I u F und ein mit gleichförmiger Geschwindigkeit und im Rhythmus der Lotungen
umlaufender Kontaktarm 8, durch den über einen Kollektor 9 jeweils einer aus einer
größeren Reihe von Kondensatoren 10 von 10 u F in den Stromkreis eingeschaltet wird.
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Der kleine Kondensator 7 liegt ständig über einem LaJdewilderstand
II von 10000 Ohm an einer Ladespannung I2 von 220 Volt, während die großen Kondensatoren
10 einzeln über Entladewiderstände I3 von einigen Megohm überbrückt sind, zu denen
kleine Glimmlämpchen I4 mit Reihenwiderständen I5 parallel liegen. Die Glimmlämpchen
I4 dienen als Anzeigeglieder und sind über eine kreisförmige oder geradlinige Entfernungsskala
verteilt angeordnet.
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Bei Ankunft eines Schallimpulses (Nutzecho oder Störschall) wird
jeweils derjenige Kondensator 10 in den Stromkreis des kleinen Kondensators 7 eingeschaltet,
der im Augenblick der Echoankunft gerade über den Kollektor 9 mit dem umlaufenden
Kontaktarm 8 verbunden ist. Der Kondensator 7 entlädt sich dann auf den eingeschalteten
Kondensator 10 und erzeugt dadurch in dem großen Kondensator eine Spannung von etwa
30 Volt. Diese Spannung reicht jedoch nicht aus, die Glimmlampe zum Aufleuchten
zu bringen. Bis zur nächsten Lotung bzw. Rückkehr des Kontaktarmes in die gleiche
Stellung entlädt sich der große Kondensator 10 über den Entladewiderstand I3 auf
etwa 20 Volt.
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Trifft jetzt, nach Ablauf genau einer Lotperiode,
ein
neuer Schallimpuls ein, so wird der auf 20 Volt entladene Kondensator 10 abermals
an den inzwischen auf 220 Volt wieder aufgeladenen kleinen Kondensator 7 gelegt
und wird dadurch um etwa 30 Volt auf nunmehr 50 Volt aufgeladen. Bei regelmäßig
im gleichen Zeitpunkt nach Aussenden der Schallimpulse eintreffenden Echos steigert
sich somit die Spannung des diesem Zeitpunkt zugehörigen großen Kondensators 10
langsam auf die Spannung des kleinen Kondensators 7 bzw. der Ladestromquelle I2.
Erst nach Überschreiten einer bestimmten Grenzspannung von z. B. I50 Volt leuchtet
die Glimmlampe 14 auf.
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Die Glimmlampen 14 werden somit nur zum Aufleuchten gebracht, wenn
regelmäßig im Rhythmus der Lotungen eine größere Anzahl Schallimpulse aufeinander
folgen. Eine derartige Impulsfolge ist aber in der Regel nur bei Reflexionen des
ausgesandte Schalls von bestimmten reflektierenden Objekten, z. B. von fremden Schiffen,
Bojen, Küsten od. dgl., möglich, während der Störschall meist in unregelmäßiger
Folge auftritt und' über den ganzen Meßbereich streut. Infolgedessen wird det Störschall
die Glimmlampen normalerweise nicht zum Aufleuchten bringen. Selbst wenn das einmal
eintreten sollte, so wird doch das Aufleuchten mangels regelmäßiger Wiederkehr der
Störschallimpulse bald wieder. verschwinden, während durch das Nutzecho ein dauerndes
Aufleuchten erzielt wird, das erst bei Veränderung der Entfernung durch Annäherung
oder durch Fortbewegung vom angeloteten Gegenstand auf eine der benachbarten Glimmlampen
übergeht, wobei der Übergang durch langsames Erlöschen der einen und gleichzeitiges
allmähliches Ilellerwerden der anderen Lampe gut beobachtet werden kann. Mit der
neuen Vorrichtung wird also nicht nur eine weitgehende Störbefreiung. sondern gleichzeitig
eine wirksame Daueranzeige erzielt.
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Die Ladezeit für den Kondensator 7 wird zweckmäßig möglichst klein
gewählt, um eine Entladung des Kondensators auch dann zu gewährleisten, wenn z.
B. dem Nutzschallimpuls ein Störimpuls kurz voraufgegangen war. Die Entladung der
Kondensatoren 10 läßt sich durch geeignete Wahl der Entladewiderstände I3 der jeweiligen
Lotfolge bzw. dem jeweiligen Meßbereich der Echoloteinrichtung und den Störschallverhältnissen
anpassen.
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Bei Wahl der Meßgenauigkeit bzw. Größe der aufeinanderfolgenden Anzeigestufen
ist darauf zu achten, daß die Anzeige der Nutzechos nicht infolge der auftretenden
Relativgeschwindigkeit zwischen Beobachtungsstelle und angelotetem Gegenstand bereits
zur nächsten Stufe bzw. zum nächsten Kondensator 10 und Glimmlämpchen 14 übergeht,
bevor genügend Impulse auf den vorhergehenden Kondensator gekommen sind, um dessen
Lämpchen voll zum Aufleuchten zu bringen, und zwar möglichst derart, daß das Lämpchen
erst erlischt, wenn das nächste Lämpchen bereits im Aufleuchten begriffen ist. Dadurch
wird erreicht, daß die Anzeige trotz der zum Summieren der Spannung erforderlichen
Zeit nicht unterbrochen wird. Maßgebend für die Größe der einzelnen Anzeigestufen
ist daher die während der Zeit, die zur Anzeige bzw. zur Summierung der Teilspannungen
erforderlich ist, erfolgende maximale oder tatsächliche Relativbewegung der Beobachtungsstelle
zum angeloteten Gegenstand. Da die zur Anzeige erforderliche Zeit von der jeweiligen
Lotfolge bzw. dem gewählten Meßbereich abhängig ist, kann gegebenenfalls eine Umschaltung
-der Anzeigestufen beim Übergang zu einem anderen Meßbereich bzw. zu einer anderen
Lotfolge vorgenommen werden. Gleichzeitig mit den Meßstufen können auch die Entladewiderstände
I3 der Kondensatoren IO und gegebenenfalls auch der Ladewiderstand II des Kondensators
7 umgeschaltet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere - Ausführungen möglich.
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Insbesondere können an Stelle der Glimmlämpchen auch andere Anzeigeglieder
vorgesehen sein, deren Ansprechen der angelegten Spannung bzw. dem durchfließenden
Strom proportional ist bzw. von der Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes
der Spannung oder des Stromes abhängt.
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Ferner ist die Erfindung auch auf die Tiefenmessung anwendbar.
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Die Kondensatoren 10 können gegebenenfalls auch unter Fortfall des
Kondensators 7 unmittelbar über einen Widerstand durch die Spannungsquelle I2 aufgeladen
werden, wobei die Dauer der Aufladezeit durch die Kontaktgabe des Relais bzw. des
Zeitgeberkontaktes bestimmt ist. Das elektromagnetische Relais 6a, 6 kann durch
jedes andere Relais, z. B. ein Relaisrohr, ersetzt werden.
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Statt der zu jedem Kondensator 10 parallel liegenideni Anzeigeglieder
kann auch ein einziges entsprechendes Anzeigeglied vorgesehen sein, das durch einen
umlaufenden oder hin und her gehenden Kontaktgeber nacheinander mit den einzelnen
Kondensatoren 10 verbunden und selbst über die Entfernungsskala hinweg bewegt wird
mit einer Geschwindigkeit, die derBewegungldeis zugehörigen KontaktbCebers entspricht.
Dabei besteht die vorteilhafte Möglichkeit, dfe Geschwindigkeit des Kontaktgebers
und des Anzeigegliedes unabhängig von der Lotfolge so hoch zu wählen, daß jeder
der Kondensatoren IO in der Sekunde mehrlmalps mit dem Anzeigeglied verbunden wird,
so daß sich das Aufleuchten feder Lampe in einer derart schnellen Folge wiederholt,
daß der Eindruck einer stehenden An zeige erzielt wird. Diese Wirkung ist bisher
nur in Verbindung mit einer Steigerung der Lotfolge erzielt worden und war deshalb
nur für kleinere Entfernungen zuEerreichen. Bei der neuen Einrichtung dagegen läßt
sich die stehende Anzeige für jeden Meßbereich, also auch für sehr langsame Lotfolgen,
in vollem Maße verwirklichen.