-
Verfahren und Einrichtung zum Echoloten mit Unterwasserschall unter
Verwendung einer Braunschen Röhre als Anzeigegerät Es ist aus der Technik der Funkortungsgeräte
bekannt, die Entfernung eines angepeilten Objekts auf dem Bildschirm einer Braunschen
Röhre als Strecke darzustellen, welche durch den Nullpunkt der Entfernungsskala
einerseits und den Bildpunkt des Objekts andererseits begrenzt ist. Es ist auch
bekannt, bei solchen Geräten einen Ausschnitt aus der so gewonnenen Entfernungsauzeige
in vergrößerter Form auf dem Bildschirm darzustellen; zu diesem Zweck ist eine Ablenkgeschwindigkeit
vorgesehen, die gegenüber der bei der Entfernungsanzeige verwendeten stark gesteigert
ist, sowie eine von Hand zu betätigende Einstellvorrichtung für den Auslösezeitpunkt
der Zeitablenkung vorhanden. Die vergrößerte Anzeige dient bei Funkmeßgeräten dazu,
um durch die genauere Wiedergabe des Echoeinsatzes die Entfernung möglichst genau
ablesen zu können.
-
Es ist auch für Zwecke der Lotung in Wasser eine Echoloteinrichtung
vorgeschlagen worden, die sowohl die Entfernung durch ein Schauzeichen an einer
Entfernungsskala anzeigt als auch vorzugsweise mittels eines Braunschen Rohres eine
Abbildung der Echoform in einem vielfach größeren Maßstab als die Anzeige der Entfernung
bewirkt. Als Zweck dieser Einrichtung ist die Untersuchung der Beschaffenheit des
Meeresbodens angegeben; entsprechend dieser Aufgabe ist mit der Anzeige der Entfernung
bzw. Tiefe eine vergrößerte Anzeige des Bodenechos verbunden.
-
Es ist ferner auch bekannt, daß man mit einer Echolotvorrichtung,
wie sie für Navigationszwecke benutzt wird, z. B. mit einem Registriergerät, auch
Fischschwärme anzeigen kann.
-
Mit den bei Echolotung üblichen Anzeigeverfahren erhält man jedoch,
wenn- man einen Fischschwarm zur Darstellung bringt, nur eine verhältnismäßig grobe
Anzeige seiner Ausdehung und Form.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch Verwendung
einer vergrößerten Anzeige auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, wie sie
an sich für Zwecke der Entfernungsmessung in derFunkmeßtechnik und für dieZwecke
der Darstellung des Bodenechos bei Wasserschall-Echolotgeräten bekannt ist, eine
sehr detaillierte Anzeige der inneren Struktur eines Fischschwarms bei äußerst hoher
Anzeigeempfindlichkeit erzielen läßt; es können damit also insbesondere auch Schwärme
kleiner Fische bzw. Schwärme in großer Tiefe sowie einzelne Fische einwandfrei angezeigt
werden.
-
Das Verfahren zum Echoloten mit Unterwasserschall unter Verwendung
einer Braunschen Röhre nach der Erfindung besteht darin, daß unter Benutzung eines
an sich bekannten Zeitkreises, dessen Ablenkges chwindigkeit gegenüber der normalerweise
verwendeten Ablenkgeschwindigkeit stark gesteigert ist und bei welchem eine Einstellvorrichtung
für den Auslösezeitpunkt der Zeitablenkung vorgesehen ist, der zwischen der Meeresoberfläche
und dem Meeresboden bzw. der Echolotvorrichtung und der größtmöglichen Lotentfernung
liegende Lotbereich durch Verstellen des Auslösezeitpunktes der Zeitablenkung nach
vorhandenen schallreflektierenden Objekten, insbesondere Fischschwärmen, abgesucht
wird.
-
Die Lotfolgefreqnenz muß so eingestellt sein, daß die Anzeige eindeutig
wird. Das ist dann der Fall, wenn die Zeit, die zwischen der Aussendung zweier Lotsignale
vergeht, nicht kleiner ist, als die Laufzeit des Schalles vom Schiff zum Meeresboden
und zurück zum Schiff beträgt.
-
Das Wesen des Erfindungsgedankens besteht darin, daß der gesamte
Lotbereich, das ist beim Tiefenlot der Abstand des Fahrzeuges vom Meeresboden, mit
einem Teilausschnitt abgefahren wird, der ein Großbild der Anzeige auf dem Bildfenster
des Anzeigeorgans entwirft, und zwar in der Weise, daß sich das Großbild praktisch
über das ganze Bildfenster erstreckt. Beträgt beispielsweise der Gesamtlotbereich
600 m, so wird das Anzeigeorgan so eingestellt, daß sich bereits ein Lotbereich
von ungefähr 15 m über sein ganzes Bildfenster erstreckt. Verändert man nun dieAnzeígebedingungen
in der Weise, daß allmählich der ganze Lotbereich abgesucht wird, so gelingt es,
den angeloteten Fischschwarm als ausgedehntes Bündel von Echos auf dem Anzeigegerät
zur Anzeige zu bringen. Es wird also nicht nur eine Reflexion von der äußeren Oberfläche
des Fischschwarmes angezeigt, sondern der Fischschwarm wirkt wie ein räumliches
Gitter werk, das aus allen möglichen Tiefen Echos zurücksendet. Man hat infolgedessen
die Möglichkeit, die genaue Beschaffenheit des Fischschwarmes festzustellen; d.
h., man kann sehen, wie ergiebig er ist, an welcher Stelle die Fische am dichtesten
schwimmen und auch welche Art von Fischen es ist. Daß eine solche Analyse eines
Fischschwarmes möglich ist, war früher nicht bekannt; sie ist erstmalig durch die
Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung gelungen.
-
Damit man ein brauchbares Bild auf dem Anzeigegerät erhält, sind
folgende Gesichtspunkte zu beachten: Der Teillotbereich muß von der Größen ordnung
des zu untersuchenden Gegenstandes sein, das ist bei Fischschwärmen, wie Versuche
ergeben haben, normalerweise ein Betrag von der Größenordnung von 15 m; dies ist
gleichzeitig die ungefähre Größe der Offnung eines Fischnetzes. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf Fischereizwecke beschränkt, sie kann überall da angewandt werden,
wo in Lotrichtung sich erstreckende, ausgedehnte Reflektoren vorhanden sind. Man
kann beispielsweise mit dem Verfahren nach der Erfindung auch die Beschaffenheit
der Meeresbodenoberfläche studieren, in die die Schallsignale im allgemeinen mehrere
Meter tief eindringen.
-
Es ist zweckmäßig, für die Darstellung der Echos impulse auf dem
Bildschirm der Braunschen Röhre unmittelbar die Hochfrequenz zur Anzeige zu bringen
und keine Gleichrichtung der Signale vorzunehmen. Es ist an und für sich bereits
bekannt, auf ein und demselben Anzeigegerät eine Knickung des Anzeigeverlaufs vorzunehmen,
insbesondere bei einem Braunschen Rohr den ganzen Lotbereich in eine Reihe von Teillotbereichen
zu unterteilen, die nebeneinander gleichzeitig sichtbar gemacht werden.
-
Es erscheinen also hierbei auch die einzelnen Lotbereiche als Großbilder
auf dem Bildfenster des Anzeigegerätes. Sie liegen jedoch fest, und es besteht keine
Möglichkeit, sie relativ zum Gesamtlotbereich einzustellen. Dies ist jedoch erfindungsgemäß
von größter Wichtigkeit, damit nur der gewünschte Teilbereich sichtbar wird. Bei
festliegenden, auf dem Braunschen Rohr nebeneinander angeordneten Teilanzeigen würden
sich, vor allem bei größeren Lottiefen, wie sie für Fischereizwecke in Frage kommen,
eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Anzeigen gegenseitig stören.
-
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens ist die
Anzeige nicht auf eine optische Anzeige beschränkt; die Echos können auch akustisch,
beispielsweise mittels eines Lautsprechers zur Anzeige gebracht werden. Aus der
Art des entstehenden Geräusches lassen sich bei einziger Erfahrung sehr genaue Rückschlüsse
auf die Beschaffenheit des angeloteten Fischschwarmes ziehen. Unter Umständen ist
es vorteilhaft, die optische mit einer akustischen Anzeige zu kombinieren; unter
Umständen kann auch die eine Anzeige als Alarmsignal, Klingel od. dgl. ausgebildet
sein, die auf das Vorhandensein eines Fischschwarmes aufmerksam macht, um den Fischer
zu veranlassen, die optische Anzeige zu betrachten.
-
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird die
stetige oder stufenweise
Einstellung des Teillotbereiches dadurch
erreicht, daß Mittel vorgesehen sind, die den Meßstart der Anzeige gegenüber dem
Zeitpunkt der Aussendung der Lotsignale stetig oder stufenweise zeitlich verschieben.
Dies gelingt beispielsweise mittels einer umlaufenden Nockenscheibe, welche relativ
zueinander verschiebbare Kontakte betätigt, von denen der eine zur Auslösung der
Signalimpulse und der andere zur Auslösung des Meßstarts der Anzeigeeinrichtung,
beispielsweise des Kippvorganges eines Braunschen Rohres dient. Eine andere, elektrische
Lösung der Aufgabe besteht darin, daß elektrische Verzögerungsmittel vorgesehen
sind, die insbesondere aus Kondensatoranordnungen bestehen und die die zeitliche
Verschiebung des Meßstarts relativ zur Aussendung der Signalimpulse bewirken.
-
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß
auf dem Anzeigegerät sämtliche Teillotbereiche, in die der Gesamtlotbereich unterteilt
ist, oszillographisch abgetastet werden, wobei jedoch jeweils nur der gewünschte
Teillotbereich zurAnzeigegebracht wird. Es erfolgt also jeweils eine Helltastung
des gewünschten Teillotbereiches bzw. eine Dunkeltastung der übrigen Lotbereiche.
Hierdurch kann ebenfalls der Gesamtlotbereich allmählich stetig oder stufenweise
durchfahren werden. Die Mittel zur Hell- oder Dunkeltastung können unter Umständen
in entsprechender Weise ausgebildet sein wie die Mittel zur Verschiebung des Meßstarts.
Dies kann beispielsweise eine umlaufende Nockenscheibe oder eine elektrische Verzögerungsanordnung
mit veränderbarer Verzögerungszeit sein.
-
Eine besondere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin,
daß n!icht nur ein Teillotbereich, sondern mehrere Teillotbereiche zur Anzeige gelangen.
Hierdurch wird es möglich, beispielsweise mehrere übereinanderliegende Fischschwärme
gesondert anzuzeigen, was für das Arbeiten mit Schwebenetzen von Wichtigkeit ist.
-
Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Teillotbereiche jeder für sich
einstellbar.
-
Es ist ferner zweckmäßig, die Größe des Teillotbereiches wählbar
zu machen. Dies geschieht bei Verwendung eines Braunschen Rohres als Anzeigegerät
in einfacher Weise dadurch, daß die Auslenkgeschwindigkeit so eingestellt wird,
daß jeweils der gewünschte Teillotbereich den ganzen Anzeigeschirm ausfüllt. Vorteilhafterweise
ist auch die Querauslenkung, die den einzelnen Echolotimpuls anzeigt, in ihrer Amplitude
einstellbar. Bei Verwendung langsamer Lotfolgen empfiehlt es sich, einen nachleuchtenden
Anzeigeschirm zu verwenden.
-
Soll das Echolot für einen bestimmten Zweck, beispielsweise für Fischereizwecke
benutzt werden, so ist es angebracht, daß die Größe des Anzeigebereiches stufenweise
veränderbar ausgebildet ist, während die Lage des Teillotbereiches stetig verändert
ist. Es sind beispielsweise zwei Schaltstellungen vorgesehen, die es gestatten,
einmal den Gesamtlotbereich einzuschalten, damit man einen Überblick über das Auftreten
von Echos innerhalb des Gesamtbereiches hat und sofort weiß, in welcher Lotentfernung
man mit dem Teilbereich suchen soll.
-
Alsdann wird auf die zweite Schaltstellung umgeschaltet, durch die
nur ein Teillotbereich von beispielsweise 15 m auf dem gesamten Anzeigegerät als
Großbild erscheint. Die Lage des Bildes wird auf die vorher ermittelte Entfernung
eingestellt, und zwar erfolgt diese Einstellung durch stetige Veränderung der Lage
des Teillotbereiches.
-
Unter Umständen braucht man gar keine Umschaltung auf den Gesamtbereich
vorzunehmen; es besteht eine besonders zweckmäßige Lösung darin, daß neben der Anzeige
für den Teillotbereich entweder auf einem besonderen Anzeigegerät oder auf demselben
Anzeigegerät ständig der Gesamtlotbereich als Übersichtsbild zur Anzeige gelangt.
-
Unter Umständen kann hierfür ein Doppelelektronenstrahlrohr Verwendung
finden.
-
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß
Mittel vorgesehen sind, die der Anzeige der Meßwerte. regelmäßige Markierungen überlagern,
durch die auf der Anzeigeeinrichtung das Bild einer Skala entsteht. Hierdurch wird
erreicht, daß in jeder Größe und in jeder Lage des Teillotbereiches dem Bilde auf
dem Anzeigegerät stets eine Entfernungsskala aufgeprägt ist, die alle Veränderungen
und Ver&chiebungen des Teillotbereiches automatisch mitmacht.
-
Unter Umständen ist diese Skala nicht ständig sichtbar, sondern durch
einen Schaltknopf nach Wunsch einschaltbar. Bei Verwendung eines Braunschen Rohres
läßt sich dies durch eine Helligkeitssteuerung am Wehneltzylinder erreichen.
-
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Meßwerte durch stärkere
seitliche Auslenkung kenntlich gemacht werden, während die Skala durch geringere
seitliche Auslenkung erzeugt wird und als Strichskala erscheint. Die Einstellung
des Teillotbereiches erfolgt zweckmäßig von Hand mittels eises Einstellorgans, das
gleichzeitig die Einstellung einer in Meter geteilten Skala bewirkt.
-
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist mit dem Organ zur Einstellung
des Teillotbereiches eine Einrichtung gekoppelt, die in einem Bildfenster den jeweiligen
Meßwert der Lottiefe als Zahl zur Anzeige bringt.
-
Eine besondere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin,
daß das Einstellorgan zur Einstellung des Teillotbereiches durch eine selbsttätige
Nachstellvorrichtung betätigt wird. Zweckmäßigerweise erfolgt die Einstellung selbsttätig,
vorzugsweise durch den Antrieb eines Motors, wobei Mittel vorgesehen sind, die die
Bewegung in dem Augenblick anhalten, in dem sich das Bild des angeloteten ausgedehnten
Gegenstandes über die Mitte des Anzeigebildfeldes erstreckt.
-
Diese Mittel bestehen beispielsweise in einer Fotozellenanordnung,
die vor dem Anzeigebildfeld symmetrisch zu diesem angeordnet und derart in Differentialschaltung
geschaltet ist, daß das Anzeigebildfeld fortlaufend auf die Mitte des Bildfeldes
eingestellt wird.
-
Eine andere Ausführungsform einer automatischen Nachstellvornichtung
wird weiter unten an Hand von Fig. 5 beschrieben.
-
Zweckmäßigerweise sind Schaltmittel vorgesehen, durch die wahlweise
eine automatische Einstellung oder eine Einstellung von Hand bewirkt wird.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Einrichtung nach
der Erfindung beispielsweise dargestellt.
-
In Fig. I bedeutet I den Anzeigeschirm eines Braunschen Rohres, auf
dem der Elektronenstrahl einen senkrechten Strich 2 erzeugt, dessen Gesamtlänge
einem Meßbereich von 600 m entspricht.
-
Ungefähr in der Mitte, d. h. in einer Tiefe von ungefähr 300 m, erscheint
eine deutliche und ausgedehnte Echolotanzeige 3, die den Meeresboden anzeigt. Dicht
darüber erscheinen unregelmäßige Lotanzeigen, die von einem Fischschwarm herrühren.
-
Der Bereich 4 von etwa 300 m oberhalb des Meeresbodens ist demnach
der interessierende Bereich für den Fischfang an dieser Stelle des Meeres.
-
Auf Grund dieser Sachlage wird vom Benutzer das Anzeigegerät auf
einen Teillotbereich von 310 bis 325 m umgeschaltet. Durch eine besondere Steuerung
des Elektronenstrahls ist dafür gesorgt, daß von dem Elektronenstrahl selbst eine
Skala aufgeschrieben wird, bei der die Striche bei 3Io, 320 und 325 eine mittlere
Länge besitzen, während die einzelnen Meter nur durch sehr kurze Striche angedeutet
sind. Die Echos dagegen werden als sehr weite Auslenkungen sichtbar und' ergeben
ein stark vergrößertes Bild des Bereiches 4 von Fig. I, das sich nunmehr über den
ganzen Meßbereich des Anzeigeschirmes in Fig. 2 erstreckt. Der Teillotbereich ist
in Richtung des Pfeiles 5 auf dem Anzeigegerät verschiebbar, so daß das Lotbild
auf die Mitte des Anzeigegerätes eingestellt werden kann. Eine Schaltanordnung zur
Verschiebung des Teillotbereiches relativ zum Gesamtlotbereich auf dem Anzeigegerät
ist in Fig. 3 beispielsweise dargestellt. 6 bedeutet eine in Richtung des Pfeiles
7 gleichförmig umlaufende Nockenscheibe. Der Nocken 8 betätigt einen feststehenden
Kontakt 9, der den Stoßltreis 10 der Sendeanlage anstößt, wodurch der Unterwasserschallsender
II zur Aussendung eines Lotsignals angeregt wird. Die Aussendung des Lotsignals
erfolgt auf diese Weise in regelmäßigen Zeitabständen. Außerdem wird durch den Nocken
8 ein in Richtung des Pfeiles 12 verschiebbarer Kontakt I3 betätigt, der den Kippzeitpunkt
der Zeitablenkung des Braunschen Rohres 14 auslöst. Durch Schließen des Kontaktes
I3 wird in an sich bekannter Weise eine Kondensatorenanordnung zur Entladung gebracht,
die eine Bewegung des Elektronenstrahls in Richtung des einen Ablenkplattenpaares
bewirkt. Am anderen Ablenkplattenpaar liegt in an sich bekannter Weise die über
einen Verstärker I5 verstärkte Klemmenspannung des Empfängers I6, der durch die
empfangenen Echolote erregt wird. Der Kontakt I3 ist längs einer kreisförmigen Skala
I7 verschiebbar.
-
Die Lage des Kontaktes 13, die an der Skala I7 abgelesen wird, ist
ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen der Auslösung eines Echosignals und dem Kippvorgang
der Ablenkspannung am Braunschen Rohr 14. Durch diese Zeitdifferenz ist gleichzeitig
die räumliche Lage des Lotbereiches 4 (nach Fig. I) in bezug auf den Gesamtlotbereich
bestimmt. Die Skala I7 ist unmittelbar in Metern geeiicht und gibt dann die Lottiefe
des angeloteten Fischschwarmes an, wenn das Echo auf einer bestimmten Marke am Braunschen
Rohr erscheint.
-
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, hier sind
die Verhältnisse so eingerichtet, daß der gesamte Lotbereich von beispielsweise
600 m in eine Vielzahl von nebeneinander verlaufenden Teilbereichen aufgelöst ist,
die in der Fig. 4 durch Stnichelung angedeutet sind. Durch eine Nockenscheibenanordnung
entsprechend derjenigen in Fig. 3 wird dafür gesorgt, daß stets nur zwei gewünschte
Teilbereiche am Braunschen Rohr hell getastet werden, während die übrigen Abtastlinien
dunkel bleiben. Der hell zu tastende Bereich ist ebenfalls einstellbar und wird
aus dem Gesamtbereich so ausgewählt, daß auf diese Weise zwei Fischschwärme zur
Anzeige gelangen. Diese beiden Teillotbereiche sind durch die ausgezogenen Kurven
I8 und 19 angedeutet. Außerdem ist auf demselben Rohr ständig der Gesamtlotbereich
in verkleinertem Maßstab in Form der ausgezogenen Kurven 20 dargestellt.
-
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine selbsttätige
Einstellung des Teillotbereiches oder auch des Grundechos auf die Mitte des Anzeigebildfeldes
gestattet. Ein Kontaktarm 21 läuft in Richtung des Pfeiles 22 synchron mit der Aussendung
der Meßimpulse über zwei IR:ollektorsegmente 23 und 24, die auf einer Scheibe 25
aus Isolierstoff montiert sind. Der Kontaktarm 21 kann mit der Nockenscheibe 6 aus
Fig. 3 auf derselben Achse starr befestigt sein. Die Scheibe 25 ist in diesem Falle
koaxlial zur Nockenscheibe 6 angeordnet, aber nicht mit dieser gekoppelt. Der Auslösekontakt
I3 für das Kippgerät der Braunschen Röhre aus Fig. 3 kann unmittelbar auf der Scheibe
25 montiert sein.
-
Diese Scheibe mit den Kollektorsegmenten 23 und 24 ist vermittels
des über das Zahnrad 26 angekoppelten reversiblen Motors 27 in beiden Richtungen
drehbar, wie dies durch den Pfeil 36 dargestellt ist.
-
Der Motor 27 kann wechselweise durch Schließen der Kontakte 28 bzw.
29 derart in Gang gesetzt werden, daß er im einen oder im entgegengesetzten Sinne
umläuft.
-
Diese Kontakte werden bei Erregung der kelaisspulen 30 bzw. 3I geschaltet,
die in Serie mit je einem Kondensator 32 bzw. 33 und je einem Widerstand liegen,
der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Ferner sind die Kondensatoren 32
bzw. 33 an ihrer nicht mit den Relais spulen 30 bzw.
-
3I verbundenen Belegung an die Kollektorsegmente 23 bzw. 24 angeschlossen.
Der Kontaktarm 2I ist leitend mit der Anode einer Gasentladungsröhre I7
verbunden,
die durch eine genügend hohe negative Gittervorspannung normalerweise gesperrt ist.
An das Gitter dieser Röhre ist der Empfangsverstärker I5 angekoppelt, an dessen
Eingang der Empfänger I6 für die Echoimpulse liegt.
-
Diese Anordnung wirkt folgendermaßen: Bei Eintreffen !eines Echoimpulses
am Empfänger IZ erhält das Gitter der Röhre I7 einen positiven Spannungsimpuls.
Falls der rotierende Kontaktarm 2I, wie in der Zeichnung dargestellt, in diesem
Augenblick auf dem Segment 23 steht, wird der Kondensator 32 über die Röhre I7 entladen.
-
Nach Löschen der Röhre I7 flileßt während der anschließenden Aufladung
kurzzeitig ein Strom durch die Relaisspule 30, wodurch der Kontakt 28 betätigt,
der Motor 27 eingeschaltet und die Scheibe 25 in Richtung des Pfeils 22 gedreht
wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei Eintreffen der nächsten Echoimpulse so
lange, bis der Kontaktarm 21 bei Echoempfang gerade in der Lücke zwischen den beiden
Segmenten 23 und 24 steht, worauf der Motor abgeschaltet wird.
-
Entsprechend, aber mit entgegengesetztem Drehsinn, wird die Scheibe
25 bewegt, wenn der Kontaktarm 21 bei Echoempfang auf dem anderen Segment 24 steht.
-
Durch diese Vorrichtung wird erreicht, daß die Auslösung des Kontakts
I3 für das Kippgerät nach Fig. 3 durch die eintreffenden Echoimpulse gesteuert wird.