DE944599C

DE944599C - Echolotsende- und -empfangsgeraet, insbesondere fuer Echolotung mit Unterwasserschall

Info

Publication number: DE944599C
Application number: DEE4819A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Erhard Ahrens
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1951-12-22
Filing date: 1951-12-22
Publication date: 1956-06-21

Description

Echolotsende- und -empfangsgerät, insbesondere für Echolotung mit Unterwasserschall Gegenstand der Erfindung ist ein Echosende-und -empfangsgerät, insbesondere für Zwecke der Echolotung mit Unterwasserschall, das mit Hilfe eines einzigen magnetostriktiven Schwingers die gleichzeitige Aussendung von Druckwellen verschiedener Frequenzen ermöglicht. Dabei kann sowohl der für die Speisung des magnetostriktiven Wandlers benutzte Generator als auch dieser Wandler selbst in an sich bekannter Weise aufgebaut sein.
Es ist an sich bekannt, daß bei Erregung magnetostrilctiver Schwinger neben der Grundwelle gleichzeitig auch Oberwellen auftreten können. Im allgemeinen ist dieser Effekt aber unerwünscht und nicht praktisch ausgewertet worden, da man bisher stets nur eine einzige Frequenz erzeugen wollte.
Es ist ferner bekannt, zum Zweck der Echolotung nacheinander verschiedene Schallsignale mit ein und demselben Schallsender zu erzeugen, dessen Betriebsfrequenz mit verschiedenen Frequenzen moduliert wird. Die Trennung der Echos verschiedener Frequenz auf der Empfangsseite erfolgt dabei durch Siebmittel. Dieses Verfahren erfordert einen elektrischen Generator, der imstande sein muß, trägerfrequente, mit verschiedenen Frequenzen modulierte Schwingungen zu erzeugen; die Trägerfrequenz ist z. B. 20 kHz, während die Uberlagerungsfrequenzen 1,2 oder 3 kHz betragen. Die im Ubertragungsmedium erzeugten Druckwellen unterscheiden sich bei dem bekannten Verfahren nur um verhältnismäßig geringe Beträge. Es ist wegen dieser geringen Frequenzunterschiede auch nicht möglich, das unterschiedliche Verhalten der verschiedenen Schallsignale hinsichtlich Richtwirkung der Wandler sowie Streuung und Absorption im Medium bei der Übertragung auszunutzen.
Die Erfindung ermöglicht demgegenüber die Erzeugung von stark unterschiedlichen Frequenzen mit an sich für die Erzeugung von Schallimpulsen üblichen Mitteln. Es ist dabei möglich, das verschiedenartige Verhalten der einzelnen Frequenzen bewußt auszuwerten, um in jedem Fall eine möglichst gute Signalübertragung bzw. Anzeige zu erhalten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß verschiedene Frequenzen gleichzeitig erzeugt und dadurch auch gleichzeitig für den Empfang der Signale ausgenutzt werden können.
Erfindungsgemäß werden für Echolotzwecke Oberwellen ausgenutzt, die durch genügend starke Erregung eines magnetostriktiven Schwingers mit einem Wechselfeld, dessen Frequenz der Grundwelle des Schwingers entspricht, entstehen.
Der Effekt, daß gleichzeitig mehrere Wellen verschiedener Frequenzen erzeugt werden, ist nicht zu verwechseln mit dem an sich bekannten Effekt, daß z. B. piezoelektrische Quarze in einer ihrer Oberwellen angeregt werden können.
Dabei wird aber stets nur eine einzige Frequenz erzeugt, und man muß den piezoelektrischen Quarz stets mit einer der gewünschten Oberwelle entsprechenden Frequenz anregen.
Für die Erzeugung des genannten Effekts in magnetostriktiven Schwingern können diese sowohl vormagnetisiert sein oder auch ohne Vormagnetisierung benutzt werden. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ist es jedoch zweckmäßig, mit einer Vormagnetisierung des Schwingers zu arbeiten.
Die Erregung des magnetostriktiven Schwingers kann durch einen Generator an sich bekannter Bauart erfolgen, der entweder als Röhrengenerator oder auch als röhrenloser Stoßkreis ausgebildet sein kann. Im letzten Fall ist nur die Erzeugung von kurzzeitigen Impulsen möglich, während ein Röhrengenerator auf durchgehenden Betrieb oder auf Impulsbetrieb eingestellt werden kann.
Vorzugsweise ist dabei die Ausgangsleistung des Generators derart regelbar, daß ein mehr oder weniger großer Anteil Oberwellen im Schallfeld erzeugt wird.
Zum Empfang der Druckwellen können mehrere Empfangswandler vorgesehen sein, die auf die Oberwellen und vorzugsweise auch auf die Grundwelle abgestimmt sind.
Für die Empfangswandler kann entweder ein einziger gemeinsamer Verstärker mit an diesen angeschlossener Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, oder es kann auch für jeden einzelnen dieser Wandler ein besonderer Übertragungskanal mit einem gemeinsamen oder mit getrennten Anzeigegeräten vorhanden sein.
Die Erfindung hat in mehrfacher Hinsicht besondere praktische Bedeutung. So ist es beispielsweise vielfach erwünscht, die Frequenz der ausgesandten Schall- oder Ultraschallwellen dem jeweiligen Zweck der Lotung anzupassen. Für die Lotung großer Tiefen oder zur Feststellung entfernter Objekte ist eine geringe Frequenz wegen der dabei vorhandenen geringen Absorption im Wasser vorteilhaft. Andererseits bietet die Verwendung von hohen Frequenzen den Vorteil, daß das Auflösungsvermögen der Anzeigevorrichtung, z. B. eines Kathodenstrahloszillographen, größer wird, was insbesondere für die Zwecke der Fischerei von Bedeutung ist. Für die Anzeige kleiner Fische, die in nicht allzu großer Tiefe stehen, wird also zweckmäßig eine hohe Frequenz bevorzugt werden.
Eventuell kann es auch erwünscht sein, die Breite der Richtcharakteristik zu verändern, was bei Verwendung desselben Schwingers durch Übergang auf eine andere Frequenz möglich ist. Unter Umständen ist ein Wechsel der Meßfrequenz von Vorteil, wenn für die eine Frequenz Störungen auftreten, während für die andere ein störungsfreier Empfang möglich ist.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert werden.
In Fig. I ist eine Echolotanlage dargestellt, die einen Generator 1 mit an ihn angeschlossenem magnetostriktivem Schall- oder Ultraschallschwinger 2 enthält.
Ferner, sind drei verschiedene Wandler 3, 4 und 5 für den Empfang der reflektierten Echoimpulse vorgesehen,.die wahlweise über den dreipoligen Umschalter 6 an den Eingang des Verstärkers 7 anschaltbar sind. Der Verstärker ist bei dieser Ausführungsform zweckmäßig als Breitbandverstärker ausgebildet.
Das Anzeigegerät 8 kann beispielsweise ein Lotschreiber oder auch ein Kathodenstrahloszillograph sein. Bei einem an anderer Stelle bereits vorgeschlagenen Gerät dieser Art, das im vorliegenden Fall besonders geeignet ist, erfolgt die Auslösung des Sendeimpulses im Generator 1 beispielsweise durch eine in dem Anzeigegerät 8 befindliche Nockenscheibe, die den Sendekontakt für den Generator I betätigt und ebenfalls das Kippgerät für die Ablenkslpannung der Braunlschen Röhre periodisch auslöst.
An Stelle eines einzigen Verstärkers 7 kann für jeden der Schwinger 3, 4, 5 auch ein besoaderer, abgestimmter Verstärker vorgesehen sein.
Fig,2 zeigt eine Schaltung, bei der außer dem Generator 1 und dem Impulsgeber2 zwei Empfänger 3 und 4 vorgesehen sind, die über getrennte Verstärker 9 und 10 mit ebenfalls getrennten Anzeigegeräten 11 und I2 verbunden sind. Bei einer derartigen Schaltung muß dafür Sorge getragen werden, daß die beiden Anzeigegeräte II und- I2 synchronisiert werden. Dabei brauchen die auf diesen Anzeigegeräten dargestellten Meßbereiche nicht übereinzzustimmen. So kann z. B. eines der Geräbe zur Darstellung des gröBtmögllichen Lotbereiches dienen, während auf dem anderen nur ein Ausschnitt aus diesem Bereich angezeigt wird. Gemäß der Figur ist ein Synchronisiergerät I3 vorgesehen, das praktisch mit dem Anzeigegerät II vereinigt sein kann, das den Generator I tastet.
Die Anzeigegeräte können entweder gleicher Bauart sein, z. B. beide als Lotschreiber oder Kathodenstrahloszillographen ausgebildet sein, oder es können Anzeigegeräte verschiedener Art verwendet werden.
Die Synchronisierung der beiden Geräte kann beispielsweise auf mechanischem Wege erfolgen.
Es ist aber auch eine rein elektrische Synchronisierung.
Ebenso kann die Synchronisierung auf elektromechanischem Wege erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Echolotverfahren mit verschiedenen Sendefrequenzen, insbesondere für Unterwasserschall-Echolotung, unter Verwendung eines magnetostriktiven Schall- oder Ultraschallgebers, der mit einer seiner Grundschwingung entsprechenden Frequenz erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erregende Wechselfeld so stark gemacht wird, daß außer der Grundwelle in an sich bekannter Weise auch ein erheblicher Anteil von Oberwellen entsteht, und daß wahlweise eine der erzeugten Wellen oder mehrere der erzeugten Wellen, seien es mehrere Oberwellen oder sei es die Grundwelle zusammen mit einer oder mehreren Oberwellen, zur Echoanzeige ausnutzbar sind.
2. Echolotverfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite eine gleichzeitige Anzeige der Wellen verschiedener Frequenz erfolgt.
3. Echolotgerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch einen Generator zur Erregung des Magnetostriktionsschwingers mit fest eingestellter großer oder derartig regelbarer Ausgangs4eistung, tdaß wahlweise ein, geringer oder großer Anteil von Oberwellen erzeugt wird.
4. Echolotgerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch mehrere auf einzelne Oberwellen und vorzugsweise auch die Grundwelle abgestimmte Empfänger oder einen auf eine Oberwelle abgestimmten Empfänger.
5. Echolotgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang der Druckwellen mehrere abgestimmte Empfangswandler vorgesehen sind, die wahlweise an einen einzigen Verstärker mit an diesen angeschlossener Anzeigevorrichtung anschaltbar sind.
6. Echolotgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang der Druckwellen mehrere abgestimmte Empfangswandler mit getrennten, vorzugsweise ebenfalls abgestimmten Empfangsverstärkern und gemeinsamer oder getrennter Anzeigevorrichtung der Echoimpulse vorgesehen sind.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 67I 644; Meyer-Epp 1er, »Elektrische Klangerzeugung«, Bonn I949, S. 27.