DE945820C - Echoloteinrichtung - Google Patents

Echoloteinrichtung

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DE945820C
DE945820C DEA2501D DEA0002501D DE945820C DE 945820 C DE945820 C DE 945820C DE A2501 D DEA2501 D DE A2501D DE A0002501 D DEA0002501 D DE A0002501D DE 945820 C DE945820 C DE 945820C
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DE
Germany
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echo
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distance
time
time deflection
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Expired
Application number
DEA2501D
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English (en)
Inventor
Dr Willy Kunze
Dr Heinz Thiede
Dipl-Ing Martin Schumacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Werke AG
Original Assignee
Atlas Werke AG
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Edholoteinrichtung Bei der Messung von Meerestiefen mittels Senkblei ist es bekannt, die Tiefenmessung gleichzeitig mit einer Untersuchung über die Beschaffenheit des Meeresgriundes zu verbinden, indem man mit dem Senkblei eine Probe vom Meeresgrund heraufholt.
  • Da die Seekarten meist Angaben über die Beschaffenheit des Meeresgrundes enthalten, gewinnt man hierdurch gleichzeitig zwei Werte zur Bestimmung des Schiffsstandortes.
  • Heute wird kaum noch mit dem Senkblei, sondern fast ausschließlich nach dem Echolotverfahren mit Schallimpulsen gearbeitet. Auch dabei besteht die Möglichkeit, Besonderheiten der Bodenbeschaffenheit zu erkennen.
  • So hat man aus dem Auftreten von sogenannten M'ehrfachechos, d.h. einer Gnuppe dicht aufeinanderfolgender, im wesentlichen der Meeres tiefe entsprechender Echoanzeigen auf das Vorhandensein von Sedimentschichten am Meeresgrunde geschlossen. Bei dem hierzu benutzten Lotgerät, das einen Meßbereich von 75 m hatte, erfolgte die Echoanzeige in üblicher Weise durch eine längs einer kreisförmigen Tiefenskala umlaufende, bei Echoankunft aufleuchtende Glimmlampe.
  • Die Benutzung eines normalen, in der Hauptsache der Tiefenanzeige dienenden Lotgerätes für die Beobachtung von Mehrfachechos hat jedoch verschiedene Nachteile. Um die Feststellung der genauen Struktur von Mehrfachechos zu ermöglichen, muß zunächst der Entfernungsmaßstah der Echoanzeige ausreichend groß sein. Da der Durchmesser einer kreisförmigen Skala bei einem für den Gebrauch an Bord bestimmten Gerät ein gewisses Maß nicht überschreiten darf, kann bei einem Lotgerät der vorerwähnten Art eine weit auseinander gezogene Anzeige von Mehrfachechos nur durch Verkleinerung des dem Skalenumfang entsprechenden Entfernungsbereiches erhalten werden. Dieses bedingt wieder entweder einen Verzicht auf die Messung größerer Tiefen oder die Vorsehung besonderer Einrichtungen iur Erzielung eindeutiger Lotergebnisse. Letzteres ist z. B. der Fall bei- Echoloten, die zur genauen Entfernungsmessung wählbar einschaltbare Teilmeßbereiche von z. B. o bis Form, 100 bis 200 m usf. aufweisen. Abgesehen davon, daß die auf diese Weise bei den bekannten Echolotgeräten erzielte Vergrößerung des Entfernungsmaßstabes zur klaren Erkennung der Echostruktur nicht ausreicht, kann mangels einer Überlappung der Teilbereiche der Fall eintreten, daß ein auf die Grenze zweier Teilmeßbereiche fallendes Mehrfachecho in keinem der beiden Bereiche in seiner ganzen Ausdehnung beobachtet werden kann.
  • Ein besonders schwerwiegender Nachteil der Beobachtung von Mehrfachechos mittels einer Glimmlampenanzeige besteht darin, daß Intensitätsunterschiede der Komponenten des Mehrfachechos nicht ausreichend erkennbar sind, da stärkere Echos die Glimmlampe zwar heller aufleuchten lassen, eine Abschätzung und ein Vergleich derAmplituden von Echokomponenten hiernach jedoch nur in sehr mangelhafter Weise möglich ist. Da Glimmlampen außerdem eine gewisse Ansprechschwelle haben, kommen schwächere Komponenten überhaupt nicht zur Anzeige.
  • Nachteilig ist auch, daß bei einer Anzeige des Echos längs einer Kreisskala das Echobild je nach der angezeigten Entfernung in wechselnder Lage zu betrachten ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Lotgerätes, das außer Anzeige der Entfernung reflektierender Gegenstände an einer Skala auch die genaue Beobachtung der Struktur empfangener Mehrfachechos in einem Großbild gestattet, und zwar hinsichtlich der Amplitude der Komponenten und ihres gegenseitigen Abstandes, welches beides im folgenden unter dem Begriff der Echoform zusammengefaßt ist, ohne die Mängel der bisherigen Beobachtungsverfahren.
  • Blei einem derartig kombinierten Gerät ist es nicht erforderlich, bei der Gestaltung der der Entfernungsanzeige dienenden Einrichtung auf die Beobachtbarkeit der Echoform-Rücksicht zu nehmen, so daß hinsichtlich des Meßbereiches, dessen Unterteilung und der Art der Anzeige auf bewährte, dem jeweiligen Gebrauchszweck angepaßte Ausführungsformen zurückgegriffen werden kann. Andererseits kann die Einrichtung für die Großbildanzeige allein unter dem Gesichtspunkt einer übersichtlichen, äuch aus großer Entfernung gut beobachtbaren, ein ~Höchstmaß von Aufschlüssen gebenden Echoformanzeige gestaltet werden.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung zur Anzeige der Entfernung reflektierender Gegenstände an einer Skala durch Echolotung mit periodisch ausgesandten Impulsen, insbesondere Schallimpulsen, kombiniert mit einer Einrichtung zur Darstellung der Form zusammengesetzter Echos in einem beliebig gegenüber der Aussendung verschobenen Teilabschnitt der Lotperiode auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahlrohres mit einer gegebenenfalls einstellbaren, Zeitablenkgeschwindigkeit des Leuchtpunktes, die insbesondere einen im Vergleich zur Entfernungsanzeige wesentlich vergrößerten Entfernungsmaßstab ergibt, und mit Anzeige der Echoamplitude durch Auslenkung des Leuchtpunktes senkrecht zur Zeitablenkung, wobei in jeder Lotperiode nur eine einteilige Zeitablenkung erfolgt.
  • Die allgemeine Entfernungsanzeige vermittelt einen Überblick über sämtliche aufgenommenen Echos und die entsprechenden Entfernungen, die danach ohne zeitraubendes Suchen im Großbild eingestellt werden können.
  • Die Wirkung dieser Einrichtung ist der Betrachtung eines Teiles eines durch eine Amplitudenanzeige längs der Entfernungsskala dargestellten Echoablaufs durch eine längs der Skala verschiebliche Lupe vergleichbar, ohne die Mängel einer solchen Einrichtung aufzuweisen.
  • Bei der Aufzeichnung von Echos elektromagnetischer Wellen aus der Ionosphäre mit einem Kathodenstrahloszillographen ist es bekannt, eine mit der Aussendung beginnende Zeitablenkung des Leuchtpunktes in mehreren parallelen Zeilen vorzunehmen, um den Entfernungsmaßstab zu vergrößern und die Höhe der reflektierenden Schichten genauer messen zu können. Trotz der Vergrößerung des Entfernungsmaßstabes im Vergleich zu einer einzeiligen Zeitablenkung ist eine befriedigende Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe auf diese Weise nicht möglich, wie im folgenden gezeigt wird. Bei mehrzeiliger Aufzeichnung ist die Amplitude der Echoanzeigen durch den Zeilenabstand begrenzt, da eine Überlagerung der Echobilder benachbarter Zeilen ein unübersichtliches Bild ergeben würde. Um die zulässige Amplitude der Echoanzeigen nicht zu klein werden zu lassen, kann daher nur eine begrenzte Zeilenzahl vorgesehen werden Allein um den gleichen Ent£ernungsmaßstab zu erhalten, wie ihn die üblichen Echolotgeräte mit kreisförmiger Skala aufweisen, muß schon eine beträchtliche Beschränkung in der Wiedergabe der Echoamplituden in Kauf genommen werden. Demgegenüber ist bei der Großbilderzeugung gemäß der Erfindung die Möglichkeit gegeben, jeden beliebigen. Teil des Echoablaufs mit nahezu beliebig vergrößertem Entfernungsmaßstab abzubilden. Gleichzeitig steht wegen der nur einzeiligen Zeitablenkung die ganze Schirmfläche des Kathodenstrahlrohres für die Amplitudenablenkung zur Ver- fügung. Außer der Unübersichtlichkeit einer mehrzeiligen Zeitablenkung weist diese noch den schon in anderem Zusammenhange erwähnten Nachteil auf, daß ein Mehrfachecho gerade auf den Übergang von einer Zeile zur nächsten fallen kann, so daß es nicht als zusammenhängendes Ganzes und unter Umständen nur verzerrt beobachtbar ist.
  • Im wesentlichen die gleichen Mängel wie die mehrzeilige Zeitablenkung bei einem Kathodenstrahloszillographen weisen Lotgeräte auf, bei denen an Stelle einer Kreisskala eine spiralförmig in mehreren Windungen verlaufende Skala vorgesehen ist. Auch hierbei ist nur eine beschränkte Amplitudenauslenkung zulässig und die Anzeige ist unübersichtlich, so daß derartige Geräte keinen Eingang in die Praxis gefunden haben.
  • Bei der Aufzeichnung von Echos aus der Ionosphäre, wobei infolge großer Entfernung vom Sendeort der Sendeimpuls nicht direkt empfangen werden konnte, wurde die Zeitablenkung eines Kathodenstrahloszillographen mit der Periode der empfangenen Echos synchronisiert. Wie bei derartigen Messungen üblich, entsprach der abgebildete Entfernungsbereich nur einem Bruchteil der Lotperiode, die dewöhnlidi wesentlich größer als die zu messenden Echozeiten gewählt wird, jedoch war der Entfernungsmaßstab der Aufzeichntungen derselbe, wie er bei den normalen Registrierungen der Höhe von Ionosphärenschichten angewendet wird, so daß also keine auseinandergezogene Wiedergabe eines Teilbereiches vorlag.
  • Für die Aufzeichnung des Verlaufs einmaliger schneller Vorgänge mit einem Kathodenstrahl-oszillographen, z. 13. des Strom- und Spannungsverlaufs beim Einschalten einer Leitung, ist es bekannt, eine einmalige schnelle Zeitablenkung des Kathodenstrahles mit einer gewissen Verzögerung auszulösen.
  • Um bei einem üblichen, in erster Linie der Tiefenmessung dienenden Echolotgerät die Echoform genaser zu erkennen, könnte man daran denken, die Echoanzeige durch eine Lupe zu betrachten. Hiermit wird jedoch nicht viel gewonnen, weil das Echobild bei den für die Entfernungsanzeige gebräuchlichen Zeit- und Amplitudenablenkungen gewöhnlich stark veraschen ist, so daß sich bei Betrachtung durch eine Lupe wohl ein größeres, aber kein klareres Bild der Echoform ergibt. Bei einer derartigen Einrichtung wäre man außerdem an die Verwendung einer für die Erkennung der Echoform geeigneten Anzeigeart der Echos gebunden.
  • Die Erfindung werde an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • Abb. I zeigt Echoformen für verschiedene Bodenbeschaffenheit, Abb. 2 eine Anzeigevorrichtung für Echolote mit Entfernungsanzeige durch ein umlaufendes Neonrohr und Anzeige der Echoform durch ein Braunsches Rohr.
  • In der Abb. I sind zwei charakteristische Schwingungsformen a und b für Echos dargestellt, wie sie bei der Tiefenmessung im Wasser beobachtet werden. Die erste birnenförmige Echoform o, die im wesentlicllen der Form des ausgesandtenLotimpulses entspricht, stammt von einem festen, gut reflektierden Grund her. Das Echo b, das eine mehr oder weniger zerrissene Gestalt mit Einsattelungen aufweist und in seiner Amplitude meist schwächer als das Echo a und außerdem starken zeitlichen Schwankungen unterworfen ist, entsteht durch Reflexion an einem weichen schlickhaltigen Grund. Es ist aus dieser Form leicht zu erkennen, daß eine mehrmalige Reflexion an hintereinanderliegenden Schichten (Schlick und fester Grund) stattgefunden hat.
  • Die Schwingungsform des Echos läßt sich durch einen geeigneten Oszillographen, z. B. einen Kathodenstrahloszillographen, nachweisen.
  • Bei der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform sind zwei völlig voneinander getrennte Anzleigevorrichtungen für die Entfernung und die Echoform vorgesehen.
  • Die Entfernung wird an einer kreisförmigen Entfernungsskala c durch einen Lichtzeiger d, z. B. ein im Takte der Lotungen umlaufendes, bei der Schallaussendung durch den Nullpunkt gehendes gasgefülltes Rohr angezeigt, das im Augenblick der Echoankunft kurzzeitig aufleuchtet und dadurch Entfernung des reflektierenden Objekts an der Kreisskala c angibt.
  • Die Echoform wird durch ein Braunsches Rohr angezeigt, von dem in der Abbildung nur der Leuchtschirm g dargestellt ist. Das Leuchtrohr arbeitet mit einer Zeitablenkung, die um ein Mehrfaches schneller ist als die Zeitablenkung an der Entfernuugsskala. Bei einem Meßbereich von o bis 200 m und einer Schallgeschwindigkeit im Wasser von I500 m/Sek. ist z. B. die Zeitablenkung für den Lichtzeiger d derart, daß er sich in 4/15 Sekunden einmal für die ganze Entfernungsskala hinwegbewegt. Die Zeitablenkung am Braunschen Rohr möge dabei so gewählt sein, daß der Leuchtfleck sich bei z. B. geradliniger Zeitablenkung in t/100 Sekunde über die ganze Breite des Leuchtschirmes g hinwegbewegt. Bei einer Echodauer von z. B. 7/tooo Sekunden wird dann das Echo fast über die ganze Breite des keuchtschirmes auseinandergezogen, wie aus Abb. 2 ersichtlich. Damit das Echo auf das Braunsche Rohr kommt, muß die Zeitablenkung bei oder kurz vor Beginn des Echoeinsatzes einsetzen. Zur Erlangung einer ruhigen und möglichst stehenden Anzeige, d. h. einer solchen, bei der die rasche Aufeinanderfolge der einzelnen Echoanzeigen den Eindruck eines stehenden Bildes hervorruft, ist es zweckmäßig, die Zeitablenkung in jeder Lotperiode nur einmal, und zwar bei Rückkehr des Echos, durchzuführen. Der Beginn der Zeitablenkung am Braunschen Rohr kann von Hand entsprechend der an der Skala c abzulesenden Entfernung eingestellt werden. Die Vorrichtung zur Einstellung des AuslösezeitpunktLes für den Zeitkreis des Braunschen Rohres kann noch mit einem Zeiger versehen sein, der gegebenenfalls gleichzeitig zur genaueren Ablesung der Entfernung zu gebrauchen ist. Gegebenenfalls kann die Einstellung auch durch die Echos selbst erfolgen, und zwar entweder durch das gerade anzuzeigende Echo oder durch das jeweils vorhergehende Echo. Das erste Verfahren hat den Vor- teil, daß der Einsatz der Zeitablenkung stets mit dem Beginn des Echos zusammenfällt, so daß sich die aufeinanderfolgenden Bilder gut decken. Das Verfahrenn erfordert jedoch eine sehr schnelle Wirksamkeit der Zeitablenkungseinschaltung und unterdrückt den Einsatz des Echos. Das zweite Verfahren ist demgegenüber einfacher in sleiner Ausfiih'rung, hat aber den Nachteil, daß sich das Echobild jeweils um ein der Entfernungsänderung von einem zum nächsten Echo entsprechendes Stück verschiebt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich. Insbesondere kann die Zeitkonstante der Zeitablenkung für die Anzeige. der Echoform anders gewählt oder einstellbar sein, um das Echo je nach Bedarf mehr oder weniger weit auseinander zuziehen.
  • Ferner könnte die Anzeigevorrichtung auch so ausgebildet sein, daß die Zeitablenkung während der Echoankunft mit mehrfach gesteigerter Geschwindigkeit erfolgt. Die Umschaltung auf eine kleinere Zeitkonstante kann hierbei, ähnlich wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 beschrieben, von Hand oder selbsttätig entweder durch das gerade anzuzeigende oder die vorhergehenden Echos erfolgen. Die Erfindung kann unter Umständen schon allein zum Zweck der genaueren Entfernungsanzeige Bedeutung haben, wobei es weniger oder gar nicht auf die Anzeige der Echoform,- sondern auf die genaue Anzeige des Echoeinsatzes ankommt. Auch ist die Erfindung sinngemäß in Verbindung mit schreibenden Anzeigevorrichtungen zu gebrauchen. Schließlich kann die Erfindung auch auf Echolote zur Höhenmessung auf Flugzeugen Anwendung finden. Auch hier ergibt sich je nach der Beschaffenheit des überflogenen Erdbodens, z. B. bei Überfliegen von Wasser, ebenem Gelände oder Wald, eine andere Echoform.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Periodisch arbeitendes- Echolotgerät, insbesondere für die Echolotung mit Schallimpulsen, gekennzeichnet durch die Kombination einer Einrichtung zur Anzeige der Entfernung echoerzeugender Gegenstände an einer Skala mit einer Einrichtung zur Darstellung der Struktur zusammengesetzter Echos in einem beliebig gegenüber der Aussendung verschobenen Teilbereich der Lotperiode auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahlrohres mit einer gegebenenfalls einstellbaren Zeitablenkgeschwindigkeit des Leuchtpunktes, die insbesondere einen im Vergleich zur Entfernungsanzeige wesentlich vergrößerten Entfernungsmaßstab ergibt und mit Anzeige der Echo amplitude durch Auslenkung des Leuchtpunktes senkrecht zur Zeitablenkung, wobei in jeder Lotperiode nur eine einzeilige Zeitablenkung erfolgt.
  2. 2. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Handeinstellung des Auslösezeitpunktes der Zeitablenkung des Leuchtpunktes an beliebiger Stelle der Lotperiode, insbesondere entsprechend einer Echoanzeige an der Entfernungsskala, und einen mit dieser Vorrichtung verbundenen Zeiger zur Anzeige der dem eingestellten Auslösezeitpunkt entsprechenden Echoentfernung.
  3. 3. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Zeitablenkung des Leuchtpunktes durch die auf dem Bildschirm darzustellenden Echos selbst eingestellt wird.
  4. 4. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Beginns der Zeitablenkung des Leuchtpunktes durch das jeweils vorhergehende Echo erfolgt.
  5. 5. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitablenkung des Leuchtpiunktes durch das ab zu bildende Echo selbst eingeschaltet wird.
  6. 6. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Anzeigemittel für die Entfernungsanzeige und die Echoformanzeige vorgesehen sind.
  7. 7. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Kathodenstrahlröhre sowohl für die Entfernungsanzeige als auch für die Echoformanzeige die Zeitablenkgeschwindigkeit des Leuchtpunktes in einem Teilabschnitt der Lotperiode reell, d. h. ohne Zuhilfenahme einer Lupe, vergrößert ist.
  8. 8. Kombiniertes Echolotgerät nach Anspruch I und 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Entfernungsanzeige ein schreibendes Lotgerät vorgesehen ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 606075, 647 297; ENT, Jahrg. I934, S.38; Proc. Phys. Soc., Jahrg. I936, S.42I bis 432; Jahrg. I936, S.865 bis 868; Jahrg. 1934, S.862; Die Naturwissenschaften, I935, 5. 387 bis 389; Dissertation von M. Freundlich, Til Berlin, 17. 3. 1933: »Die Meßschaltungen zur Aufnahme einmaliger schneller Vorgänge mit dem Kathodenstrahloszillographens, S. 30, gar.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1043130B (de) * 1956-06-21 1958-11-06 Plath G M B H Nautisch Elektro Navigationseinrichtung fuer Schiffe
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