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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.
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Da die Seekarten meist Angaben über die Beschaffenheit des Meeresgrundes
enthalten, gewinnt man hierdurch gleichzeitig zwei Werte zur Bestimmung des Schiffsstandortes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die allgemeine Entfernungsanzeige vermittelt einen Überblick über
sämtliche aufgenommenen Echos und die entsprechenden Entfernungen, die danach ohne
zeitraubendes Suchen im Großbild eingestellt werden können.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung werde an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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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.
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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.
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Die Schwingungsform des Echos läßt sich durch einen geeigneten Oszillographen,
z. B. einen Kathodenstrahloszillographen, nachweisen.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform sind zwei völlig
voneinander getrennte Anzleigevorrichtungen für die Entfernung und die Echoform
vorgesehen.
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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.
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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.
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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.
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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.