DE961515C

DE961515C - Echolotgeraet with a transmission device for generating vibration pulses

Info

Publication number: DE961515C
Application number: DEE8182A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Erhard Ahrens; Hans Otten
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1953-11-25
Filing date: 1953-11-25
Publication date: 1957-04-04

Description

Echolotgerät mit einer Sendeeinrichtung zur Erzeugung von Schwingungsimpulsen Die Erfindung betrifft ein Echolotgerãt mit $iner Sendeeinrichtung zur Erzeugung von Schwingimgsimpulsen, die eine Schaltvorrichtung für die Tastung der Impulse und Mittel zur Erzeugung einer zeitlich wechselnden Polarität an den Klemmen der Schaltvorrichtung enthält.Echosounder with a transmitting device for generating vibration pulses the The invention relates to an Echolotgerãt with $ iner transmitting device for generating Schwingimgsimpulsen, which is a switching device for sensing the pulses and Means for generating a time-changing polarity at the terminals of the switching device contains.

Bei bekannten Echolotgeräten werden kurzzeitige Impulse dadurch erzeugt, daß eine Gleichspannungsquelle, vorzugsweise ein geladener Kondensator, über einen Schalter an einen Strahler gelegt wlrd. Im Falle der Echolotung mit akustischen Wellen dient als Strahler ein elektroakustischer Wandler, an dem ein Druckwellenimpuls gewünschter Form und Schwingungsfrequenz entsteht. Hierbei wird die Schalteinrichtung sehr stark beansprucht, da sie zu Beginn des Impulses eine besonders hohe Energie zu übertragen hat, und weiter auch dadurch, daß die Polarität an den Konç takten bei Beginn des Impulses stets die gleiche ist. In known echo sounders, short-term impulses are generated by that a DC voltage source, preferably a charged capacitor, via a Switch placed on a spotlight. In the case of echo sounding with acoustic Waves is used as a radiator by an electroacoustic transducer to which a pressure wave pulse desired shape and oscillation frequency is created. Here the switching device very heavily used, because they have a particularly high energy at the beginning of the impulse has to be transmitted, and further also by the fact that the polarity at the contacts is always the same at the beginning of the impulse.

Dabei treten Wanderungen des Kontaktmaterials in stets gleichbleibender Richtung auf, die zu einem schnellen Verschleiß des Schalters führen.Migration of the contact material occurs in an ever more constant manner Direction that lead to rapid wear of the switch.

Es ist an sich bekannt, bei gleichstrombetriebenen elektrischen Geräten die beschriebene Al)-nutzung der Kontakte bzw. Elektroden durch eine Vorbehandlung oder Nachbehandlung mit Wechselströmen oder mit zerhackten Gleichströmen wechselnder Richtung zu verhindern. Es ist auch bekannt, zu demselben Zweck vor einen gleichstromdurchflossenen Schalter einen Wechselrichter zu legen, der während des Betriebes wirksam ist. It is known per se for electrical devices operated with direct current the described Al) use of the contacts or electrodes through a pretreatment or aftertreatment with alternating currents or with chopped direct currents Direction to prevent. It is also known for the same purpose in front of a direct current flowing through it Switch to place an inverter that is effective during operation.

Das erstgenannte bekannte Verfahren könnte an sich auch bei Echolotgeräten mit polarisiertem Sender angewendet werden, ist jedoch umständlich; das zweite Verfahren ist zwar hinsichtlich seiner Anwendung einfacher, erfordert aber ebenso wie das erste eine besondere Zusatzeinrichtung, nämlich den Wechselrichter. The first-mentioned known method could per se also be used in echo sounders used with a polarized transmitter is cumbersome; the second method is simpler in terms of its application, but requires just like that first a special additional device, namely the inverter.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine schonende Kontaktumschaltung durch eine während des Betriebes wirksame Maßnahme; dabei sind außer der die Polarisation des sendenden Schwingers bewirkenden Stromquelle keine zusätzlichen Hilfsmittel erforderlich. Gegenüber dem vorstehend angegebenen bekannten Verfahren wird somit eine besonders einfache Handhabung bei gleichzeitig einfachem Aufbau des Geräts erzielt. The present invention enables gentle contact switching by a measure effective during operation; besides that are the polarization the power source causing the sending oscillator does not require any additional aids necessary. Compared to the above-mentioned known method is thus particularly simple handling with a simple structure of the device at the same time achieved.

Erfindungsgemäß dient bei Geräten der eingangs genannten Art zur Polarisation ein Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung, dessen bzw. deren Frequenz erheblich unter der Schwingungsfrequenz der Impulse liegt und von der Tastfrequenz abweicht, wobei die Quelle des genannten Wechselstroms bzw. der Wechselspannung bei der Tastung über die Schaltvorrichtung kurzzeitig an den Schwinger anschaltbar ist. According to the invention is used in devices of the type mentioned for Polarization an alternating current or an alternating voltage, its or its frequency is considerably below the oscillation frequency of the impulses and of the sampling frequency deviates, the source of said alternating current or alternating voltage Can be briefly connected to the transducer when keying via the switching device is.

Hierbei hängt die Arbeitsweise der Vorrichtung vom Verhältnis der Frequenz der Wechselspannung zur Frequenz der Tastung ab. Um die erwünschte Wirkung der Umpolung zu erzielen, soll dieses Verhältnis nicht einer ganzen Zahl entsprechen, da in diesem Falle die Impulse stets in dieselbe Phase der Wechselspannung fallen würden und der gewünschte Effekt der Umpolung dann nicht einträte. Here, the operation of the device depends on the ratio of Frequency of the alternating voltage to the frequency of the keying. To get the desired effect to achieve the polarity reversal, this ratio should not correspond to an integer, because in this case the pulses always fall in the same phase of the alternating voltage and the desired effect of polarity reversal would not occur.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird die Wechselspannung einem Kondensator zugeführt, der über die Schaltvorrichtung an einen Schwingungserzeuger anschaltbar ist, der zusammen mit dem Kondensator einen die Schwingungsfrequenz der ausgesendeten Impulse bestimmenden abgestimmten Kreis bildet. Diese Ausführung entspricht der bekannten Stoßkreisanordnung, jedoch mit dem Unterschied, daß zur Speisung des als Spannungsquelle für die Erregung des Stoßkreises dienenden Kondensators eine Wechselspannung benutzt wird. In a further development of the subject matter of the invention, the alternating voltage fed to a capacitor, which is connected to a vibration generator via the switching device can be switched on, which, together with the capacitor, controls the oscillation frequency of the transmitted impulses defining coordinated circle. This execution corresponds to the known impact circle arrangement, but with the difference that for Supply of the capacitor serving as a voltage source for the excitation of the surge circuit an alternating voltage is used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können bei Benutzung polarisierbarer Wandler zur Erzeugung der Schwingungsimpulse zwei Wechselspannungen verwendet werden, deren erste über die Schaltvorrichtung dem Schwingungserzeuger zugeführt wird, wobei die Schaltung derart bemessen ist, daß die Höhe dieser Spannung während der Impulsdauer sich vorzugsweise nur um einen kleinen Betrag ändert und deren zweite, welche die Schwingungsfrequenz der ausgesendeten Impulse erzeugt, dem Schwingungserzeuger direkt oder über die Schaltvorrichtung zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird durch die erste Wechselspannung die Polarisation der Wandler periodisch geändert, jedoch ist vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Polarisation während der Aussendung eines Impulses praktisch konstant bleibt. Diese Bedingung ist nicht notwendig und kann gegebenenfalls fallen gelassen werden. In a further preferred embodiment of the invention can when using polarizable transducers to generate the oscillation pulses two AC voltages are used, the first of which via the switching device to the vibration generator is supplied, the circuit being dimensioned such that the level of this voltage preferably only changes by a small amount during the pulse duration and the second, which generates the oscillation frequency of the emitted pulses, is fed to the vibration generator directly or via the switching device. at In this embodiment, the polarization of the Converter changed periodically, but it is preferably ensured that the polarization remains practically constant during the transmission of a pulse. This condition is not necessary and can be dropped if necessary.

Bei Verwendung polarisierbarer Wandler ist es vorteilhaft, beim Betrieb dafür zu sorgen, daß keine Übersteuerung eintreten kann. When using polarizable transducers, it is advantageous when operating to ensure that no overloading can occur.

Es kann auch ein magnetisch polarisierbarer Schwingungserzeuger, beispielsweise ein elektromagnetischer oder magnetostriktiver Wandler, vorgesehen sein, bei dem die Schaltung derart bemessen ist, daß die Amplitude des der ersten Wechselspannung entsprechenden, den Wandler durchfließenden Stromes größer, z. B. doppelt so groß ist wie die Amplitude des durch die zweite Wechselspannung erzeugten Wandlerstromes. A magnetically polarizable vibration generator can also be used, for example an electromagnetic or magnetostrictive transducer is provided be, in which the circuit is dimensioned such that the amplitude of the first AC voltage corresponding to the current flowing through the converter, z. B. is twice as large as the amplitude of the generated by the second alternating voltage Transformer current.

Bei Verwendung eines-elektrisch polarisierbaren Wandlers, beispielsweise eines dielektrischen Wandlers, wird das genannte Ziel dadurch erreicht, daß die Schaltung derart bemessen ist, daß die am Wandler entstehende Amplitude der ersten Wechselspannung größer als die entsprechende Amplitude der zweiten Wechselspannung ist. When using an electrically polarizable transducer, for example a dielectric transducer, said object is achieved in that the Circuit is dimensioned such that the resulting amplitude at the transducer of the first AC voltage greater than the corresponding amplitude of the second AC voltage is.

Die Übersteuerung der Wandler läßt sich in einer bevorzugten Ausführung in einfacher Weise dadurch vermeiden, daß die die Polarisation erzeugende Wechselspannung und die die Schwingungsimpulse des Wandlers hervorrufende Wechselspannung so bestimmt werden, daß sie miteinander in einem passenden Amplituden- bzw. Phasenverhältnis stehen. The converter can be overridden in a preferred embodiment in a simple manner thereby avoiding the alternating voltage generating the polarization and the alternating voltage causing the oscillation pulses of the transducer is thus determined that they are in a suitable amplitude or phase relationship with one another stand.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. The invention is explained below with reference to the drawing.

Gemäß Fig. I ist der Wandler I über den Schalter 2 mit dem Kondensator 3 verbunden. According to FIG. I, the converter I is connected to the capacitor via the switch 2 3 connected.

Dem Kondensator 3 wird Wechselspannung, beispielsweise aus der Spannungsquelle 4, über den Transformator 5 und die Drossel 6 zugeführt. Die Drossel 6 dient hierbei zur Entkopplung gegenüber der Spannungsquelle, welche Aufgabe auch andere Schaltmittel, beispielsweise der Transformator 5, übernehmen können. In einer bevorzugten Ausführung sind die Impedanzen der Elemente von 4, 5, 6 und 3 so aufeinander abgeglichen, daß die Blindkomponenten der Impedanzen von 4, 5 und 6 für die Frequenz der Quelle 4 durch die Kapazität des Kondensators 3 kompensiert werden, die Spannungsquelle also keine wesentliche Blindleistung aufzubringen hat. AC voltage is applied to capacitor 3, for example from the voltage source 4, fed through the transformer 5 and the choke 6. The throttle 6 is used here for decoupling from the voltage source, which task also other switching means, for example, the transformer 5 can take over. In a preferred embodiment the impedances of the elements of 4, 5, 6 and 3 are matched to one another in such a way that the reactive components of the impedances of 4, 5 and 6 for the frequency of the source 4 be compensated by the capacitance of the capacitor 3, so the voltage source does not have to generate any significant reactive power.

Die Größe der Spannung am Kondensator 3 ist mit der Frequenz der Spannungsquelle zeitlich veränderlich und kann positive und negative Werte annehmen. Bei Schließen der Schalteinrichtung 2 werden der induktive Wandler I, beispielsweise ein magnetostriktiver Wandler, und der Kondensator 3 zu einem schwingungsfähigen Gebilde vereinigt, dessen Frequenz von der der Spannungsquelie 4 irn allgemeinen abweicht. Die Amplitude dieser Schwingung hängt dabei von dem jeweiligen Spannungszustand am Kondensator 3 im Augenblick des Schließens der Schalteinrichtung 2 ab. Die Stromrichtung durch die Schalteinrichtung 2 wird dann, wenn deren Schalthäufigkeit zur Frequenz der den Kondensator 3 speisenden Spannungsquelle in einem irrationalen Verhältnis steht, mit statisti- scher zeitlicher Amplitudenfolge der Impulse umgepolt. The magnitude of the voltage across the capacitor 3 is the frequency of the Voltage source changes over time and can assume positive and negative values. When the switching device 2 is closed, the inductive converter I, for example a magnetostrictive transducer, and the capacitor 3 to an oscillatory Formations united, the frequency of which differs from that of the voltage source 4 in general deviates. The amplitude of this oscillation depends on the respective stress state at the capacitor 3 at the moment the switching device 2 closes. The direction of the current by the switching device 2, when its switching frequency becomes the frequency the voltage source feeding the capacitor 3 in an irrational relationship stands, with statistical shear temporal amplitude sequence of the pulses reversed.

Gemäß Fig. 2 ist in einem weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung der Kondensator 3' so groß ausgelegt, daß er für die Dauer des Schließens der Schalteinrichtung 2 seinen Ladungszustand nur unwesentlich ändert, seine Entladung während des Schaltvorgangs also nahezu aperiodisch verläuft, während die für das Schwingen des polarisierbaren Wandlers I erforderliche Energie einer Stromquelle 7 entnommen wird, die durch einen Transformator 8 eingekoppelt ist. Auch in dieser Schaltung ergeben sich durch die Umpolung der Polarität der Schalteinrichtung mittels der am Kondensator 3' stehenden, zeitlich veränderlichen Wechselspannung die gleichen Vorteile längerer Lebensdauer für die Schalteinrichtung. 2 is in a further embodiment example of the invention the capacitor 3 'designed so large that it remains for the duration of the closing of the switching device 2 its state of charge changes only insignificantly, its discharge during the switching process thus runs almost aperiodically, while that for the oscillation of the polarizable Converter I required energy is taken from a power source 7, which is through a Transformer 8 is coupled. Also in this circuit result from the Polarity reversal of the switching device by means of the time-varying alternating voltage has the same advantages of longer service life for the switching device.

In einer Abänderung der Anordnung nach Fig. 2 kann gemäß Fig. 3 die Stromquelle 7 auch über entsprechende Entkopplungskondensatoren 9 und ro an den Wandler I unter Umgehung der Schalteinrichtung 2 angeschlossen sein, wenn der Wandler derart beschaffen ist, daß er keine nennenswerte Energie abgibt, wenn keine polarisierende Energie über dile Schalteinrichtung 2 zugeführt wird. Die Drossel 1 1 dient in diesem Falle dazu, die von der hochfrequenten Spannungsquelle 7' gelieferte Spannung von dem Kondensator 3' zu entkoppeln. In a modification of the arrangement according to FIG. 2, according to FIG. 3, the Current source 7 also via corresponding decoupling capacitors 9 and ro to the Converter I can be connected by bypassing the switching device 2 if the converter is of such a nature that it does not emit any appreciable energy if it is not polarizing Energy is supplied via the switching device 2. The throttle 1 1 is used in this In addition, the voltage of the high-frequency voltage source 7 'supplied by to decouple the capacitor 3 '.

Nach Fig. 4 werden die mit den Anordnungen nach Fig. I und 2 erzielten Wirkungen in einer zweckmäßigen Form vereinigt. Dabei dient der Kondensator 3' für die Erzeugung einer Polarisation des Wandlers 1 und ist vorzugsweise in seiner Kapazität groß ge'genüber dem Kondensator 3. Der Kondensator 3 bildet beim Schließen des Kontaktes 2 mit dem Wandler I das die Frequenz der ausgesendeten Impulse im wesentlichen bestimmende schwingungsfähige Gebilde. Dabei werden die Kondensatoren 3 und 3' aus der gleichen Stromquelle 4 in bereits geschilderter Form mit Energie versorgt, so daß ein einmal eingestelltes günstiges Verhältnis der Phasen und/oder Amplituden an den Kondensatoren 3 und 3' zeitlich unveränderlich erhalten bleibt. According to FIG. 4, those obtained with the arrangements according to FIGS. I and 2 are achieved Effects combined in an expedient form. The capacitor 3 'is used for the generation of a polarization of the transducer 1 and is preferably in its capacitance large ge'genüber the capacitor 3. The capacitor 3 forms when the contact is closed 2 with the converter I that essentially determines the frequency of the transmitted pulses vibratory structures. The capacitors 3 and 3 'are made of the same Power source 4 supplied with energy in the form already described, so that a once set favorable ratio of the phases and / or amplitudes on the capacitors 3 and 3 'remains unchanged over time.

PATFNvANspn1'cHE: 1. Echolotgerät mit einer Sendeeinrichtung zur Erzeugung von Schwingungsimpulsen, die eine Schaltvorrichtung für die Tastung der Impulse und Mittel zur Erzeugung einer zeitlich wechselnden Polarisation des Schwingers und zum Wechsel der Polarität an den Klemmen der Schaltvorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Polarisation ein Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung dient, dessen bzw. deren Frequenz erheblich unter der Schwingungsfrequenz der Impulse liegt und von der Tastfrequenz abweicht, und daß die Quelle (4) des genannten Wechselstromes bzw. der Wechselspannung bei der Tastung über die Schaltvorrichtung (2) kurzzeitig an den Schwinger (I) anschaltbar ist. PATFNvANspn1'cHE: 1. Echosounder device with a transmitter for Generation of vibration pulses, which a switching device for the keying of the Pulses and means for generating a polarization of the oscillator that changes over time and for changing the polarity at the terminals of the switching device, thereby characterized in that an alternating current or an alternating voltage is used for polarization whose frequency is well below the oscillation frequency of the pulses lies and deviates from the sampling frequency, and that the source (4) of said alternating current or the alternating voltage briefly when keying via the switching device (2) can be connected to the transducer (I).

Claims

2. echo sounder according to claim I, characterized in that the AC voltage is fed to a capacitor (3), which is connected to the switching device (2) can be connected to a vibration generator (i) which, together with the capacitor (3) a tuned which determines the oscillation frequency of the emitted pulses Forms circle.

3. echo sounder according to one of claims I and 2, characterized in that that when using polarizable transducers to generate the oscillation pulses two AC voltages are used, the first of which via the switching device (2) to the Vibration generator (i) is supplied, the circuit being dimensioned in such a way that that the level of this voltage during the pulse duration is preferably only one before small amount changes and the second the oscillation frequency of the transmitted Impulse determining, the vibration generator (I) directly or via the switching device (2) is fed.

4. echo sounder according to claim 3, characterized in that a magnetically polarizable vibration generator, for example an electromagnetic one or magnetostrictive transducer, provided and that the circuit is dimensioned in such a way is that the amplitude of the first AC voltage corresponding to the converter The current flowing through is greater than the amplitude of the second alternating voltage generated converter current.

5 echo sounder according to claim 3, characterized in that an electrically Polansierbaren vibration generator is provided and that the circuit is dimensioned in such a way is that the resulting amplitude of the first alternating voltage at the transducer is greater is than the amplitude of the second alternating voltage.

6. echo sounder according to one of claims I to 5, characterized in that that the alternating voltage producing the polarization and that of the oscillation pulses of the transducer causing alternating voltage with each other in a suitable amplitude and / or phase relationship.

7. echo sounder according to one of claims I to 6, characterized in that that the switching elements of the circuit connected to the AC voltage source (4) are dimensioned such that the AC voltage source has no or almost no reactive power has to raise.

Publications considered: German Patent Specifications No. 896 172, 885 266, 6I8 84I.