DE965204C - Akustisches Echolotgeraet - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 6. JUNI 1957

15890 VIIId/74d

Iku Yosano, Tokio

ist als Erfinder genannt worden

Akustisches Echolotgerät

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an akustischen Echolotgeräten im allgemeinen und grundsätzlich auf die Kompensation von Wiedergabefehlern infolge Bewegungen des Meßgerätes innerhalb des zu messenden Abstandes zweier Punkte voneinander, insbesondere bei der Messung der Wassertiefe von einem Schiff oder Boot aus. Bewegungen, die zu solchen Anzeigefehlern führen, sind Schlingern und Stampfen, Neigungen durch Wellengang oder Ladungen und Veränderungen im Tiefgang von Schiffen.

Die Erfindung betrifft ein akustisches Echolotgerät zur Messung des vertikalen Abstandes zwischen zwei Punkten an einer Flüssigkeit, beispielsweise dem Grund und der Oberfläche von einem Körper aus, der in bezug auf diese Punkte seine Lage verändert, und wobei die Zeitdauer vom Zeitpunkt der Aussendung des Zeichens bis zum Empfang nach erfolgter Reflexion am Grunde der Flüssigkeit als Maß für die Entfernung dient und aus den Veränderungen der Lage des Körpers eine Steuergröße zur Korrektur der durch die Lage-

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veränderung bewirkten Abweichungen des Meßergebnisses vom richtigen Wert abgeleitet wird. Die Erfindung besteht darin, daß als Steuergröße eine Flüssigkeitssäule dient und daß das diese Korrektur bewirkende Mittel eine von der Flüssigkeitssäule auf den genannten Körper einwirkende Vorrichtung ist, welche auf die Meßeinrichtung einwirkt und das Meßergebnis entsprechend der Veränderung der Größe der Flüssigkeitssäule beeinflußt.

Weitere Gegenstände sind in dieser Richtung verbesserte und vereinfachte akustische Echolotgeräte. An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung erläutert.

Fig. ι zeigt einen wandernden Registrierstreifen, auf welchem die Tiefen fortlaufend aufgezeichnet sind;

Fig. 2 zeigt eine vergleichende Darstellung von Ergebnissen bekannter Meßanordnungen und soleher nach der Erfindung auf einem gemeinsamen Streifen·;

Fig. 3 stellt eine einfache Form eines Echolotgerätes mit der Verbesserung gemäß der Erfindung dar;

25, Fig. 4 zeigt die Vernältnisse bei Echolotgeräten in Verbindung mit verschiedenen Situationen der Geräte.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird eine genaue Anzeige des Tiefenwertes, d. h. der Wert des Abstandes des Grundes 15 von der Wasseroberfläche 16, nur erreicht, wenn, vorausgesetzt, daß das Meßgerät 10 fest am Rumpf des Schiffes 11 mittels einer Montagestange 12 oder ähnlich angebracht ist, das Schiff einen eben liegenden Kiel besitzt. Diese Bedingung wird in der Navigation jedoch nur selten erfüllt. Wenn der Schiffsrumpf ii, dargestellt durch ausgezogene Linien, Schlagseite zum Hafen bekommt, wie mit gestrichelten Linien dargestellt ist, nimmt auch das Meßgerät 10 ebenfalls an Stelle der Lage der ausgezogenen Linien die Lage der gestrichelten Linie ein. Wenn auch diese Fehlerquelle bei großen Tiefen unbedeutend ist, so wächst doch, der Prozentsatz der Abweichung, wenn sich das Schiff in ansteigend seichtem Wasser bewegt. Solche Fehler müssen aber berücksichtigt werden. Die Sicherheit des Schiffes ist nicht nur abhängig von richtigen Anzeigen! zum gegebenen Zeitpunkt, sondern auch von der genauen Angabe der Beschaffenheit des Grundes eines Flusses, Hafens usw., da der Navigator mit größerer Vorsicht in seichtem Wasser vorgeht, das felsigen Grund besitzt, als solchem mit glattem sandigem Grund. Ein'nachteiliges Merkmal bekannter Echo>lotmesser besteht in der Unfähigkeit, außer der wahren Tiefe des Wassers auch den genauen Charakter des Grundes anzuzeigen.

In Fig. ι wird ein allgemein gebräuchlicher Registrierstreifen gezeigt, der eine Standard-Null-Linie 17, die durch die Zeitabstandstriche 18 unterteilt ist, und eine Senderanzeigelinie 19 und eine Empfängeranzeigelinie 16 besitzt. Der Abstand zwischen den Linien 19 und 16 zeigt die Messung des Abstandes von der Oberfläche zum Grund des Gewässers. Der Abstand zwischen der Standard-Null-Linie 17 und der Empfängeranzeigelinie 16 stellt die Tiefe dar, zu der das Meßgerät eintaucht. Der links dargestellte Teil der Anzeige stellt die Bedingung dar, bei der das Schiff sich mit ebenem Kiel bewegt und keine Beeinträchtigung durch Wellengang, Stampfen oder Schiingern erfährt. Es wird also dort die wahre Tiefe angezeigt, während der Teil durch die Mitte und rechts am Registrierstreifen unter realistischeren Navigationsbedingungen aufgenommen wurde·, bei der das Schiff infolge Schlingerns oder Stampfens in dauernder Bewegung ist. Da die Bewegung des Schiffes so unregelmäßig ist, daß sich aus ihr nicht immer geometrische Figuren, beispielsweise eine Sinuslinie, ableiten lassen, ist es schwierig zu unterscheiden, ob sich die Unregelmäßigkeiten auf dem Registrierstreifen auf Unebenheiten des Grundes oder ausschließlich auf die Schwankungen des Schiffes zurückführen lassen.

Die Erfindung beseitigt diese Unsicherheit, die bisher den Echoloteinrichtungen anhafteten. Ihre grundsätzliche Durchführung wird in Fig. 3 erläutert. Die Verschiebung der Schiffsrumpflage wird durch einen Neigungsmesser, z. B. ein Pendel mit einer hydraulischen Einrichtung, im Zeitpunkt der Impulserzeugung festgestellt, die mit der festgestellten Schiffsbewegung zum Zweck der Konstanthaltung der Wanderung des Zeichens vom Sender zum Empfänger für eine bestimmte Tiefe in Übereinstimmung gebracht wird. Dies wird durchgeführt durch Vorverlegung oder Verzögerung des Zeitpunktes der Erzeugung der vertikal gerichteten Impulse um einen der vertikalen Abweichung vom Sender und Empfänger von der ebenen Kielbewegung entsprechenden Wert.

Fig. 3 zeigt ein Gefäß 20, das bei 21 zur Atmo-Sphäre offen ist und Quecksilber 22 oder ähnlichen Füllstoff· enthält. Das Gefäß 20 steht aufrecht, um den Durchfluß des Quecksilbers 22 durch eine öffnung 23 durch ein Rohr 24 zu gestalten, welches am anderen Ende in eine Druckmembran 25 in einem Gehäuse. 26 ausläuft. Die Membran 25 wirkt auf einen gleitend gelagerten Träger 28 über einen Kolben 27 entsprechend den Änderungen des Quecksilberdruckes. Der Behälter 20 ist nicht in unmittelbarer Nähe von dem Druckgerät des Meßgerätes angeordnet. Der Träger 28 ist an den Stangen 29 und 30 gleitend zwischen einem Kolben 27 und einer Druckfeder 31 angeordnet. Das die Druckfeder 31 aufnehmende Gehäuse 32 steht mit dem Träger 28 bei 33 in Berührung. Die Spannung der Feder 31 ist in bekannter Weise einstellbar gehalten, um im Normalfall den Hauptdruck des Quecksilbers 22 auf den Träger 28 in der Mitte zwischen den sperrenden Enden der Führungsstangen 29 und 30 zu halten. Veränderungen im Druck durch Änderung der relativen Lage zwischen dem Behälter 20 und dem entfernt davon angeordneten Mechanismus bewirken eine entsprechende Bewegung des Trägers 28 von und gegen die Feder 31, abhängig davon, ob der Druck zu- oder abnimmt. Der Träger 28 besitzt einen

klammerähnlichen Teil 34, innerhalb dessen ein Schaft 35 montiert ist. Der Schaft 35 trägt einen Schneckenantrieb 36. An einem Ende des Schaftes, seitlich der Klammer 34, befindet sich ein Einstellknopf 37.

Den Aufbau, von oben gesehen, zeigt das Getriebe 36, das mit einer drehbar angeordneten Trommel 38 zusammenarbeitend verbunden ist. Dies© wird von einem nicht dargestellten Mechanismus mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Ein Arm 40, der mit einer Schreibfeder versehen ist, ist mit der Trommel 38 gekoppelt und gleitet über die Oberfläche des Registrierstreifens 42. Der Streifen 42 ist mit einem geeigneten Antrieb für die Bewegung nach links mit konstanter Geschwindigkeit durch einen nicht dargestellten Mechanismus verbunden, Eine Scheibe 44, die konzentrisch zur Trommel 38 angeordnet ist, aber nicht durch sie angetrieben wird, dient als Montagebasis eines Schalters, der mit 45 bezeichnet ist und ein Kontaktepaar enthält. Einer der Kontakte trägt einen Nocken 46. Schließlich ist noch ein Teil der Scheibe 44 mit peripheralen Zähnen, die mit 47 bezeichnet sind, versehen. Die Zähne werden mit dem Getriebe 36 in Eingriff gebracht. Sie sind derartig ausgebildet, daß axiale Bewegungen des Trägers 28 in Richtung der Führungsstangen. 29 und 30 über das Getriebe 36 die Scheibe¹ 44 drehen. Die Drehung entspricht dabei einem Wert, der proportional der Verschiebung des Trägers 28 ist, wodurch die relative Lage des Schalters 45 in Bezug zu einem Kamm 48, der an der Trommel 38 befestigt ist, verändert wird.

Während einer jeden Umdrehung der Trommel 38 in einem dem Uhrzeiger entgegengesetzten Sinn, wie durch einen Pfeil angezeigt, nimmt der Schreibstift 40 am Arm 39 die Lage ein, die auf dem Streifen 42 zu sehen ist, bevor die Berührung zwischen dem Kamm 48 und dem Nocken 46 stattfindet. Der Nocken 46 ist in der Stellung kurz vor Betätigen des Schalters 45 dargestellt, die durch eine weitere Drehung der Trommel 38 erfolgt Die obere Linie 19 des Diagramms in Fig. 1 entspricht der Linie 51 in Fig. 3. Diese kann in bekannter Weise auf dem Streifen 42 durch Anlegen elektrischer Spannung durch gleichzeitiges Schließen des Schalters 45 geätzt werden. Durch ein Schließen des Schalters entsteht ein Überschlag am Streifen 42 zu einem metallischen Träger. Das Schließen des Schalters 45 steuert aber auch den Zeitpunkt der Zeichensendung. Es ist erkennbar, daß Änderungen im Flüssigkeitsdruck, die in der Membran 25 auftreten, zur Änderung des Zeitpunktes der Zeichenaussendung benutzt werden.

und somit eine Funktion der durch die Schiffsbewegungen hervorgeruf enenDruckänderungen sind. In der Praxis ist das Quecksilber enthaltende Gefäß 20 quer- zum Lotmessermechanismus angeordnet, der in der Fig. 3 links dargestellt ist und sich oberhalb des druckempfindlichen Mechanismus befindet, um einen ausreichenden Wert von Druckveränderungen an der Blende 20 durch Schlingern des Schiffes und andere Bewegungen hervorzurufen. Die Wirkung des Stampfens kann weiterhin durch Anordnung der entsprechenden Xomponenten des Gerätes in der Schiffmitte vermindert werden.

Eine geeignete Abstimmung der Standard-Zeitkonstanteti-Linie 51 in vertikaler Richtung zum Streifen 42 wird durch Handhabung des Knopfes 37 durchgeführt. Der druckempfindliche Teil des links von der Fig. 3 dargestellten Geräteteiles dient der Steuerung und ist mit einem Antrieb Verbünden. Es ist erkennbar, daß die Komponenten dieses Systems mit gleichem Abstand von dem zugehörigen Sender und dem Empfänger aufgestellt sein können. Die Wiedergabe auf dem Streifen 42 durch die Linie 55 entspricht der Empfängerwiedergabe-Linie 16 der Fig. 1. Sie kann elektrisch geätzt werden, wie vorstehend beschrieben und für sich bekannt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Linie 55 einen im wesentlichen linearen Charakter besitzt, der ein genaues Ablesen der Tiefenmessung gestattet, die Linie 51 dagegen nicht linear verläuft, da diese Linie eine Anzeige der Schiffsverschiebung darstellt. Unregelmäßigkeiten, die sich in der Linie 55 ergeben, zeigen die Beschaffenheit des Grundes an, die bisher, mit Fehlerfaktoren zusammentreffend, gemessen wurden. Es ist offensichtlich, daß das Gerät so aufgestellt werden kann, daß das Quecksilbergefäß 20 vor oder hinter einem druckempfindlichen Gerät liegt, wodurch Stampfen und Schlingern angezeigt wird, dagegen können, wenn die Kompensation erwünscht ist, die Einheiten für Stampfen und Schlingern veränderlich diagonal zum Schiff angeordnet werden.

Claims (7)

Patentansprüche.·

1. Akustisches Echolotgerät zur Messung des vertikalen Abstandes zwischen zwei Punkten in einer Flüssigkeit, beispielsweise dem Grund und der Oberfläche, von einem Körper aus, der in. bezug auf diese Punkte seine Lage verändert, und wobei die Zeitdauer vom Zeitpunkt der Aussendung des Zeichens bis zum Empfang nach erfolgter Reflexion am Grunde der Flüssigkeit als Maß für die Entfernung dient und aus den· Veränderungen der Lage des Körpers eine Steuergröße zur Korrektur der no durch die Lageveränderungen bewirkten Ab^ weichungen, des Meßergebnisses vom richtigen Wert abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergröße eine Flüssigkeitssäule (22) dient und daß das diese Korrektur bewirkende Mittel eine von der Flüssigkeitssäule (22) auf den genannten Körper (28) einwirkende Vorrichtung (25, 26, 27) ist, welche auf die Meßeinrichtung (38, 40, 42) einwirkt und das Meßergebnis entsprechend der Veränderung der Größe der Flüssigkeitssäule beeinflußt.

2. Echolotgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule aus einer in einem Gefäß (20) befindlichen Flüssigkeit (22) gebildet wird und daß das Gefäß seitlich der Meßeinrichtung angeordnet ist.

3. Echolotgerät nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine rotierende Anzeigevorrichtung (38) ist, bei welcher der Beginn und das Ende der Messung während einer jeden Umdrehung der Vorrichtung einmal ausgelöst werden und die von der Flüssigkeitssäule (22) bezüglich, des Zeitpunktes des Beginns bzw. Endes beeinflußt wird.

4. Echolotgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Anzeigevorrichtung (38) ein Nockenglied (48), welches während jeder Umdrehung eine Schaltvorrichtung (45, 46) betätigt, und eine zwischen dem Antrieb und der Flüssigkeitssäule angeordnete Einrichtung (36, 47) für Vorwärts- und Rückwärtsverlegung der Betätigung der Schaltvorrichtung besitzt.

5. Echolotgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule (22) über eine Leitung (24) auf eine Membran (25) einwirkt, die mit der zwischen dieser und dem Antrieb der rotierenden Anzeigevorrichtung

(38) geschalteten Einrichtung (36, 47) gekuppelt ist.

6. Echolotgerät nacli Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Anzeigevorrichtung (38) mit einem radial gerichteten Schreibarm (40) fest verbunden ist, der über einen kontinuierlich bewegten Registrierstreifen (42) geführt wird und bei Betätigung des Nockengliedes (48) mit diesem Streifen in Berührung kommt.

7. Echolotgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung des Schreibarmeis (40) mit dem Registrierstreifen (42) durch von einem elektrischen Stromkreis ge-, steuerte Mittel bewirkt wird, wobei der Stromkreis von einem vom Nockenglied (48) betätigten Kontaktpaar (45, 46) geschlossen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 429811, 720893, 729831, 419 710, 874423; USA.-Patentschrift Nr. 2 407 697.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen