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Echoloteinrichtung
Die Erfindung befaßt sich mit einer Echoloteinrichtung
für Unterwasserfahrzeuge, wie U-Boote, Versuchstorpedos u. dgl., die es gestattet,
die Position des Fahrzeugs zwischen der Meeresoberfläche einerseits und dem Meeresboden
andererseits einwandfrei festzustellen. Es ist bereits eine registrierende Echoloteinrichtung
für U-Boote bekannt, bei der gleichzeitig nach oben und unten gelotet wird und die
empfangenen Echoimpulse in einer Zwillings-Registriervorrichtung mit einem gemeinsamen
Nullpunkt nach zwei verschiedenen Seiten aufgezeichnet werden. Oberhalb der Nullinie
erscheint dann die Registrierung für die Meeresoberfläche und unterhalb der Nullinie
die Registrierung für den Meeresboden. Eine solche Darstellung entspricht jedoch
nicht den wirklichen Verhältnissen.
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Von einer naturgetreuen Darstellung muß erwartet werden, daß die Nullinie
der Wasseroberfläche entspricht, daß darunter die wirkliche Tiefenkurve des Unterwasserfahrzeugs
aufgezeichnet wird und unter dieser schließlich die Tiefenkurve des Meeresbodens.
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Um eine solche Darstellung zu erhalten, wird bei der bekannten Anordnung
der Nullpunkt der Aufzeichnung in Abhängigkeit vom Wasserdruck, also von der Tiefe,
verschoben, so daß die Registrierung der Wasseroberfläche eine gerade Linie wird
und eine naturgetreue Darstellung auch des Weges des Fahrzeugs und des Meeresbodens
zustande kommt.
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Eine solche Nachstenerung wird bei der Erfindung vermieden. Die erfindungsgemäße
Einrichtung benötigt ferner keine Zwillings-Registriervorrichtung, sondern kommt
mit einer einfachen Registriervorrichtung der üblichen Art aus, wie sie beispielsweise
bei der gewöhnlichen Tiefenlotung verwendet wird. Die Erfindung betrifft eine Echoloteinrichtung
für Unterwasserfahrzeuge, mit welcher die Position des Fahrzeugs in bezug auf Wasseroberfläche
und Meeresboden festgestellt wird und bei welcher eine Sende- und Empfangseinrichtung
für die Lotung zur Meeresoberfläche und eine
zweite für die Lotung
zum Meeresboden hin vorgesehen ist und die Echos einer gemeinsamen Anzeigevorrichtung
zugeführt werden.
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Abwechselnd vom Bekannten, soll sich die Einrichtung dadurch auszeichnen,
daß sie so getroffen ist, daß zunächst zur Meeresoberfläche hin gelotet wird und
der von dort empfangene Echoimpuls in der zum Meeresboden gerichteten Sende- und
Empfangseinrichtung einen neuen, gegen den Meeresboden gerichteten Sendeimpuls auslöst,
dessen Echo ebenfalls auf das Anzeigeorgan gegeben wird, so daß dieses der Reihe
nach den Nullschall, ein erstes Echo von der Meeresoberfläche und ein weiteres Echo
vom Meeresboden anzeigt, wobei der Nullschall die Meeresoberfläche, das erste Echo
die Tauchtiefe des Untenvasserfahrzeugs und das zweite Echo die Höhe des Fahrzeugs
über dem Meeresboden anzeigt.
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Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung erfolgen also die Lotungen
nach der Meeresoberfläche und nach dem Meeresboden nicht gleichzeitig, sondern nacheinander.
Dadurch entspricht der Nullschall automatisch der Meeresoberfläche, daß Echo des
ersten Lotimpulses der Position des Unterwasserfahrzeugs und das Echo des zweiten
Lotimpulses der Meerestiefe. Es muß natürlich dafür Sorge getragen werden, daß der
nach oben gerichtete Empfänger außer dem ersten Echo von der Meeresoberfläche keine
weiteren Echos mehr empfangen kann, da z. B. eine zweite Reflexion an der Meeresoberfläche,
die unter Mitwirkung des Bootsdecks zustande kommt, nicht nur die Darstellung stören
würde, da dieses Echo unter Umständen vor dem Bodenecho eintreffen würde, sondern
dieses zweite Echo würde auch einen unerwünschten zweiten Sendeimpuls nach unten
auslösen. Der an den nach oben gerichteten Empfangsschwinger angeschlossene Verstärker
muß daher nach Eintreffen des ersten Echos von der Meeresoberfläche gesperrt werden,
und zwar zweckmäßig bis zum Beginn der nächsten durch das Anzeige- oder Registriergerät
ausgelösten Lotfolge. Dies kann z. B. durch einen bistabilen Multivibrator geschehen,
welcher eine Sperrspannung an den Verstärker anlegt. Dieser Multivibrator wird durch
das erste Echo von der Meeresoberfläche in den einen stabilen Zustand gebracht und
durch den nächsten nach oben gerichteten Sendeimpuls zum Rückkippen veranlaßt.
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Ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Fig. I dargestellt.
Auf dem Deck des U-Bootes I befindet sich ein nach oben gerichtetes Schwingerpaar,
bestehend aus dem Sendeschwinger2 und dem Empfangsschwinger 3. Ein ähnliches Schwingerpaar
findet sich am Kiel des Schiffes, das nach unten gerichtet ist und aus dem Senderschwinger
4 und dem Empfangsschwinger 5 besteht.
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Als Anzeigevorrichtung dient ein Registriergerät, bestehend aus einem
umlaufenden Band 6, das eine Registrierfeder 7 sowie einen Nocken 8 zur Betätigung
des Senderkontaktes g trägt. Bei der Betätigung dieses Kontaktes liefert der Sender
10 einen Impuls zur Erregung des Schwingers 2. Dieser sendet einen Ultraschallimpuls
gegen die Meeresoberfläche I I, welche den Impuls zu dem Empfangsschwinger 3 reflektiert.
Die in dem Empfangsschwinger 3 entstehende Spannung gelangt über den Verstärker
I2 auf die Kontaktbahn I3 und von dort auf die Registrierfeder. Durch die unmittelbare
Einwirkung des Sendeschwingers auf den Empfangsschwinger wird dabei zunächst die
Nulllinie 14 aufgezeichnet, welche den Beginn der Lotung anzeigt. Der von der Meeresoberfläche
reflektierte Impuls gelangt auf dem gleichen Wege an die Registrierfeder und zeichnet
die Linie 15 auf. Der Echoimpuls gelangt gleichzeitig über die Leitung 19 und die
Verzögerungseinrichtung 20 zu dem zweiten Sender 2I, der dadurch ausgelöst wird,
so daß ein gegen den Boden gerichteter Schallimpuls den Sendeschwinger 4 verläßt.
Zur selben Zeit wird über die Leitung I6 von dem Echoimpuls aus dem Verstärker 12
der Multivibrator I7 zum Kippen gebracht, so daß erüberdieLeitungI8 den Verstärker
gegen weitere Echos sperrt. Der von dem Schwinger 4 abgegebene Ultraschallimpuls
wird am Meeresboden reflektiert und gelangt auf den Empfangsschwinger 5 und von
dort über den Verstärker 22 auf die Registrierfeder, welche die Bodenlinie 23 aufzeichnet.
Auf demselben Wege gelangt auch der von dem Sendeschwinger 4 durch unmittelbare
Einwirkung auf den Empfangsschwinger 5 erzeugte Nullschall an die Registrierfeder,
die dabei eine Kurve 24 aufzeichnet, welche einen konstanten Abstand von der Kurve
15 aufweist. Dieser Abstand stellt die Verzögerung dar, die durch die Verzögerungseinrichtung
20 zustande kommt. Diese Verzögerungszeit ist so bemessen, daß sie dem vertikalen
Abstand der beiden Schwingergruppen, die durch die Höhe des Bootskörpers voneinander
getrennt sind, entspricht.
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Die Einrichtung kann gegebenenfalls noch durch ein weiteres Schwingerpaar
2', 3' ergänzt werden, welche am Heck des Schiffes angeordnet ist und ebenfalls
auf die Wasseroberfläche gerichtet ist. In Verbindung mit dem Schwingerpaar 2, 3
gibt dieses zusätzliche Schwingerpaar ein Maß für die Trimmlage des Schiffes. Die
zum Betrieb dieser Schwinger notwendigen Einrichtungen sind mit denselben, jedoch
mit einem Index versehenen Bezugsziffern bezeichnet wie die zu der ersten Deckschwingergruppe
gehörenden Einrichtungen. Liegt das Schiff genau waagerecht im Wasser, so deckt
sich die von der Schwingergruppe 2', 3' herrührende Aufzeichnung mit der Kurve 15.
Im andern Fall weicht sie von dieser ab. Um eine unterschiedliche Aufzeichnung für
beide Schwingergruppen zu erhalten, kann z. B. durch eine nicht gezeichnete Einrichtung
dafür gesorgt werden, daß nur jede dritte oder fünfte Betätigung des Kontaktes g
den Sender Io' auslöst.
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Der Erfindungsgedanke kann auch in einer einfacheren Form verwirklicht
werden, indem für die Lotung nach unten, der von der Wasseroberfläche reflektierte
Impuls selbst verwendet wird. Eine hierfür geeignete Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Teile dieser Einrichtung sind mit denselben Bezugsziffern versehen wie in Fig.
I. Es entfällt also hier der nach unten gerichtete Schwinger 4
sowie
der zugehörige Sender 2I. Der nach oben gerichtete Senderschwinger und der nach
oben richtete Empfangsschwinger sind auf der Oberseite eines an dem Körper des U-Bootes
2 angebrachten Schwertes 30 angeordnet, auf dessen Unterseite sich jetzt nur der
Empfangsschwinger 5 befindet. Der von dem Sendeschwinger I ausgehende Schallimpuls
wird also an der Meeresoberfläche reflektiert und gelangt dann einerseits auf den
Empfangsschwinger 3 und andererseits auf den Meeresboden, von dem er ein zweites
Mal reflektiert wird, so daß er auf den an der Unterseite des Schwertes angebrachten
Empfangsschwinger 5 gelangt. Die Energie des vom Schwinger 5 aufgenommenen Impulses
ist in diesem Fall natürlich schwächer als bei der Einrichtung nach Fig. I.
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Zu der Einrichtung nach Fig. I sei noch nachgetragen, daß es von
Vorteil sein kann, wenn die beiden Sender-Empfänger-Paare auf unterschiedliche Ultrascballfrequenzen
abgestimmt sind.
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Bei Höhenmessern für Flugzeuge ist es bereits bekannt, mit dem vom
Flugzeug empfangenen Echoimpuls einen neuen, gegen den Erdboden gerichteten Lotimpuls
auszulösen, so daß die Lotfrequenz mit wachsender Annäherung an den Boden ansteigt
und die Höhenmessung auf eine Frequenzmessung zurückgeführt wird. Hier liegt jedoch
eine andere Aufgabenstellung, nämlich eine einfache Abstandsmessung, sowie eine
andere Lösung vor, da der vom Echo ausgelöste Impuls in der gleichen Richtung ausgestrahlt
wird, aus der das Echo kommt.