EP4533444A1 - Antenne für den empfang von wasserschall - Google Patents

Antenne für den empfang von wasserschall

Info

Publication number
EP4533444A1
EP4533444A1 EP23729020.0A EP23729020A EP4533444A1 EP 4533444 A1 EP4533444 A1 EP 4533444A1 EP 23729020 A EP23729020 A EP 23729020A EP 4533444 A1 EP4533444 A1 EP 4533444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
jacket
water sound
water
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23729020.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Santiago HERNÁNDEZ-ARENAS
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.)
Tkms Atlas Elektronik GmbH
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, Atlas Elektronik GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4533444A1 publication Critical patent/EP4533444A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
    • G10K11/008—Arrays of transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3843—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers

Definitions

  • the invention relates to an antenna for receiving water sound.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for antennas for receiving water sound.
  • Exemplary embodiments show a foldable antenna for receiving water sound.
  • the antenna has a jacket that encloses a cavity.
  • the jacket can therefore, for example, be tubular, ie hollow cylindrical.
  • the antenna can be used as a trailing antenna.
  • any other hollow shape is also conceivable, for example with a square, round or elliptical cross section.
  • the jacket can also be spherical and form a hollow sphere.
  • the shell may have a polyhedral geometry. These shapes refer to the fully unfolded mantle. The coat is not complete When unfolded, the shell will typically have the shape of a polygon in cross-section due to the edges of the tiles.
  • the casing has tiling, so that the casing can be folded at least in the section in order to reduce the cavity of the casing and thus the volume of the antenna.
  • Tiling also known as tiling
  • tiles These tiles preferably have common edge points at most on their edges.
  • each point of the shell preferably lies within at least one tile (the edge of the tile belonging to the tile).
  • a tile is considered a polygon in the plane, for example a triangle or any other closed shape.
  • the casing can be bent at the edges of the tiles so that the casing can be folded in the area with a suitable arrangement of the tiles.
  • the edge is also referred to as a fold edge or fold line. The sum of the folded edges can form the tiling.
  • the antenna has a large number of water sound transducers.
  • a water sound transducer of the plurality of water sound transducers is attached to the casing in such a way that the water sound transducer is arranged within the dimension of a tile. This means that the water sound transducer will not be kinked when the jacket is folded.
  • the water sound transducer in particular the water sound transducer of the large number of water sound transducers, the antenna is plate-shaped or rod-shaped.
  • the plate or the rod or rods is preferably flexible.
  • a maximum of one water sound transducer is preferably arranged per tile. This means that it is also possible and common for tiles to not have a water sound transducer.
  • the density of the water sound transducers in the antenna i.e. the number of free tiles, is determined by the application scenario of the towed antenna. Many occupied tiles make it possible to cover a wide range of reception frequencies. Few occupied tiles make it possible to provide a cheap antenna.
  • the water sound transducer can comprise, for example, rectangular, piezoceramic rods that are embedded between layers of adhesive, a plurality of electrodes and optionally an end plate or film, e.g. a polyimide film.
  • the water sound transducer can be applied as a thin, in particular surface-conforming, film to various types of sheath materials (typically glued) or embedded in a composite structure.
  • the electrodes of the plurality of electrodes can run transversely to the rods and make electrical contact with them.
  • a main contact strand for the electrodes can run parallel to the rods on both sides in order to pick up a voltage from the electrodes or to apply a voltage to them.
  • the electrodes can be connected alternately to one of the two main strands, so that the electrodes are arranged in an interlocking manner. This arrangement enables the polarization of the rods in the plane.
  • the water sound transducer acts as a sound transmitter. If there is no voltage, the water sound transducer acts as a sound receiver.
  • Such a water sound transducer can be based on MFC (Macro Fiber Composite) technology.
  • piezo rods directly to the jacket or to embed them in the jacket.
  • the voltage can also be applied or tapped here using electrodes.
  • a line for contacting a water sound transducer, more precisely an electrode of the water sound transducer, or the circuit board can be guided (preferably completely) along the folding edges of the tiling. This prevents the cable from kinking and breaking.
  • the line can be arranged in such a way that it is guided helically around the jacket.
  • a cable designed for bends and kinks can be used.
  • Such a line can be a so-called stranded wire.
  • a stranded wire is to be understood as meaning a flexible cable made up of a large number of wires, which are in particular twisted together. It is also possible to design the cable, for example, as a flexible ribbon cable.
  • Ribbon cables typically have a plurality of electrical conductors, for example strands, arranged next to one another. If the ribbon cable is designed accordingly, it is also possible, for example, to electrically contact several water sound transducers.
  • the electrical conductors can, for example, be branched off individually from the ribbon cable in order to establish contact with one of the water sound transducers.
  • the water sound transducers can, for example, convert a bend perpendicular to a main extent of the plate or the rod(s) into a corresponding water sound signal.
  • FIG. 1 For example, shows the jacket with an opening which is designed to allow a fluid, in particular a liquid, for example water, to penetrate into the jacket in order to unfold the jacket by filling the cavity with the fluid.
  • the jacket is preferably flooded with the water that surrounds the antenna.
  • any fluid for example air or oil
  • water has the advantage that the use of an oil-resistant material for the jacket is no longer necessary. This is a problem, for example, with many polymers.
  • the jacket can therefore have or consist of any salt water-resistant material, in particular a polymer.
  • water has the advantage over gas in that it is incompressible and can better withstand the high water pressure that is already present at shallow depths.
  • water does not need to be carried separately because the antenna is inserted in the water and the water can therefore flow into the jacket or be pumped into the jacket.
  • the antenna can comprise a pump to pump the fluid, preferably water, for example through the opening, into the cavity of the jacket, so that the jacket unfolds by filling the cavity.
  • the jacket can also fill without a pump, for example if the antenna is a towed antenna and is towed behind a watercraft.
  • the jacket also has a pressure relief valve which is designed to allow the fluid and thus also the water to escape from the jacket if the pressure in the jacket becomes too high. This can prevent the casing from being destroyed by excessive internal pressure.
  • this pump or another pump can pump the fluid, preferably the water, out of the cavity of the jacket, so that the jacket can be folded at least in that section. If the jacket is full of water, the water pressure prevents the antenna from folding.
  • the antenna is a trailing antenna, so that the length of the trailing antenna is reduced by reducing the size of the cavity of the jacket.
  • an analogous method for producing an antenna for receiving water sound comprising the following steps: forming a tile at least in a section of a cladding material, so that the cladding material is foldable along the edges of the tile; Joining ends of the jacket material together so that the jacket material forms a jacket that encloses a cavity.
  • Fig. 1 a schematic side view of a foldable antenna, with Fig. 1a showing a casing in an almost completely folded state and Fig. 1b showing the casing in a slightly unfolded state;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a folding pattern for folding the casing material to produce the casing with its tiles according to Fig. 1;
  • Fig. 3 a schematic block diagram of an antenna according to exemplary embodiments.
  • the antenna 20 includes a casing 22 which has a tiling with a plurality of tiles 24.
  • the tiling 24 is shown here as a triangular shape, but it can also look any other way.
  • the jacket 22 can be folded along edges 26 that form the tiling in order to reduce the size of the one cavity that the jacket 22 encloses. So it can be clearly seen from Fig. 1 b that the cavity within the jacket is larger than the cavity in Fig. 1a. It is shown that the tiling is carried out over the entire jacket, but depending on the application it is also sufficient if the tiling is only provided in a section of the jacket 22.
  • Fig. 3 shows a block diagram of the antenna 20 according to exemplary embodiments.
  • the antenna has a pump 28.
  • the pump can pump a fluid, in particular water, out of the antenna 20. Pumping down reduces the pressure in the casing 22 so that the casing can be folded up.
  • the fluid can be pumped into the jacket 22 through a fluid channel 30, for example a hose.
  • FIG. 3 shows an optional valve 32. Excess fluid can escape from the jacket 22 through the valve 32. This can prevent excess pressure from occurring in the casing 22, which can potentially damage the casing.
  • the disclosed (water) sound transducers are designed for use under water, especially in the sea.
  • the sound transducers can convert water sound into an electrical signal (e.g. voltage or current) corresponding to the sound pressure, the water sound signal. It is also possible for the sound transducers to convert an applied electrical voltage into water sound.
  • the sound transducers can therefore be used as water sound receivers and/or as water sound transmitters.
  • the sound transducers can have a piezoelectric material, for example a piezoceramic, as the sensory material.
  • the sound transducers can be used for (active and/or passive) sonar (sound navigation and ranging).
  • the sound transducers are preferably not suitable for medical applications or are not used for medical applications.

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Abstract

Es ist eine Antenne (20) für den Empfang von Wasserschall offenbart. Die Antenne weist einen Mantel (22) auf, der einen Hohlraum umschließt, wobei der Mantel (22) zumindest in einem Abschnitt eine Kachelung aufweist, so dass der Mantel (22) zumindest in dem Abschnitt zusammenfaltbar ist, um den Hohlraum zu verkleinern.

Description

Antenne für den Empfang von Wasserschall
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne zum Empfang von Wasserschall.
Derzeit ist bei Antennen zum Empfang von Wasserschall, die für Sonaranwendungen eingesetzt werden immer abzuwägen, ob die Systeme klein und handlich sein sollen oder ob eine große akustische Auflösung, d.h. beispielsweise auch der Empfang von sehr langwelligen akustischen Signalen, gewünscht ist. Beides ist derzeit nicht möglich. So können beispielsweise Schleppantennen mit einer großen akustischen Auflösung eine Länge von mehreren hundert Metern aufweisen. Diese Systeme sind jedoch nicht portabel. Portable Systeme haben eine kürzere Antenne, so dass Einschränkungen bei den Frequenzen bestehen, die mit der Antenne empfangen werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Antennen zum Empfang von Wasserschall zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ausführungsbeispiele zeigen eine faltbare Antenne für den Empfang von Wasserschall. Die Antenne weist einen Mantel auf, der einen Hohlraum umschließt. Der Mantel kann demnach beispielsweise schlauchförmig, d.h. hohlzylinderförmig sein. So kann die Antenne z.B. als Schleppantenne eingesetzt werden. Es ist aber auch jede andere Hohlform, beispielsweise mit eckigem, runden oder elliptischen Querschnitt denkbar. In einem Beispiel kann der Mantel auch kugelförmig ausgebildet sein und eine Hohlkugel oder bilden. In einem weiteren Beispiel kann der Mantel eine polyedrische Geometrie aufweisen. Diese Formen beziehen sich auf den vollständig auseinandergefalteten Mantel. Ist der Mantel nicht vollständig auseinandergefaltet, wird der Mantel aufgrund der Kanten der Kacheln im Querschnitt typischerweise die Form eines Vielecks aufweisen.
Zumindest in einem Abschnitt weist der Mantel eine Kachelung auf, so dass der Mantel zumindest in dem Abschnitt zusammenfaltbar ist, um den Hohlraum des Mantels und somit das Volumen der Antenne zu verkleinern. Die Kachelung (auch als Parkettierung bezeichnet) weist eine Vielzahl von Kacheln auf. Bevorzugt weisen diese Kacheln höchstens an ihren Kanten gemeinsame Randpunkte auf. Ferner liegt in dem Abschnitt bevorzugt jeder Punkt des Mantels innerhalb zumindest einer Kachel (wobei der Rand der Kachel zu der Kachel gehört). Als Kachel wird ein Polygon in der Ebene, beispielsweise ein Dreieck oder eine beliebige andere geschlossene Form, angesehen. An den Kanten der Kacheln kann der Mantel geknickt werden, so dass der Mantel in dem Bereich bei einer geeigneten Anordnung der Kacheln zusammengefaltet werden kann. Insoweit wird die Kante auch als Knickkante oder Falzlinie bezeichnet. Die Summe der Knickkanten kann die Kachelung ausbilden.
Eine Idee ist es somit, eine zusammenfaltbare Antenne für den Empfang von Wasserschall einzusetzen. Wenn die Antenne einen großen Bereich aufweist, in dem diese zusammengefaltet werden kann, ist eine Ausführung als Schleppantenne denkbar, die nicht auf eine Winde aufgewickelt werden braucht, sondern zusammengefaltet gelagert werden kann. Beispielsweise kann die Antenne in ihrem zusammengefalteten Zustand maximal ein Volumen aufweisen, das maximal 50%, bevorzugt maximal 20%, besonders bevorzugt maximal 10% des Volumens der Antenne in ihrem auseinandergefalteten Zustand aufweist. Somit wird die Antenne nicht nur handlicher, sondern typischerweise auch leichter, ohne dabei akustische Eigenschaften einzubüßen.
Weitere Anwendungsbereiche liegen z.B. im Einsatz mit einer Boje. Derzeit können von einer Boje nur Ringe (Toroide) bzw. Kreisscheiben als Antenne abgelassen werden, die maximal die Größe der Boje haben. Mit der faltbaren Antenne ist es möglich, Antennen von der Boje auszusetzen, die größer sind als die Boje selbst wodurch die akustischen Eigenschaften der Antenne verbessert werden. Dies betrifft sowohl den Radius der Antenne als auch die Höhe. Unter Verwendung beispielsweise einer Hohlkugel als Antenne kann beispielsweise eine verbesserte dreidimensionale akustische Auflösung gegenüber der Kreisschreibe bzw. dem Toroid erzielt werden. Somit kann ein Beamforming (dt. Richtungsbildung) verbessert werden.
Zum Empfang des Wasserschalls weist die Antenne eine Vielzahl von Wasserschallwandlern auf. In Ausführungsbeispielen ist ein Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern derart an dem Mantel befestigt, dass der Wasserschallwandler innerhalb der Abmessung einer Kachel angeordnet ist. Somit wird der Wasserschallwandler nicht geknickt, wenn der Mantel zusammengefaltet ist.
Beispielsweise ist der Wasserschallwandler, insbesondere die Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern, der Antenne plattenförmig oder stäbchenförmig ausgebildet. Bevorzugt ist die Platte bzw. der oder die Stäbchen, biegsam. Pro Kachel ist bevorzugt maximal ein Wasserschallwandler angeordnet. D.h. es ist auch möglich und üblich, dass Kacheln keinen Wasserschallwandler aufweisen. Die Dichte der Wasserschallwandler in der Antenne, d.h. die Zahl der freien Kacheln, bestimmt sich nach dem Einsatzszenario der Schleppantenne. Viele besetzte Kacheln ermöglichen es, ein breites Spektrum an Empfangsfrequenzen abzudecken. Wenige besetzte Kacheln ermöglichen es, eine günstige Antenne bereitzustellen. Der Wasserschallwandler kann, beispielsweise rechteckige, Piezokeramikstäben umfassen, die zwischen Schichten aus Klebstoff, einer Vielzahl von Elektroden und optional einer Abschlussplatte oder -folie, z.B. einer Polyimidfolie, eingebettet sind.
Der Wasserschallwandler kann als dünne, insbesondere oberflächenkonforme, Folie auf verschiedene Arten von Mantelmatenalien aufgebracht (typischerweise verklebt) oder in eine Verbundstruktur eingebettet werden. Die Elektroden der Vielzahl von Elektroden können quer zu den Stäbchen verlaufen und diese elektrisch kontaktieren. Parallel zu den Stäbchen kann jeweils beidseitig ein Hauptkontaktstrang für die Elektroden verlaufen, um eine Spannung von den Elektroden abzugreifen bzw. diese mit einer Spannung zu beaufschlagen. Die Elektroden können abwechselnd mit einem der beiden Hauptstränge verbunden sein, so dass die Elektroden ineinandergreifend angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht die Polung der Stäbchen in der Ebene. Wenn eine Spannung angelegt wird, wirkt der Wasserschallwandler als Schallsender. Liegt keine Spannung an, wirkt der Wasserschallwandler als Schallempfänger. Ein solcher Wasserschallwandler kann auf der MFC (Macro Fibre Composite) Technik beruhen.
Es ist natürlich auch möglich, eines oder mehrere Piezostäbchen direkt auf dem Mantel aufzubringen oder in den Mantel zu einzubetten. Die Spannung kann auch hier mittels Elektroden angelegt oder abgegriffen werden.
In Ausführungsbeispielen kann Elektronik zur Verarbeitung von Sensordaten der Wasserschallwandler, beispielsweise zum Sammeln und Weiterleiten von Sensordaten verschiedener Wasserschallwandler, auf biegsamen Leiterplatten angeordnet sein, die ebenfalls maximal die Größe einer Kachel aufweist und innerhalb der Abmessungen einer Kachel angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Leiterplatte an einer Kachel befestigt sein, an bzw. in der kein Wasserschallwandler angeordnet ist.
Eine Leitung zur Kontaktierung eines Wasserschallwandlers, präziser einer Elektrode des Wasserschallwandlers, oder der Leiterplatte kann (bevorzugt vollständig) entlang der Knickkanten der Kachelung geführt sein. Somit wird verhindert, dass die Leitung geknickt wird und bricht. Beispielsweise kann die Leitung so angeordnet sein, dass diese helixförmig um den Mantel herumgeführt ist. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, eine für Biegungen und Knicken ausgelegte Leitung zu verwenden. Eine solche Leitung kann eine sogenannte Litze sein. Unter einer Litze ist eine flexible Leitung aus einer Vielzahl von Drähten zu verstehen, die insbesondere miteinander verdrillten sind. Ferner ist es möglich, die Leitung z.B. als biegsames Flachbandkabel auszuführen. Flachbandkabel weisen typischerweise eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten elektrischen Leitern, beispielsweise Litzen, auf. Ist das Flachbandkabel entsprechend ausgebildet, ist es beispielsweise auch möglich, mehrere Wasserschallwandler elektrisch zu kontaktieren. Hierzu können die elektrischen Leiter beispielsweise einzeln von dem Flachbandkabel abgezweigt werden, um einen Kontakt mit einem der Wasserschallwandler herzustellen. Die Wasserschallwandler können z.b. eine Biegung senkrecht zu einer Hauptausdehnung der Platte oder des bzw. der Stäbchen in ein entsprechendes Wasserschallsignal umwandeln.
In Ausführungsbeispielen ist der Mantel in dem Abschnitt zylinderförmig und die Kachelung weist aneinander angrenzende Dreiecke auf. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, den Mantel in dem Abschnitt zusammenzufalten.
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen den Mantel mit einer Öffnung, die ausgebildet ist, ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in den Mantel eindringen zu lassen, um den Mantel durch Füllen des Hohlraums mit dem Fluid auseinanderzufalten. Bevorzugt wird der Mantel mit dem Wasser geflutet, das die Antenne umgibt. Prinzipiell ist es jedoch möglich, den Mantel mit einem beliebigen Fluid, beispielsweise auch Luft oder Öl, wie es bisher in Antennen verwendet wird, zu füllen, um den Mantel und somit die Antenne auseinanderzufalten. Wasser hat jedoch den Vorteil, dass die Verwendung eines ölbeständigen Materials für den Mantel nicht notwendig mehr ist. Dies stellt ein Problem beispielsweise bei vielen Polymeren dar. Der Mantel kann somit einen beliebigen, salzwasserresistenten Stoff, insbesondere Polymer aufweisen oder daraus bestehen. Ferner hat Wasser gegenüber einem Gas den Vorteil, dass es inkompressibel ist und dem bereits in geringen Tiefen großen Wasserdruck besser zu wieder kann. Darüber hinaus braucht Wasser nicht separat mitgeführt werden, da die Antenne im Wasser eingesetzt wird und das Wasser somit in den Mantel fließen kann oder in den Mantel gepumpt wird.
Beispielsweise kann die Antenne eine Pumpe umfassen, um das Fluid, bevorzugt Wasser, beispielsweise durch die Öffnung, in den Hohlraum des Mantels hineinzupumpen, so dass sich der Mantel durch das Füllen des Hohlraums auseinanderfaltet. In anderen Ausführungsbeispielen kann sich der Mantel jedoch auch ohne Pumpe füllen, beispielsweise wenn die Antenne eine Schleppantenne ist und hinter einem Wasserfahrzeug gezogen wird. Optional weist der Mantel ferner ein Überdruckventil auf, das ausgebildet ist, das Fluid und somit auch das Wasser aus dem Mantel heraustreten zu lassen, wenn der Druck in dem Mantel zu groß wird. Somit kann verhindert werden, dass der Mantel durch einen zu großen Innendruck zerstört wird.
Ferner kann diese Pumpe oder eine andere Pumpe das Fluid, bevorzugt das Wasser, aus dem Hohlraum des Mantels herauspumpen, so dass der Mantel zumindest in dem Abschnitt zusammenfaltbar ist. Ist der Mantel prall mit Wasser gefüllt, verhindert der Wasserdruck das Zusammenfalten der Antenne.
In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Antenne eine Schleppantenne, so dass sich durch die Verkleinerung des Hohlraums des Mantels eine Länge der Schleppantenne reduziert.
Ferner ist ein analoges Verfahren zur Herstellung einer Antenne für den Empfang von Wasserschall mit folgenden Schritten offenbart: Formen einer Kachelung zumindest in einem Abschnitt eines Mantelmaterials, so dass das Mantelmaterial entlang der Kanten der Kachelung faltbar ist; Zusammenfügen von Enden des Mantelmaterials, so dass das Mantelmaterial einen Mantel bildet, der einen Hohlraum umschließt.
Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Betrieb der beschriebenen Antenne für den Empfang von Wasserschall mit folgenden Schritten offenbart: Ausbringen der Antenne von einer Plattform (beispielsweise einem Wasserfahrzeug, einer Boje, etc.) in ein Gewässer, insbesondere einen See oder ein Meer, in ihrem zusammengefalteten Zustand; Fluten des Mantels um die Antenne auseinanderzufalten; Senden oder Empfangen von Wasserschall mittels der auseinandergefalteten Antenne. Nach dem vollständigen Empfangen des Wasserschalls kann das Wasser aus dem Mantel herausgepumpt und die Antenne zusammengefaltet und eingeholt werden. Der Übergang zwischen dem zusammengefalteten Zustand und dem auseinandergefalteten Zustand ist fließend, wobei die Antenne
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Seitenansicht einer zusammenfaltbaren Antenne, wobei Fig. 1a einen Mantel in einem fast vollständig zusammengefalteten Zustand und Fig. 1 b den Mantel in einem etwas auseinandergefalteten Zustand zeigt;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Falzmusters zum Falzen des Mantelmaterials, um den Mantel mit seinen Kacheln gemäß Fig. 1 herzustellen;
Fig. 3: ein schematisches Blockdiagramm einer Antenne gemäß Ausführungsbeispielen.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1a und Fig. 1 b zeigen eine schematische Seitenansicht einer zusammenfaltbaren Antenne 20 in zwei verschiedenen Faltzuständen. Die Antenne 20 umfasst einen Mantel 22, der eine Kachelung mit einer Vielzahl von Kacheln 24 aufweist. Die Kachelung 24 ist hier dreieckig dargestellt, kann aber auch beliebig anders aussehen. Entlang von Kanten 26, die die Kachelung formen, kann der Mantel 22 gefaltet werden, um das einen Hohlraum, den der Mantel 22 umschließt, zu verkleinern. So ist Fig. 1 b deutlich zu entnehmen, dass der Hohlraum innerhalb des Mantels größer ist als der Hohlraum in Fig. 1a. Dargestellt ist, dass die Kachelung über den gesamten Mantel geführt ist, je nach Anwendungsfall reicht es aber auch aus, wenn die Kachelung nur in einem Abschnitt des Mantels 22 vorgesehen ist. Wasserschallwandler zum Empfang des Wasserschalls sind in den Figuren nicht dargestellt. Diese befinden sich im inneren des Mantels oder integriert in dem Mantel, vorteilhafterweise innerhalb der Abmessungen einer Kachel 24. D.h. bevorzugt sollten die Wasserschallwandler jeweils keine Kante 26 der Kachelung kreuzen. Fig. 2 zeigt das Muster, in dem die Knickkanten 26 angeordnet sind, um den Mantel 22 zu erhalten, der in Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Antenne 20 gemäß Ausführungsbeispielen. Optional weist die Antenne eine Pumpe 28 auf. Die Pumpe kann ein Fluid, insbesondere Wasser, aus der Antenne 20 herauspumpen. Durch das Abpumpen wird der Druck in dem Mantel 22 reduziert, so dass der Mantel zusammengefaltet werden kann. Das Fluid kann durch einen Fluidkanal 30, beispielsweise einen Schlauch, in den Mantel 22 gepumpt werden.
Ferner zeigt Fig. 3 ein optionales Ventil 32. Durch das Ventil 32 kann überschüssiges Fluid aus dem Mantel 22 entweichen. Somit kann verhindert werden, dass ein Überdruck in dem Mantel 22 entsteht, der den Mantel potentiell beschädigen kann.
Der ebenfalls gezeigte Pfeil 34 zeigt die Bewegungsrichtung des Endes des Mantels an, wenn dieser zusammengefaltet oder auseinandergefaltet wird.
Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler können, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umwandeln. Überdies ist es möglich, dass die Schallwandler eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umwandeln können. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallempfänger und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material können die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, aufweisen. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dl: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind bevorzugt nicht für medizinische Anwendungen geeignet bzw. werden nicht für medizinische Anwendungen eingesetzt.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
20 Antenne
22 Mantel 24 Kachel
26 Kante
28 Pumpe
30 Fluidkanal
32 Ventil 34 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1 . Antenne (20) für den Empfang von Wasserschall mit folgenden Merkmalen: einem Mantel (22), der einen Hohlraum umschließt, wobei der Mantel (22) zumindest in einem Abschnitt eine Kachelung aufweist, so dass der Mantel (22) zumindest in dem Abschnitt zusammenfaltbar ist, um den Hohlraum zu verkleinern.
2. Antenne (20) gemäß Anspruch 1 , umfassend eine Vielzahl von Wasserschallwandlern, wobei ein Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern derart an oder in dem Mantel (22) befestigt ist, dass der Wasserschallwandler innerhalb der Abmessung einer Kachel (24) angeordnet ist.
3. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei Wasserschallwandler der Antenne (20) plattenförmig oder stäbchenförmig ausgebildet sind.
4. Antenne (20) gemäß Anspruch 3, wobei die Wasserschallwandler ausgebildet sind, eine Biegung senkrecht zu einer Hauptausdehnung der Platte oder des bzw. der Stäbchen in ein entsprechendes Wasserschallsignal umzuwandeln.
5. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mantel (22) auseinandergefaltet in dem Abschnitt zylinderförmig ist und die Kachelung aneinander angrenzende Dreiecke aufweist.
6. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mantel (22) eine Vielzahl von Knickkanten aufweist, um die Kachelung zu bilden.
7. Antenne (20) gemäß Anspruch 6, wobei eine Leitung zur Kontaktierung eines Wasserschallwandlers der Antenne entlang der Knickkanten der Kachelung geführt ist.
8. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mantel (22) eine Öffnung aufweist, die ausgebildet ist, ein Fluid in den Mantel (22) eindringen zu lassen, um den Mantel (22) durch Füllen des Hohlraums mit dem Fluid auseinanderzufalten.
9. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Pumpe, die ausgebildet ist, ein Fluid, insbesondere Wasser, aus dem Hohlraum des Mantels (22) herauszupumpen, so dass der Mantel (22) zumindest in dem Abschnitt zusammenfaltbar ist.
10. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Pumpe, die ausgebildet ist, ein Fluid, insbesondere Wasser, in den Hohlraum des Mantels hineinzupumpen, so dass sich der Mantel (22) durch das das Füllen des Hohlraums auseinanderfaltet. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antenne in ihrem zusammengefalteten Zustand maximal ein Volumen aufweist, das maximal 50%, bevorzugt maximal 20%, besonders bevorzugt maximal 10% des Volumens der Antenne in ihrem auseinandergefalteten Zustand aufweist. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antenne eine Schleppantenne ist, so dass sich durch die Verkleinerung des Hohlraums des Mantels eine Länge der Schleppantenne reduziert. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antenne eine, insbesondere biegsame, Leiterplatte aufweist, wobei die Leiterplatte innerhalb der Abmessungen einer Kachel (24) angeordnet ist und Elektronik zur Verarbeitung von Sensordaten der Wasserschallwandler aufweist. Verfahren zur Herstellung einer Antenne für den Empfang von Wasserschall mit folgenden Schritten:
Formen einer Kachelung zumindest in einem Abschnitt eines Mantelmaterials, so dass das Mantelmaterial entlang der Kanten der Kachelung faltbar ist; Zusammenfügen von Enden des Mantelmaterials, so dass das Mantelmaterial einen Mantel (22) bildet, der einen Hohlraum umschließt. 15. Verfahren zum Betrieb einer Antenne für den Empfang von Wasserschall gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit folgenden Schritten:
Ausbringen der Antenne von einer Plattform in ein Gewässer, insbesondere einen See oder ein Meer, in ihrem zusammengefalteten Zustand;
Fluten des Mantels um die Antenne auseinanderzufalten;
Senden oder Empfangen von Wasserschall mittels der auseinandergefalteten Antenne.
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