NO116279B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til og innretning for kontinuerlig kartlignende avbildning av gjenstanders posisjon på havbunnen ved hjelp av ekkolodding.

Oppfinnelsen angår fremgangsmåte til

og innretning for kontinuerlig kartlignende

avbildning av gjenstanders posisjon på

havbunnen ved hjelp av ekkolodding, hvor

der ved liten dybde, fra et skip som følger

en jevn kurs, eller ved større dybde, fra et

langstrakt slepelegeme som av et skip slepes i liten avstand fra havbunnen periodisk

sendes ut retningsbestemte lydpulser ved

hjelp av én, fortrinnsvis to langstrakte parallelt med skipsaksen resp. skipets bevegelsesretning anordnede, mot styrbord og

babord strålende elektroakustiske omformere, og hvor reflekterte pulser mottas og

tegnes opp på en i bestemt forhold til skipets bevegelseshastighet beveget papirstrimmel i en avstand fra en nullinje som

tilsvarer de reflekterende gjenstanders avstand fra omformerne og i form av parallelle linjer på tvers av papirets bevegelsesretning.

Ved de apparater som hittil er brukt

til dette formål fra skip, anvendes dreibare

retningsbestemte omformere for utsending

og mottagning av pulser i forskjellige retninger. Særlig blir det fra et skip foretatt

avsøkning forover ved hjelp av en beveget

stråle i en viss bredde og til en viss dybde.

Nnødvendigheten av å innstille en omformer i forskjellige retninger, eller å dreie

omformeren hurtig utgjør en uønsket kom-plikasjon. På grunn av vannmotstanden

kan utstrekningen av en dreibar omformer

ikke overskride en viss størrelse. Omforme-rens retningsskarphet er derfor liten, og

bestemmelse av posisjon og form av en

hindring er derfor lite nøyaktig. Man mangler videre en brukbar innretning for i forbindelse med disse apparater å tegne opp et blivende bilde av hindringens posisjon og utstrekning.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen oppnås en vesentlig forenkling ved at om-formernes retningskarakteristikk, ved langstrakt utstrekning og helning av stråleflatene, har form av en flattrykt kjegle hvis bredde er parallell med og symmetrisk i forhold til skipets lengdeakse og et plan vinkelrett på horisontalplanet, og hvis åp-ningsvinkel i dette plan, utgående fra horisontalplanet, utfyller en større eller mindre del av de kvadranter av vertikalplanet som ligger under horisontalplanet, mens strålebredden loddrett på dette vertikalplan bare er ± 2° eller mindre, slik at der ved hver lodding på styrbord og/ellér babord side, avbildes stripelignende avsnitt av havbunnen, som begynner i nærheten av kurslinjen og står vinkelrett på denne.

Svingerne har i horistontalplanet så vel som i alle plan gjennom skipets lengdeakse en stor retningsskarphet, idet strålebredden avviker lite fra 1 grad. Dette mu-liggjør en nøyaktig bestemmelse av hindringens stilling på tvers av krusen, og gir lydmålinger i smult vann et gunstig forhold mellom nytteekkoet og bunnetterklang (spredningsrefleksjoner fra små uregelmes-sigheter i havbunnen).

I det til skipets lengdeakse loddrette tverrplan er det mulig bare å oppnå liten retningsskarphet for stråleren. Det gjelder å unngå en bestråling av havoverflaten fra undersiden med stor energi for å holde for-styrrelser på grunn av overflateetterklang liten. Likeså er det i smult vann uønsket med en lydbestråling loddrett nedover på grunn av de derved frembrakte multiple ekkoer. Svingerens stråling kan derfor ut-fylle en mer eller mindre stor del av en under horisontalplanet beliggende kvadrant av tverrplanet. Derav følger at høyden av stråleflaten er liten i sin utstrekning i horisontalplanet.

Av utstråling i form av en på tvers av bevegelsesretningen liggende vifte følger at svingerens største utstrekning er parallell med bevegelsesretningen Svingerens vann-motstand er derfor liten. Det er mulig å benytte svært lange svingninger og derved gjøre retriingsskarpheten i lengdeaksens plan svært stor, uten at konstruksjonsmes-sige vanskeligheter ved anvendelse av svingeren på skipssiden eller på begge sider av kjølen oppstår. Man kan derfor benytte også forholdsvis lave frekvenser, som har en større rekkevidde uten derved å måtte renonsere på retningsskarphet.

Hvis anlegget benyttes i smult vann, så bestryker søkestrålen ved skipets bevegelse en bred stripe av havbunnen som ender i en avstand fra kursen som er lik den ønskede rekkevidde, og som begynner der hvor strålen først på skrå treffer havbunnen oven-fra. Ved anbringelse av to svingere, en på hver skipsside, blir samtidig to striper parallelt med skipskursen avsøkt under skipets bevegelse.

Søker man med et slikt anlegg i dypt vann etter fiskestimer, så har det avsøkte område halvsirkelformet tverrsnitt når strålebredden for hver av svingerne danner 90° i tverrplanet. Det kan imidlertid være å foretrekke at denne bredde velges noe mindre, slik at et vinkelområde på f. eks. 40° under skipet forblir ubestrålt, hvilket område kan utfylles med strålen fra et nor-malt ekkolodd. Finner man i det til siden liggende vinkelområde en fiskestim, så er det nødvendig å dreie skipet og krysse den tidligere kurs vinkelrette mot det sted hvor opptegningen skjedde, for med det vanlige ekkolodd å kunne fastslå dybden av fiske-stimen.

Oppfinnelsen foretrekker en blivende opptegning av de mottatte ekkoer. Den her-til tjenende skriveinnretning er identisk med den som benyttes ved ekko-dybdeskri-vere, dvs. opptegningen skjer på en beveget papirstrimmel over hvilken en griffel med jevn hastighet blir beveget synkront med pulsutsendingene. Opptegningens nullinje i nærheten av den ene papirkant (eller midten av papiret ved opptegning fra midten), tilsvarer skipets kurslinje, og avstanden til hindringene fra denne kan uten videre avleses. Ved hjelp av tidsmerker som skrives på opptegningsstrimlen oppnår man ytterligere data, skipets posisjon på denne tid, såvel som skipets kurs, som mu-liggjør hvis nødvendig fastlegning av den fundne hindring på sjøkartet. For å oppnå brukbare opptegninger av gjenstander, er det nødvendig at skipet i noen tid ikke en-drer kurs. Papirfremmatningshastigheten kan velges vilkårlig. Målestokken for den oppnådde opptegning i tverr- og lengderet- • ningen av papiret er da forskjellig. For å oppnå et blivende forhold mellom, disse to, kan man innstille papirfremmatningen proporsjonalt med fartøyets bevegelseshastighet. Sluttelig kan man velge papirfremmatningen i samme forhold til bevegelseshastigheten som griffelhastigheten til den halve lydbølgehastighet, hvilket har den fordel at der leveres en opptegning med samme vinkler, hvorav form og gjensidig stilling av gjenstander vises uten forvreng-ning.

Avsøker man to striper på begge skips-sider med to symmetrisk i forhold til skipets midtplan anordnede svingere, så er det nok å fordoble skriveapparatet. Et mer oversiktlig bilde får man imidlertid, når opptegningen på begge sider foretas på den samme strimmel, i hvis midte nullinjen ligger.

Særlig fordelaktig er det å bygge en - eller to langstrakte strålere i et slepelegeme av torpedoform, som slepes etter skipet under vann. Små krusforandringer av det skip som sleper overføres bare sterkt svek-ket på slepelegemet, slik at stråleretningen får en større konstans enn ved anbringelse av stråleren umiddelbart på skipet, hvorved den oppnådde opptegning blir skarpere. For små måleavstander er overflateetter-klangen på grunn av den større avstand til overflaten svakere. Den ønskede slepedybde kan varieres ved kabelens lengde, vekten av slepelegemet og bevegelseshastigheten av det skip som sleper, eller ved andre egnede midler. Hvis man søker hindringer på havbunnen, så vil man slepe svingeren i liten avstand over disse. Ved skyggevirkning, som oppstår ved at lydstrålen faller inn i liten vinkel til horisontalplanet, blir for-dypninger og forhøyninger på havbunnen særlig godt opptegnet. Gjenstanden for oppfinnelsen er en stråler som er anbrakt på et skip i bevegelsesretningen, hvis lengde er 10 bølgelengder av den anvendte lyd-bølge, og hvis stråling er konsentrert om skipets tverrplan og en mer eller mindre del under horisontalplanet liggende kvadranter i dette plan, benyttelse av denne stråler for periodisk utsending av lydpulser i den hensikt å oppsøke ved hjelp av reflek-sjoner hindringer og en kontinuerlig opptegning av de mottatte ekkoer, og dermed hindringenes avstand på en beveget papirstrimmel.

En ytterligere gjenstand for forelig-gende oppfinnelse er et apparat til avsøk-ning av en bred stripe av havbunnen parallelt til siden for skipets kurs ved utsending av lydpulser til siden i form av en vifte, hvis flate står på tvers av skipets lengdeakse og som forskyves parallelt med seg selv ved skipets bevegelse.

En videre gjenstand for oppfinnelsen er atskilt avsøkning av havområdet på begge sider av et skip ved hjelp av lyd-stråler som sendes ut i tverrplanet og opptegning av de hindringer som treffes på sidene på en felles papirstrimmel, hvis midtlinje tilsvarer skipets kurslinje.

En ytterligere gjenstand for oppfinnelsen er anvendelsen av en langstrakt svinger i et under vann slept, langstrakt slepelegeme for utsending og mottakning av lydpulser med liten retningsvirkning til siden i tverrplanet, og svært liten strålebredde i et plan i slepelegemets lengdeakse.

Eksempler på oppfinnelsen skal forkla-res nærmere under henvisning til tegnin-gene. Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom to parallelt med skipets kjøl innebyggede, langstrakte strålere, og deres retningska-rakteristikker i vertikalplanet. Fig. 2 viser et horisontalt snitt gjennom de i fig. 1 viste svingere med deres retnings-karakteristikker i horisontalplanet. Fig. 3 viser en koplingsanordning for sending av pulser på begge sider av et skip og et skriveapparat for opptegning av mottatte ekkoer fra to striper av havbunnen parallelt med skipets kurs. Fig. 4 viser et sideriss av et slepelegeme med en langstrakt svinger på hver side. Fig. 5 viser et tverrsnitt av slepelegemet langs linjen 5—5 i fig. 4. Fig. 1 viser et snitt gjennom et skip 1 hvor der parallelt med kjølen 2 under skips-bunnen er anbrakt langstrakte svingere 3 og 4, og fig. 2 viser et horisontalt snitt gjennom denne svingeanordning. Svingerne er av magnetostriktiv type og blir energi-

sert med en frekvens på 30 kHz. Deres stråleflate har en lengde på 3 meter og en høyde på ca. 0.06 meter. De heller 10° i forhold til vertikalplanet gjennom skipets lengdeakse. Strålingsdiagrammet 5 i det vertikale plan på tvers av skipets lengdeakse er påvirket av skipsbunnens nærhet. Strålingen skjer i et vinkelområde på ca. 0—70° i forhold til horisontalplanet. Denne store strålebredde har den fordel at f. eks. ved avsøkning av havbunnen blir det av-standsområde som bestrykes av strålen forholdsvis lite påvirket av skipets slingring. Strålingsdiagrammet 6 i det horisontale plan har en strålebredde på 2°, hvorved strålingsintensiteten øker, og forholdet mellom den utnyttbare ekkostyrke og styr-ken av overflate- og bunnetterklangen for-bedres.

I fig. 3 driver en jevnt roterende motor 7 over en utveksling 8, en aksel 9 med en

derpå festet kamskive 10. Denne slutter i

tidsintervaller på 1,3 sek. en kontakt 11,

som kopler inn en rørgenerator 12 i noen

millisekunder, slik at svingerne 3, 4, som ligger parallelt med skipets bevegelsesretning, sender ut en lydpuls med en frekvens på 30 kHz.

Oscillatorens 12 utgang er over de to halvdeler av drosselen 14, som ligger parallelt med kondensatoren 15, forbundet med viklingene i de to svingere 3, 4. Da strømmene i de to drosselhalvdeler har motsatt magnetisk virkning, er induktivi-teten av drosselen for en strøm som til-føres over et midtuttak lik null. Kondensatoren 15 er i denne forbindelse uten inn-flytelse, da begge dens tilkoplinger ligger på samme potensial.

Størrelsen av kondensatoren 15 er valgt slik at den sammen med drosselen 14 danner en resonanskrets som er avstemt til svingerens frekvens, hvilken resonanskrets har en meget høy motstand for de ved mottakning av et ekko i svingerne frembrakte' spenninger. Spenningene fra svingerne blir derved atskilt og forsterket i separate forsterkere 16 og 17 og tilført skrivestiftene 25, 26.

Opptegningene av ekkoene skjer på en strimmel 18 av elektrisk papir, som vikles

av en rull 19, løper over en med forster-kernes jordledning for ledende forbundet plate 20 og vikles opp på en rull 21. Rullen drives over en utveksling 22 fra en reguler-bar motor 23, idet instrumentet 24 måler papirhastigheten. Denne blir forstørret i et forhold som den halve lydhastighet i vann til hastigheten av griflene 25, 26 og angis

i knob, slik at man lett kan innstille denne tilsvarende det ønskede forhold av opp-tegningsmålestokken i tverr- og lengderet-ning av strimmelen. Griflene 25, 26, som tjener til opptegning av de mottatte ekkoer fra svingerne 3 og 4, er festet i hylsene 27, 28, som er forskyvbart anordnet på en isolerende stang 29 på tvers av pa-pirstrimmelen 18. Hylsene 27, 28 er festet til en snor 30 som løper over en rulle 31, og snorens ene ende holdes spent av en fjær 32, mens den annen ende er viklet opp på en trommel 33, som over en utveksling 34 drives av en til tider rotert aksel 35. Driften av akselen 35 skjer over en dermed forbundet arm 36, som i enden bærer en stift 37 som er parallell med akselen. Stiften blir tatt med av en radialt anordnet bladfjær 38, som er forbundet med en sta-dig omløpende aksel 9, hvilken bladfjærs ende er fjærende i akselretningen. På stiftens 37 bane er anordnet et anslag 39 og på banen av bladfjæren som rager ut over stiften er anordnet et kegleformet fø-ringsstykke 40. Ved anstøt mot dette blir bladfjæren 38 bøyet og frigir stiften 37, slik at akslene 9 og 35 koples fra hverandre.

Arbeidsmåten er følgende: Ved virkning av den på snoren 30, tromlen 33 og utveks-lingen 34 overførte trekk av fjæren 32 ligger stiften 37 kort før utsendingen av en puls ved betjening av kontakten 11 ved hjelp av kamskiven 10, an mot den venstre side av anslaget 39, mens griflene 25, 26 befinner seg i nærheten av midtlinjen 41 på opptegningsstrimmelen 18. I det øyeblikk pulsen sendes ut løper bladfjæren 38 mot stiften 37 og tar armen 36 med. Snoren 30 vikles opp på tromlen 33, og skrivestiftene 25, 26 beveger seg med jevn hastighet fra midten av papiret mot kantene av strimlen 18, idet opptegningen av de mottatte ekkoer skifter. Etter en dreining på ca. 270° løper bladfjæren 38 mot kilen 40 og frigir stiften 37 et sekund etter lydutsendingen. Det hurtige tilbakeløp av skrivéstiftene 25, 26 og armen 36 skjer ved virkning av fjæren 32 og ender med anlegget av stiften 37 mot anslaget 39. 0.3 sek. etter begynnel-sen av tilbakeløpet blir den neste periode innledet ved en ny lydutsending. Utveks-lingen 34 er valgt slik at der ved ca. 277° dreining av akslen 35 til høyre, føres skrivestiftene ganske nær til kantene av papir - strimlen.

Da løpetiden for griflene er valgt til et sekund, er den største avstand av en hindring som kan opptegnes 750 m. Opptegningen av de svake ekkoer som skyldes spredning på havbunnen begynner på linjen 42 i en avstand fra nullinjen 41, som tilsvarer den avstand av svingeren fra havbunnen som måles langs den undre grense av lydstrålen. Ved 43 er opptegnet et vrak som ligger på havbunnen. Da der umiddelbart bak dette ikke skal finnes noen lyd fra havbunnen, uteblir spredningsekkoer fra havbunnen på dette sted.

Fig. 4 og 5 viser et slepeapparat som slepes under vann av et skip, og som bærer to på tvers av bevegelsesretningen strålende svingere. Slepelegemet 44 har form av en lang sylinder med tilnærmet elliptisk tverrsnitt. I en gaffel 46 som er dreibar om tappene 45 er slepekabelen 47 festet, hvilken kabel inneholder de ledninger som fører til svingerne. Slepelegemets 44 svømmestilling stabiliseres ved hjelp av en blykile 48 og et oppdriftsfrembringende le-geme 49 i den øvre del av slepelegemet. I hodet befinner det seg en ikke vist belast-ningsvekt. De loddrette oppdrifts- og synkekrefter har en resultant som går gjennom akslen 45. To langstrakte mag-netostriktive svingere 50, 51 som er bereg-net på utsending av pulser med 30 kHz, er innebygget parallelt med lengdeakslen av slepelegemet og stråler til begge sider.' Stråleflatene 52 har rektangulær form med målene 1,50 x 0.04 m. Strålebredden i horisontalplanet er ca. 4°. I slepelegemets t<y>errplan er ved hjelp av luftholdige re-fleksjonsvegger 53, 54 lydstrålingen begrenset til et vinkelområde på + 5 til —45° til horisontalplanet. Veggen av slepelegemet foran stråleflatene for svingerne 50, 51 be-står av en tynn plate 54, som tillater lyd-gjennomgang uten tap. Ved 55 er vist et tverrsnitt av en strålekegle.

Avstanden av slepelegemet over bunnen kan bestemmes av opptegningen av ekkoene. Den andrar seg til 0.7 av avstanden fra de første viste spredningsekkoer fra havbunnen. Hvis slepelegemet slepes tett over bunnen, blir bare en smal stripe av havbunnen avsøkt under apparatet.

Oppfinnelsens utførelsesform er ikke begrenset til de viste eksempler. Særlig kan svingerne også være innebygget i en vinkel til skipets lengdeakse, idet banene for skrivegriffelen må ligge i den samme vinkel i negativ retning til papirfremmatningen. For å muliggjøre en hurtigere opp-tegningsrekkefølge av de enkelte lodninger, kan man sette ut og motta forskjellige frekvenser i syklisk rekkefølge med tilsvarende avstemte svingere.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig kartlignende avbildning av gjenstanders posisjon på havbunnen ved hjelp av ekkolodding, hvor der ved liten dybde, fra et skip som følger jevn kurs, eller ved større dyb-der, fra et langstrakt slepelegeme som av et skip slepes i liten avstand fra havbunnen periodisk sendes ut retningsbestemte lydpulser ved hjelp av én, fortrinnsvis to langstrakte parallelt med skipsaksen resp. skipets bevegelsesretning anordnede, mot styrbord og babord strålende elektroakustiske omformere, og hvor reflekterte pulser mottas og tegnes opp på en i bestemt forhold til skipets bevegelseshastighet beveget papirstrimmel i en avstand fra en null-linje som tilsvarer de reflekterende gjenstanders avstand fra omformerne og i form av parallelle linjer på tvers av papirets bevegelsesretning, karakterisert ved at om-formernes retningskarakteristikk ved langstrakt utstrekning og helning av stråleflatene har form av en flattrykt kjegle hvis bredde er parallell med og symmetrisk i forhold til skipets lengdeakse og et plan vinkelrett på horisontalplanet, og hvis åp-ningsvinkel i dette plan utgående fra horisontalplanet utfyller en større eller mindre del av de kvadranter av vertikalplanet som ligger under horisontalplanet, mens stråle bredden loddrett på dette vertikalplan bare er ± 2° eller mindre, slik at der ved hver lodding på styrbord og/eller babord side, avbildes stripelignende avsnitt av havbunnen, som begynner i nærheten av kurslinjen og står vinkelrett på denne.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at pulser med forskjellig frekvens sendes ut og mottas i syklisk rekkefølge ved hjelp av tilsvarende avstemte svingere.

3. Innretning for utførelse av frem-gangsmåten ifølge påstand 1, bestående av et langstrakt, hovedsakelig sylindrisk slepelegeme som har to langstrakte elektroakustiske omformere med retningskarak-teristikker ifølge påstand 1, for utsending av pulser på styrbord og babord side, og for mottagning av ekkoer fra gjenstander på havbunnen, karakterisert ved en vekt-fordeling hvor resultanten av de vertikale synke- og oppdriftskrefter ligger i nærheten av slepelegemets forreste ende, og at slepelegemet er forbundet med slepekabelen ved hjelp av en gaffel, som er dreibart lagret i slepelegemet om en horisontal akse som går gjennom skjæringspunktet mellom den nevnte resulterende og slepelegemets lengdeakse.