NO133538B

NO133538B -

Info

Publication number: NO133538B
Application number: NO1757/73A
Authority: NO
Inventors: H R Schreiner; R W Hamilton; A Francis
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1976-02-09
Also published as: IT986082B; CA997130A; JPS5565B2; DK138010B; DK138010C; AU5501373A; JPS4955098A; US3815591A; AU469703B2; GB1367029A; FR2182230B1; FR2182230A1; NO133538C; NL7305977A

Description

Ekkolodd. Sonar.

Foreliggende oppfinnelse angår ekkolodd og spesielt ekkolodd av den art hvor trykkbølger blir sendt ut og ekkoer mot- i tatt ved hjelp av samme transduktoran-ordning. The present invention relates to echo sounders and in particular echo sounders of the kind where pressure waves are sent out and echoes are received using the same transducer arrangement.

Det er vanlig 1 ekkolodd å bruke sam- It is common to use 1 echo sounder together

me transduktor — som i alminnelighet, men ikke (nødvendigvis, er en magneto-striktiv transduktor — både for utsending av trykkbølger mot sjøbunnen og motta - me transducer — which is generally, but not (necessarily) a magneto-strictive transducer — both for sending pressure waves towards the seabed and receiving -

ging av ekkoer tilbake derfra, eller fra hvilket som helst mellomliggende legeme, echoed back thence, or from any intervening body,

f. eks. en fiskestim, som reflekterer dem tilbake. I slike ekkolodd er det, selvsagt, nødvendig å beskytte mottageren mot ut-sendingspulsene for hvis sender og mot- e.g. a school of fish, which reflects them back. In such sounders it is, of course, necessary to protect the receiver against the transmission pulses for whose transmitter and counter-

tager bare er forbundet med samme transduktor uten noen anordninger for å beskytte mottageren overfor senderen, vil senderpulsene, som d alminnelighet er me- receivers are only connected to the same transducer without any means to protect the receiver from the transmitter, the transmitter pulses, which are usually me-

get kraftigere enn ekkoene, «lamme» mottageren og hindre den i å reagere på ek- stronger than the echoes, "paralyze" the receiver and prevent it from reacting to the echoes

koer ikke bare under hver sendepuls, men i en betrkatelig tid deretter. cowes not only during each transmit pulse, but for a considerable time thereafter.

Av denne grunn er det vanlig i ekko- For this reason, it is common in echo-

lodd av den angitte art å gjøre mottage- lots of the specified kind to make receipt-

ren ufølsom eller å koble den ut under hver sendepuls. De anordninger som bru- purely insensitive or to switch it off during each transmit pulse. The devices that use

kes for dette formål er i det vesentlige kob-lingsanordninger, f. eks. reléer, 'kontakter eller elektroniske brytere som enten kob- kes for this purpose are essentially connecting devices, e.g. relays, 'contacts or electronic switches which either connect

ler mottageren ut eller gjør den ufølsom eller setter den ut av drift på annen måte under og i kort tid etter hver sendepuls. fools the receiver or renders it insensitive or otherwise disables it during and for a short time after each transmit pulse.

På denne måten blir mottageren beskyt- In this way, the recipient is protected

tet og lamming av den hindret, men ekko-mottaging kan selvsagt ikke foregå i den tid mottageren på denne mlåten er gjort ufølsom. Dette er en ulempe som, eksem-pelvis, begrenser den minste dybde hvor det kan foretas ekkolodding. Foreliggende oppfinnelse går ut på å unngå denne ulempe og å skaffe ekkolodd av den angitte art som skal være slik at ekkoer kan mottas også 1 den tid hvor sendepulser foreligger. tet and paralyzing it is prevented, but echo reception cannot of course take place while the receiver on this mål is rendered insensitive. This is a disadvantage which, for example, limits the minimum depth where echo sounding can be carried out. The present invention aims to avoid this disadvantage and to provide echo sounders of the specified type which should be such that echoes can be received also at the time when transmission pulses are present.

Foreliggende oppfinnelse angår såle- The present invention relates to sole

des et ekkolodd av den art som omfatter en kilde for vekselspennings-pulser som påtrykkes et nettverk som er tilkoblet viklingene i en lamellert eller to transduktorer med sende-mottage-flater slik at dis- des an echo sounder of the kind which comprises a source of alternating voltage pulses which is applied to a network which is connected to the windings of a lamellar or two transducers with transmitting-receiving surfaces so that dis-

se flater samtidig sender ut trykkbølger, se surfaces at the same time emit pressure waves,

og en mottager hvis inngangskrets er kob- and a receiver whose input circuit is connected

let til de samme punkter i sender-nettver- to the same points in the transmitter network

ket som transduktorviklingene, og det sær-egne ved oppfinnelsen består i at transduktorenes sende-mottage-flater (9F, 10) i retningen for utbredninigen av trykkbøl-gene ligger i en avstand fra hverandre som er vesentlig forskjellig fra en halvbølge-lengde, fortrinsvis en åttendedels bølge-lengde, ved arbeidsfrekvensen for trykk-bølgen. ket as the transducer windings, and the peculiarity of the invention is that the transmitting-receiving surfaces (9F, 10) of the transducers in the direction of propagation of the pressure waves lie at a distance from each other that is significantly different from a half-wavelength, preferably one-eighth wavelength, at the operating frequency of the pressure wave.

I en utførelsesform for oppfinnelsen In one embodiment of the invention

er ekkoloddet utført slik at vekselspennings-pulsene fra kilden påtrykkes en transformator hvis sekundærvrkling består the sonar is designed so that the alternating voltage pulses from the source are applied to a transformer whose secondary winding consists of

av to like viklinger som fer koblet i serie og mot hverandre slik at den strøm som flyter i de to viklingsdeler motvirker hverandre, med forbindelsespunktet mellom dem tilsluttet et fast potensial (jord) og at inngangskretsen for mottageren er koblet inn mellom de to ender av nettverket, slik at inngangskretsen mottar omtrent ingen spenning fra kilden, og at påvirkningsvik-lingene for de to transduktorer også er koblet i serie med hverandre mellom de samme to ender og mied sitt felles midt-punkt forbundet med et punkt med fast potensial (jord). of two identical windings that are connected in series and against each other so that the current flowing in the two winding parts counteracts each other, with the connection point between them connected to a fixed potential (earth) and that the input circuit for the receiver is connected between the two ends of the network , so that the input circuit receives almost no voltage from the source, and that the influence windings for the two transducers are also connected in series with each other between the same two ends and with their common mid-point connected to a point of fixed potential (ground).

I en annen utførelsesform er det 1 serie med sekundærviklingen koblet forsinkel-sesanordnlnger som er innrettet til å bevirke en relativ faseforskyvning på omtrent 180° mellom spenning som avgis av viklingen til den ene ende av inngangs-kretsen og spenning som avgis fra viklingen til den annen ende av inngangskretsen. Det kan være en eneste faseforskyver på 180° mellom den ene ende av viklingen og den tilstøtende ende av senderinngangskretsen og i så tilfelle er det fortrinsvis, i serie mellom den annen ende av viklingen og den annen ende av inngangskretsen anordnet en demper som er innrettet til å gi i det vesentlige samme demping som den som innføres av faseforskyveren. In another embodiment, there are 1 series connected to the secondary winding delay-six devices which are arranged to cause a relative phase shift of about 180° between voltage supplied by the winding to one end of the input circuit and voltage supplied from the winding to the other end of the input circuit. There may be a single phase shifter of 180° between one end of the winding and the adjacent end of the transmitter input circuit and in that case there is preferably, in series between the other end of the winding and the other end of the input circuit, an attenuator arranged to to provide essentially the same damping as that introduced by the phase shifter.

Da i denne utførelsesform fordringen er at pulsspenningen mellom de to ender av sender-inngangs-kretsen skal være null, er det klart at det i stedet for å an-ordne en 180° faseforskyver mellom den ene ende av viklingen med midtuttak og den ene ende av senderinngangskretsen og en utj evningsdemjper mellom den annen ende av viklingen med midtuttak og den annen ende av sender-inngangskretsen kan an-ordnes faseforskyvere som har omtrent samme dempning, men en forskjell i faseforskyvning på omtrent 180°, mellom hver sin ende av viklingen med midtuttak og den nærliggende ende av senderinngangskretsen. Since in this embodiment the requirement is that the pulse voltage between the two ends of the transmitter-input circuit should be zero, it is clear that instead of arranging a 180° phase shifter between one end of the winding with center tap and one end of the transmitter input circuit and an equalizing attenuator between the other end of the winding with center tap and the other end of the transmitter input circuit, phase shifters can be arranged which have approximately the same attenuation, but a difference in phase shift of approximately 180°, between each end of the winding with center socket and the near end of the transmitter input circuit.

Normalt vil arbeidsfrekvensen for trykkbølgene ligge i det supersoniske om-råde slik som vanlig i ekkolodd. Normally, the working frequency for the pressure waves will be in the supersonic range, as is usual in sonar.

Selv om transduktoranordniingene, for enkelhets skyld nå skal beskrives og vises som helt adskilte transduktorer, kan de være forenet i en enkelt mekanisk konstruksjon, f. eks. kan virkningen av to transduktorer oppnås ved å bruke en enkelt lamellert blokk, forutsatt at det dreier seg om magnetostriktive transduktorer, som danner to magnetiske kretser med hver sin vikling og som innvirker så lite som mulig på hverandre, idet halvdelen av lamelleringen er forskjøvet slik i forhold til den annen halvdel at det dannes to sender-mottager-flater for trykkbølger med den nødvendige avstand 1 hovedretningen for trykkbølgeutbredelsen, som selvsagt normalt er loddrett nedover mot sjøbun-nen. Although, for the sake of simplicity, the transducer arrangements will now be described and shown as completely separate transducers, they may be united in a single mechanical construction, e.g. the effect of two transducers can be achieved by using a single lamellated block, provided that they are magnetostrictive transducers, which form two magnetic circuits with separate windings and which affect each other as little as possible, half of the lamellation being offset so in in relation to the other half, that two transmitter-receiver surfaces for pressure waves are formed with the necessary distance 1 the main direction of pressure wave propagation, which of course is normally vertically downwards towards the seabed.

Oppfinnelsen er vist på vedføyete teg-ning som i forenklete skjemaer viser to ut-førelsesformer. Samme henvisningstall er brukt for samme deler i de to figurer. The invention is shown in the attached drawing, which in simplified forms shows two embodiments. The same reference numbers are used for the same parts in the two figures.

Det skal først henvises til fig. 1. Fra en pulssender, som ikke er vist, av hvilken som helst passende kjent type, slik som de brukes ved ekkolodding, føres pulser til klemmene 1 for en krets som består av de seriekoblete primærviklinger 2P og 3P for to transformatorer 2 og 3 med seriekoblete sekundærviklinger 2S og 3S. Midtpunktet mellom sekundærviklingene 2S og 3S er jordet og transformatorene er beregnet, viklet og bygget slik at det er liten eller ingen direkte kobling mellom dem og også slik at en puls som tilføres på klemmene 1 indu-serer samme spenning mellom den spen-ningsførende ende av sekundærviklingen 2S og jord og mellom den spenningsførende ende av sekundærviklingen 3S og jord. Anordningen av transformatorene er med andre ord slik at når primærkretsen til-føres en puls, er det null spenning mellom endene 4 av den krets som her skal kalles transduktor-inngangskretsen. Det er klart at det i stedet for å bruke to helt adskilte transformatorer kunne anvendes en enkelt transformator som er utført slik at den gir det samme resultat. For å lette amplitude-balansen på sekundærsiden er minst en av sekundærviklingene, her begge, shuntet med en seriekrets som består av en inn-stillbar motstand 5 i serie med en inn-stillbar kapasitet 6. Mottageren, som ikke er vist, tilføres energi gjennom en mottager-inngangstransformator 7 hvis pri-værvikling 7P ligger mellom de to ender 4 av transduktor-inngangskretsen og hvis sekundærvikling 7S med sine klemmer 8 er forbundet med mottageren. Reference should first be made to fig. 1. From a pulse transmitter, not shown, of any suitable known type, such as is used in echo sounding, pulses are applied to the terminals 1 of a circuit consisting of the series-connected primary windings 2P and 3P of two transformers 2 and 3 with series-connected secondary windings 2S and 3S. The midpoint between the secondary windings 2S and 3S is grounded and the transformers are calculated, wound and built so that there is little or no direct connection between them and also so that a pulse applied to the terminals 1 induces the same voltage between the voltage-carrying end of the secondary winding 2S and earth and between the live end of the secondary winding 3S and earth. In other words, the arrangement of the transformers is such that when the primary circuit is supplied with a pulse, there is zero voltage between the ends 4 of the circuit which shall here be called the transducer input circuit. It is clear that instead of using two completely separate transformers, a single transformer could be used which has been designed so that it gives the same result. In order to facilitate the amplitude balance on the secondary side, at least one of the secondary windings, here both, is shunted with a series circuit consisting of an adjustable resistance 5 in series with an adjustable capacity 6. The receiver, which is not shown, is supplied with energy through a receiver input transformer 7 whose primary winding 7P lies between the two ends 4 of the transducer input circuit and whose secondary winding 7S with its terminals 8 is connected to the receiver.

Mellom de to ender 4 ligger påvirk-ningsviklingene for to magnetostriktive transduktorer 9 og 10 som er så nær iden-tiske med hverandre som mulig. Disse to påvirkningsviklinger ligger i serie mellom endene 4 og forbindelsespunktet mellom dem er jordet. Flatene 9F og lOF for sen-ding og mottaging av trykkbølger ligger Imidlertid ikke i samme plan, men i avstand fra hverandre i hovedretningen for bølge-utbredelsen, dvs. loddrett nedover mot sjøbunnen. Denne avstand d er ikke kritisk, men er fortrinnsvis 1/8 av bølge- 1 lengden ved arbeidsfrekvensen for trykk- 1 bølgene som normalt er supersonisk. Sjø-bunnen er antydet ved B. Between the two ends 4 are the influence windings for two magnetostrictive transducers 9 and 10 which are as nearly identical to each other as possible. These two influence windings are in series between the ends 4 and the connection point between them is grounded. However, the surfaces 9F and 10F for sending and receiving pressure waves are not in the same plane, but at a distance from each other in the main direction of wave propagation, i.e. vertically downwards towards the seabed. This distance d is not critical, but is preferably 1/8 of the wavelength at the working frequency for the pressure waves which are normally supersonic. The seabed is indicated by B.

Med denne anordning kan ekkopulser som mottas på flaten 9F være ekkoer av 1 pulser som sendes ut fra denne flate eller fra flaten 10F og på samme måten kan ek- i koer som omttas på flaten lOF være ekkoer av pulser som er utsendt fra hvilken som helst av de to flater. Det vil imidlertid ses at ekkosignalene på flate 9F som er ekkoer av pulser som er sendt ut fra flaten 10F og ekkosignaler på flate lOF som er ekkoer av pulser som er sendt ut fra fla- 1 ten 9F vil være i fase med hverandre da ] vedkommende trykkbølger vil ha nådd i mottagerflatene etter å ha tilbakelagt sam- i me strekning gjennom vannet. Disse ekkoer vil derfor indusere spenninger som er i fase ved endene av transduktorviklin- 1 gene og derfor frembringe null spenning : over primærviklingen 7P. Ekkoer som mot- i tas på flate 10F av pulser som er sendt : ut fra denne flate vil inntreffe tidligere enn ekkoer som mottas på flaten 9F fra 1 pulser som er sendt ut fra denne flate 9F da veilengden fra flaten 9F til ekkoflaten og tilbake igjen er 2d, dvs. en fjerdedels i bølgelengde, lenger enn veilengden fra : flaten lOF til ekkoflaten og tilbake igjen. , Disse ekkoer vil derfor frembringe ekkosignaler med en innbyrdes faseforskj.ell på i 90° mellom spenningene ved endene av transduktorviklingene. Hvis det forutset-tes at alle ekkoer har samme styrke, vil det frembringes en spenning over primærviklingen 7P som er 1,4 ganger større enn den som skyldes ett ekko på en flate. Da imidlertid de utsendte pulser frembringer null spenning mellom endene 4 vil mottageren ikke påvirkes av disse pulser. Mottatte ekkoer vil følgelig være effektive på mottageren mens utsendte pulser ikke er det og mottageren vil være a stand til å motta også under tilstedeværelsen av utsendte pulser, selvsagt forutsatt, som det ordnes i praksis, at transduktorene kan greie mottatte ekkoer overlagret på utsendte pulser uten overbelastning eller be-grensningsvirkninger. With this arrangement, echo pulses received on surface 9F can be echoes of 1 pulses emitted from this surface or from surface 10F and, in the same way, echoes received on surface lOF can be echoes of pulses emitted from any of the two surfaces. However, it will be seen that the echo signals on surface 9F which are echoes of pulses sent out from surface 10F and echo signals on surface lOF which are echoes of pulses sent out from surface 9F will be in phase with each other then pressure waves will have reached the receiving surfaces after having traveled the same distance through the water. These echoes will therefore induce voltages which are in phase at the ends of the transducer windings and therefore produce zero voltage: across the primary winding 7P. Echoes received on surface 10F of pulses sent from this surface will occur earlier than echoes received on surface 9F from 1 pulses sent out from this surface 9F as the path length from surface 9F to the echo surface and back again is 2d, i.e. a quarter of a wavelength, longer than the path length from : the plane lOF to the echo plane and back again. , These echoes will therefore produce echo signals with a mutual phase difference of 90° between the voltages at the ends of the transducer windings. If it is assumed that all echoes have the same strength, a voltage will be produced across the primary winding 7P which is 1.4 times greater than that caused by one echo on a surface. However, since the transmitted pulses produce zero voltage between the ends 4, the receiver will not be affected by these pulses. Received echoes will therefore be effective on the receiver while transmitted pulses are not, and the receiver will be able to receive also in the presence of transmitted pulses, of course provided, as is arranged in practice, that the transducers can handle received echoes superimposed on transmitted pulses without overloading or limiting effects.

Selv om transduktorene for enkelhets skyld er vist soml fysisk atskilte, trenger de ikke å være det og kan kombineres i en eneste anordning som omfatter en eneste lamellert blokk hvorav halvdelen av lamelleringen er forskjøvet slik i forhold til den annen halvdel at det dannes to flater som ligger så langt fra hverandre som for-langt, idet blokken er utført slik at den har to magnetiske kretser som samvirker med averandre så lite som mjulig og hvorav hver tiar sin egen påvirkningsvikling. Although for convenience the transducers are shown as physically separate, they need not be so and may be combined into a single device comprising a single laminated block of which half of the lamination is offset relative to the other half to form two surfaces which are as far apart as required, as the block is designed so that it has two magnetic circuits which interact with averandre as little as possible and each of which has its own influence winding.

I den endrete utførelse som er vist i fig. 2, er den balanserte transform&toran-srdning i fig. 1, erstattet av en enkelt transformator 11 med en primærvikling 11P, og en sekundærvikling 11S, hvorav den siste har et jordet midtuttak slik som vist, og hver halvdel av viklingene 11S er shuntet med en motstand 5 i serie med en kondensator 6. Det ønskete resultat at senderpulsene ikke skal frembringe noen iirekte inngangsenergi for mottageren, appnåes ved mellom en ende av sekundærviklingen 11S og en ende av primærviklingen 7P å legge inn et forsinkelsesnett siler -innretning 12 som kan frembringe sn faseforskyvning på 180°. På grunn av it faseforskyveren 12 nødvendigvis vil inn-føre noen demping, som kan være merk-bar, er en demper lagt inn mellom den annen ende av vikingen 11S og den nærliggende ende av viklingen 7P for å utbalan-sere den demping som skyldes faseforskyveren 12. Hvis faseforskyveren 12 frembringer nøyaktig 180° faseforskyvning, bør demperen 13 frembringe så nær som mulig ingen faseforskyvning, men det er klart at det samme resultat kan oppnås ved hjelp av hvilken som helst anordning som er slik at det oppnås en relativ faseforskyvning på 180° mellom den spenning som overføres fra sekundærviklingen 11S til en ende av primærviklingen 7P og den som overføres fra sekundærviklingen 11S til den annen ende av primærviklingen 7P og dempingen av de to signaler til de to ender av primærviklingen 7P er like store. In the modified embodiment shown in fig. 2, the balanced transformer arrangement of FIG. 1, replaced by a single transformer 11 with a primary winding 11P, and a secondary winding 11S, the latter of which has a grounded center tap as shown, and each half of the windings 11S is shunted by a resistor 5 in series with a capacitor 6. The desired result that the transmitter pulses should not produce any direct input energy for the receiver, is achieved by inserting between one end of the secondary winding 11S and one end of the primary winding 7P a delay network filter device 12 which can produce a phase shift of 180°. Because the phase shifter 12 will necessarily introduce some damping, which can be noticeable, a damper is inserted between the other end of the winding 11S and the nearby end of the winding 7P to balance the damping caused by the phase shifter 12. If the phase shifter 12 produces exactly 180° phase shift, the attenuator 13 should produce as close to no phase shift as possible, but it is clear that the same result can be achieved by any device which produces a relative phase shift of 180 ° between the voltage transmitted from the secondary winding 11S to one end of the primary winding 7P and that transmitted from the secondary winding 11S to the other end of the primary winding 7P and the attenuation of the two signals until the two ends of the primary winding 7P are equal.

Claims

1. Echo sounder of the kind which comprises a source of alternating voltage pulses which is applied to a network which is connected to the windings of a lamellar or two transducers with transmitter-receiver surfaces so that these surfaces simultaneously emit pressure waves, and a receiver whose input circuit is connected to the same points 1 the transmitter network as the transducer windings, characterized in that the transmitter-receiver surfaces (9F, 10) of the transducers in the direction of propagation of the pressure waves are at a distance from each other that is significantly different from half a wavelength, preferably an eighth of a wavelength, at the working frequency of the pressure wave.

2. Echo sounder as stated in claim 1, characterized in that the influence windings for the transmitter-receiver surfaces for the two transducers are connected in series with each other between the two connection ends (4) of the network and with their common mid-point connected with a point of fixed potential (earth), as the network is made up of a transformer whose secondary winding consists of two identical windings which, with the connection point between them connected to a fixed potential (earth), are connected in series and against each other so that the current which! flows in the two winding parts counteract each other, whereby the voltage between the two connection ends (4) on the secondary circuit is zero when a pulse is supplied to the primary circuit.

3. Sonar as set forth in claim 2, characterized in that delay devices are connected in series with the secondary winding which are designed to cause a relative phase shift of approximately 180° between voltage emitted by the winding to one end of the input circuit and voltage which is emitted from the winding to the other end of the input circuit.

4. A sonar as set forth in claim 3, characterized by a single 180° phase shifter between one end of the winding and the adjacent end of the receiver input circuit.

5. Sonar as stated in claim 4, character! s ert in that a damper is arranged in series between the other end of the winding and the other end of the input circuit, which is arranged to provide in it essentially the same damping as that introduced by the phase shifter.

6. Sonar as set forth in claim 3, characterized in that phase shifters having approximately the same attenuation, but a difference in phase shift of approximately 180° are arranged between each end of the coil with center tap and the adjacent end of the receiver input circuit

7. Echo sounder as stated in claims 1-6, characterized in that the tyrant-ductor devices are made up of completely separate transducers.

8. Echo sounder as specified in claims 1-6, characterized in that the transducer devices consist of a simple mechanical construction in the form of a single laminated block of magnetostrictive material made and arranged so that two magnetic circuits are formed which each have their own winding and which affect each other as little as possible, as half of the lamellar ring is offset in such a way in relation to the other half that two transmitter-receiver surfaces for pressure waves are formed with the desired distance in the main direction of pressure wave propagation.