NO143595B - Apparat til hastighetsmaaling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat til hastighetsmåling .

Skips hastighet måles ofte ved hjelp av Doppler-sonar-systemer, der en stråle av lydenergi blir rettet nedad mot bunnen av en vannmasse som skipet seiler i for å frembringe reflekser fra bunnen, idet lydstrålen også avgis i en retning forover eller akterover fra skipet slik at ekko som mottas fra havbunnen får en Doppler-forskyvning svarende til skipets hastighet.

Det oppstår et problem ved måling av den Doppler-forskyvning som fremkommer ved et typisk Doppler-sonar-system med pulser, idet målingen av Doppler-frekvensforskyvningen må foretas under de forholdsvis kortvarige lydpulser, mens det ikke fremkommer noen informasjon under de forholdsvis lange pulsmellomrom. For eksempel krever spenningsstyrte oscillatorer som anvendes i fastlåste kretser til behandling av bære-frekvensen for slike sonar-signaler, en eller annen form for eksemplerings- og holdekrets til lagring av oscillatorfrekvens-en i pulsmellomrommene, og dette medfører den kjente tendens til at slike oscillatorer blir utsatt for frekvensdrift i pulsmellomrommene.

Et ytterligere problem ved måling av Doppler-forskyvningen ved slike pulssystemer skyldes at slike systemer eller apparater ofte anvendes i omgivelser med ytre støy, f.eks. den som frembringes av skipets propeller og ved turbulent strøm-ning, og følgelig kan noen eller mange av de mottatte ekko bare gi en dårlig bestemmelse av Doppler-forskyvningen som følge av for" sterk støy. Et slikt problem vil kunne ha større betydning i et mottakerapparat med en faselåst krets med eksemplering der inngangssignalet til denne krets kun er til-gjengelig under de forholdsvis kortvarige mottatte pulser.

Det har tidligere vært gjort"forsøk på å løse disse problemer, og i denne forbindelse er det ikke en ukjent tek-nikk å sammenlikne et måleresultat med et foregående måleresultat med henblikk på å konstatere forandringer i måleresultatene. Fra tysk offentliggjørelsesskrift nr. 2.029.311 er det således kjent et ekkolodd der det søkes etter en måleverdi som ikke avviker vesentlig fra den foregående måleverdi, der søkning foretas en gang pr. syklus og på grunnlag av det ene av de to resultater som skal sammenliknes faktisk angir den korrekte havdybde. Dette avviker imidlertid i prinsippet fra foreliggende oppfinnelse selv om formålet med denne også i første rekke er å oppheve de ovennevnte ulemper, noe som er oppnådd med et apparat utført i henhold til kravene.

Det som særlig kjennetegner apparatet i henhold til oppfinnelsen er at det finnes signalskilleorganer som er forbundet med transduktoren og som omfatter organer som er innrettet til å måle varigheten av et på forhånd fastlagt antall av på hverandre følgende perioder av den reflekterte bølge-energi, og der det finnes et antall mellomlagringsmidler som hvert er innrettet til å lagre de suksessive målinger, hvilke lagringsmidler er forbundet med en detektorkrets til bestemmelse av likhet mellom suksessive måleresultater, der detektorkretsen er innrettet til innenfor på forhånd bestemte grenser for innbyrdes overensstemmelse mellom de nevnte målinger, å overføre måleresultatene til signalfrembringende midler som er innrettet til i avhengighet av sammenlikningen mellom utgangssignalene fra signalskilleorganene som er forbundet med de respektive transistorer, å frembringe et sammenhengende periodisk signal som representerer den hastighet som skal måles .

Andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene, og oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 skjematisk viser et skip utstyrt med et hastig-hetsmåleapparat i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et blokkdiagram for en mottaker på fig.

1,

fig. 2 viser et blokkdiagram for en mottaker på

fig. 1,

fig. 3 viser et blokkdiagram for en elektronisk enhet på fig. 1 til utskillelse av Doppler-data fra signaler som er mottatt av mottakeren på fig. 1, og til frembringelse av signaler til utsendelse i en sender på fig. 1,

fig. 4 viser et blokkdiagram for en skillekrets på fig. 3, til utskillelse av Doppler-data fra mottakeren på

fig. 1,

fig. 5 viser et blokkdiagram for en kombineringskrets på fig. 3 til kombinering av de Doppler-data som avledes fra signaler mottatt i de to transduktorer som er vist på fig. 1/ mens

fig. 6 viser et blokkdiagram for en beregningskrets for dybden til måling av den tid som forløper mellom utsendelse av energi fra senderen på fig. 1 og mottaking av reflek-tert energi i mottakeren på samme figur.

Fig. 1 viser et skip 20 som seiler på havet 22 og

som er forsynt med et apparat 24 til måling av hastighet, hvilket apparat ifølge oppfinnelsen omfatter en foroverrettet transduktor 26 og en akteroverrettet transduktor 28 som begge er innelukket i et oljefylt hus 30,som danner forbindelse for lydenergi mellom transduktorene 26 og 28 og havvannet. Apparatet 24 omfatter videre en mottaker 32, en sender 34, T-R-kretser 36 og 38 til kopling av lydenergi mellom transduktorene og mottakeren 32 og senderen 34, et overvåkiiingspanel 40 i skipets førerhus, et temperaturmåleorgan, f.eks en termi-stor 42 anbrakt i oljen i huset 30, samt en elektronisk enhet

44 som er forbundet med mottakeren 32, senderen 34, panelet 40 og termistoren 42. Enheten 44 frembringer signaler til utsendelse gjennom senderen 34 og behandler de Doppler-forskyv-ninger som finnes i de signaler som treffer transduktorene 26 og 28 og angir på panelet 40 et mål for skipets hastighet. Transduktoren 26 er forbundet med kretsen 36 over en ledning 46 og transduktoren 28 er forbundet med kretsen 38 over en ledning 48. Senderen 34 er koplet til kretsen 36 over en ledning 50, til kretsen 38 over en ledning 52 og til enheten 44 over en ledning 54. Mottakeren 32 er forbundet med kretsen 36 over en ledning 56, til kretsen 38 over en ledning 58 og til enheten 44 over en kabel 60, mens enheten 44 er forbundet med panelet 40 over en kabel 62.

Transduktorene 26 og 28 er orientert slik at de sender ut sine respektive stråler av lydenergi i vinkler på 30° henholdsvis forover og akterover i forhold til en normal på skipets kjøl. Lydstrålene er så smale at omfanget av etterklang begrenses og strålene har fortrinnsvis en strålebredde på 4°. Lydenergien treffer havbunnen 64 og reflekteres derfra i forskjellige retninger, og en del av den reflekterte lydenergi sendes tilbake mot transduktorene 26 og 28. Som følge av lydstrålenes vinkelstilling har hver stråle en komponent i skipets lengderetning, hvilket medfører at skipets bevegelse forover eller akterover vil bevirke en Doppler-forskyvning i frekvensen for den reflekterte energi. Når skipet beveger seg fremover vil den lydstråle som kommer fra den forreste transduktor 26 gjennomgå en positiv Doppler-forskyvning mens den stråle som kommer fra den aktre transduktor 28 vil bli underkastet en negativ Doppler-forskyvning. Denne orientering av transduktorene 26 og 28 er fordelaktig ved at den vil oppheve eller ut-likne variasjoner i Doppler-forskyvningen som skyldes skipets duvende bevegelse. Denne utlikning oppnås ved at den Doppler-forskyvning som svarer til den aktre transduktor 28 subtraheres fra den Doppler-forskyvning som tilhører den forreste trans-

) duktor 26.

Som vist på fig. 2 har mottakeren 32 to kanaler der hver omfatter en forsterker 66 med automatisk forsterknings-regulering, et båndpassfilter 68, en sammenlikningskrets 70 til sammenlikning av utgangssignalet fra båndpassfilteret 68 med signalet fra en referansesignalkilde 72, en blandekrets 74, et lavpassfilter 76 samt en annen sammenlikningskrets 78 og en annen referansesignalkilde 80. Hver av mottakerens kanaler har, som vist, fire signalklemmer som er betegnet med henholdsvis A, B, E og L og også med tallene 1 og 2 svarende til de to kanaler. Inngangssignalene til mottakeren over ledningene 56 og 58 føres,som vist,til klemmene Al og A2, mens utgangssignalene ved klemmene El, E2 og LI over kabelen 60 føres til den elektroniske enhet 44. Et signal til blandekretsen 74 føres til klemmene Bl og B2 fra en leder i kabelen 60.

Ved en foretrukken utførelsesform består de utsendte og mottatte signaler av en pulsmodulert bærebølge med en nomi-nell frekvens på 200 kHz. Denne frekvens endres ved mottaking i transistorene 26 og 28 med en Doppler,forskyvning som skyldes skipets bevegelse. I mottakerens kanal 1 (og likeledes i kanal 2) blir det mottatte signal forsterket i forsterkeren 66 til en passende verdi for påvirkning av sammenlikningskretsen 73. Filteret 68 har et passbånd på ca. 5 kHz rundt 200 kHz. Forholdsvis kraftige signaler ved utgangen av filteret 68 med en amplitude som er høyere enn verdien av signalet fra referansekilden 72 bevirker at.sammenlikningskretsen 70 ved sin utgang avgir et logisk 1 eller et "høyt" signal, hvilke to uttrykk i det følgende anvendes i samme betydning, mens kretsen vil frembringe et logisk 0 eller et "lavt" signal ved et forholdsvis lavt signal ved utgangen fra filteret 68 med en verdi lavere enn signalet fra referansekilden 72. Sammenlikningskretsen 70 tjener således til å skille ut signaler som har høyere amplitude enn bakgrunnsstøyen for derved å sikre økt pålitelighet for hastighetsmålingen. Referansekilden 72 er forsynt med innstillingsknapp 82 til manuell innstilling av verdien av referansesignalet.

Det signal med digital bølgeform som kommer fra sammenlikningskretsen 70 har en pulsfrekvens som er lik frekvensen av det signal som kommer inn ved klemmen A når dette signal er kraftig nok til å påvirke sammenlikningskretsen 70. Ellers vil utgangen fra sammenlikningskretsen 70 forbli i en logisk 0-tilstand slik at det ikke avgis noe signal til blandekretsen 74. I den følgende beskrivelse forutsettes at det signal som kommer inn ved klemmen A er kraftig nok til å påvirke sammenlikningskretsen 70, i hvilket tilfelle 200 kHz signalet med digital bølgeform i blandekretsen 74 blir kombinert med et referansesignal med firkantbølge og med en pulsfrekvens på

208 kHz, hvorved det fra blandekretsen 74 kommer et utgangssig-nal som blant annet inneholder et signal med en bærefrekvens eller en pulsfrekvens på 8 kHz. Lavpassfilteret 76 har en av-skjæringsfrekvens litt over 8 kHz slik at det vil overføre 8

kHz-signalet til sammenlikningskretsen 78 mens andre produkter fra blandeoperasjonen utelukkes. Ved en foretrukken utførelses-form anvender blandekretsen 74 simpelthen en ENTEN-ELLER-krets til frembringelse av 8 kHz-signalet. Sammenlikningskretsen 78

og referansekilden 80 virker på tilsvarende måte som sammen-

likningskretsen 70 og referansekilden 72 og anvendes til å omdanne den hovedsakelig sinusformede bølgeform som utgangssignalet fra lavpassfilteret 76 har til en firkantbølge med samme pulsfrekvens, hvilket signal fremkommer ved klemmen E.

Utgangssignalet fra den første sammenlikningskrets 70 blir også ført til klemmen L og utnyttes som senere beskrevet, til måling av vanndybden.

Den maksimale pulslengde for de lydpulser som sendes ut fra senderen 34 på fig. 1, er 24 millisekunder og anvendes ved dybder større enn 30 meter. Ved mindre dybder nedsettes pulslengden slik at det ved en dybde på kun 1,2 meter anvendes en pulslengde på 1 millisekund. Pulsfrekvensen blir likeledes valgt svarende til den forventede vanndybde slik at det anvendes en pulsfrekvens på to pulser pr. sekund ved dybder mellom 60 og 30 0 meter, mens det ved mindre dybder anvendes en pulsfrekvens på ti pulser pr. sekund. Den forhøyede pulsfrekvens ved mindre vanndybder vil kompensere for det mindre energiinnhold i de kortere pulser og gir derved en samlet mottatt energimengde pr. sekund som er tilstrekkelig til nøyaktig 'måling av dybden.

Som vist på fig. 3 inneholder den elektroniske enhet 44 en skillekrets 84 for Doppler-data med to kanaler til behandling av de data som fåes fra de signaler som avgis fra de

to kanaler i mottakeren 32, en kombineringskrets 86 til kombinering av data fra de to kanaler i skillekretsen 84, en beregningskrets 88 til behandling av signaler fra mottakeren 32 til bestemmelse av vanndybden, samt en taktkrets 90 som frembringer signalet for klemmen B i de to kanaler i mottakeren 32, og videre taktsignaler til de andre kretser i enheten 44. Dessuten inneholder den elektroniske enhet 44 en monostabil vippe 92 som frembringer en puls som kan varieres ved hjelp av en dreibar knapp 94, samt en OG-krets 96. Taktkretsen 90 frembringer ved sin klemme N et firkantbølgesignal ved 200 kHz som overføres av OG-kretsen 96 under varigheten av den fra vippe-1 kretsen 92 avgitte puls. Det avgis således over ledningen 54 et pulsmodulert signal på en 200 kHz bærebølge, hvilket signal forsterkes i senderen 34 på fig. 1 og deretter utstråles av

transduktorene 26 og 28. Vippekretsen 92 blir aktivert ved et signal over en ledning 98 fra beregningskretsen 88 som senere beskrevet i forbindelse med fig. 6. Taktkretsen 90 gir videre ved hver sine klemmer Jl og J2 et signal med frekvensen 1 mHz av hvilke signalet ved klemmen Jl er i sin første fase-vinkel, mens signalet ved klemmen J2 er ved en annen fase-vinkel, noe som muliggjør at de to signaler samtidig kan til-føres en reverserbar teller i kretsen 86 som senere beskrevet i forbindelse med fig. 5. Taktsignalene ved klemmen J2 blir også som senere beskrevet, benyttet til måling av løpetiden for et signal i vannet.

Til kompensasjon for den variasjon i lydhastigheten i vannet som skyldes variasjoner i temperaturen som måles ved termistoren 42 på fig. 1, anvendes en analog-digital-omformer 100 og en multiplikator 102 til endring av middelverdien fpr pulsfrekvensen for taktsignalet fra klemmen J2. Termistoren 42 gir et analogt signal som over en ledning 104 føres til omform-eren 100. Denne avgir over en ledning 106, et digitalt signal som representerer verdien av det analoge signal på ledningen 104. Multiplikatoren 102 mottar taktpulser over en ledning 108 fra klemmen J2 og det digitale signal fra ledningen 10 2 som representerer vanntemperaturen. Multiplikatoren 102 er kjent utstyr som kan fåes f.eks. fra firmaet Texas Instruments under betegnelsen nr. SN7497 og gir ved sin utgangsklemme M en rekke pulser med en gjennomsnitlig pulsfrekvens som er proporsjonal med pulsfrekvensen for taktpulsene over ledningen 108 og også proporsjonal med verdien av det digitale tall på ledningen 106. Termistoren 42 bestemmer temperaturen på oljen i huset 30,

fig. 1, hvilken temperatur gir en tilstrekkelig korreksjon for taktpulser ved klemmen M uavhengig av en derfra avvikende temperatur i havvannet ettersom en temperaturforskjell mellom havvannet og oljen i huset 10 vil bevirke forskjellig grad av brytning av lydenergi ved overflaten av huset 30, noe som kom-penseres fra temperaturforskjellen og dermed gir en passende korreksjon for taktsignalet ved klemmen M.

Fig. 3 viser videre forbindelsesledningen mellom klemmene i taktkretsen 90 og forskjellige klemmer i de andre kretser innenfor enheten 44. For eksempel er taktkretsens klemme F forbundet med klemmene Fl og F2 i kanalene 1 resp.

2 i skillekretsen 84.

Fig. 4 viser et blokkdiagram for skillekretsen 84. Denne har to like kanaler, hver med klemmer F, G, E, H og P som dessuten er betegnet med tallene 1 og 2 for de to kanaler 1 og 2. Som vist for kanal nr. 1 inneholder kretsen 84 telleren 110, 112, 114 og 116, OG-kretsen 118, 120, 122, 124 og 126, en omformerkrets 128, en ELLER-krets 130, et forsinkelsesledd 132, en subtraksjonskrets 134, en sammenlikningskrets 136, et register 138, samt en koder 140 med innstillingsknapp 142 til innstilling av et digitalt tall. Skillekretsen 84 foretar en måling av varigheten av et fast antall perioder, f.eks. fire perioder, i signalet ved klemmen El. Dessuten blir to slike målinger lagret i tellerne 114 og 116 og sammenliknet i subtraksjonskretsen 134 til bestemmelse av den grad med hvilken de to målinger stemmer overens. Vesentlig eller fullstendig overensstemmelse mellom to etter hverandre følgende målinger

viser et signalet hovedsakelig er fritt for støy og at det kan oppnås en nøyaktig bestemmelse. Ved en situasjon med høy etterklang der f.eks. signalet ved klemmen El blir delvis dekket av denne etterklang, vil kretsen 84 kassere målingene fra et fireperioders intervall og dermed sikre at kun målinger som er hovedsakelig frie for støy blir avgitt ved utgangsklemmen El. Det skal bemerkes at ved den blanding som skjer i mottakeren 32 hvor 200 kHz-signalet blir omsatt til 8 kHz vil Doppler-forskyvningen i fase og frekvens bli bevart under blandeoperasjonen. Da imidlertid målingen foretas på perioder i en bære-bølge ved 8 kHz og ikke ved en bærebølge på 200 kHz kan målingen utføres med vesentlig økning av nøyaktigheten.

Tellerne 110 og 112 anvendes til fastleggelse av måleintervaller og vil, ved hjelp av OG-kretsene 118, 120, 122, 124, aktivere tellerne 114 og 116 til utførelse av på hverandre følgende målinger av på hverandre følgende fireperioders intervaller i 8 kHz signalet ved klemmen E. I betraktning av mottakerens 32 båndbredde på 5 kHz er varigheten av fireperioders intervallene ved 8 kHz tilstrekkelig lang til til å representere uavhengige prøver av de signaler som mottas ved transduktorene 26 og 28. Telleren 110 er en femdelende teller som, som vist ved den nederste linje i det innskutte diagram 144, frembringer et pulssignal på en ledning 146, hvori det finnes et høyt signal når telleren viser null, etterfulgt av et lavt signal under verdiene 1-4, etterfulgt av et høyt signal ved verdien 5 og et lavt signal ved verdiene 6-9. Telleren 112 er en todelende teller som over en utgangsledning 148 avgir vekselvise høye og lave signaler over intervaller som hvert svarer til verdien 5 som vist i diagrammet 44.

Signalet på ledningen 148 føres til tellerne 114 og 116 gjennom OG-kretsene 118, 120, 122 og 124, idet dette signal blir komplementert ved inngangen til OG-kretsene 120 og 124. Som følge av denne komplementering blir OG-kretsene 118

og 120 aktivert vekselvis med signalet fra ledningen 148, og på tilsvarende måte blir OG-kretsene 122 og 124 vekselvis aktivert med dette signal. Utgangene fra OG-kretsene 118 og 120 er forbundet til taktinngangene for tellerne henholdsvis 114 og 116, og vil derved vekselvis aktivere disse tellerne til ut-førelse av de konsekutive målinger av de nevnte fireperioders intervaller i signalet ved klemmen El. Det er ønskelig å inn-føre en død tid mellom på hverandre følgende målinger for å tillate sammenlikning av disse målinger og tilbakestilling av tellerne 114 og 116. Signalet på ledningen 146 blir derfor også ført gjennom OG-kretsene 118, 120, 122 og 124 idet signalet føres gjennom omformerkretsen 128 som komplementerer dette signal innen det innføres i OG-kretsene 118 og 120. Her-ved vil telleren 110 avgi et lavt pulssignal til OG-kretsene 118 og 120, mens den avgir et høy pulssignal til OG-kretsene 122 og 124. Den lave puls til OG-kretsene 118 og 120 frembringer den tidligere nevnte døde tid, idet OG-kretsene 118 og 120 sperrer under verdiene 0 og 5 som vist i diagrammet 144. Mens OG-kretsene 118 og 120 blir sperret på denne måte blir OG-kretsene 122 og 124 aktivert til tilbakestilling av tellerne 114 og 116 til 0.

Telleren 110 teller de enkelte pulser fra sammenlikningskretsen 78 mens tellerne 114 og 116 teller et 4 mHz taktpulssignal fra klemmen H i taktkretsen 90, idet tilbakestilling av telleren 114, 116 frembringes ved hjelp av en taktpuls i 1 mHz taktsignalet ved taktkretsene klemme F. Telleren 110 teller modul 5 og avgir en høy puls ved hver verdi 5. Som ovenfor nevnt vil derfor pulsene for telleren 110 som vist på diagrammet 44, fremkomme ved verdiene 0 og 5. Telleren 112 teller de pulser som avgis av telleren 110.

Når det fremkommer et signal ved klemmen E, vil telleren 110 begynne å telle ved den verdi som den tidligere måtte være sluttet ved, hvorved OG-kretsen 118 og 120 blir aktivert vekselvis idet OG-kretsen 118 blir aktivert til over-føring av taktpulser fra klemmen H til telleren 114 under telleintervallet 1-4. Telleren 116 blir aktivert under tellerintervallet 6-9 som vist i diagrammet 144. Telleren 114 blir tilbakestilt ved verdien 0 og telleren 116 blir tilbakestilt ved verdien 5. I tellerintervallet 1-4, når signalet fra ledningen 148 er høyt og signalet på ledningen 146 er .lavt, vil taktpulsene fra klemmen H passere gjennom telleren 118 og bli tellet av telleren 114. I tellerintervallet 6-9 når signalet på ledningen 148 er lavt og signalet på ledningen 146 også er lavt, vil taktpulsene fra klemmen H passere gjennom OG-kretsen 120 for å bli tellet i telleren 116.

De verdier som fremkommer i tellerne 114 og 116 blir kontinuerlig subtrahert i subtraksjonskretsen 134. Utgangs-ledningene fra disse tellere er vist som brede linjer for å angi et sett ledninger, nemlig en ledning for hver bit eller siffer i verdien. Denne signatur med brede linjer anvendes også andre steder på figurene med nærmere angitt betydning. Ettersom en av de to tellere 114 og 116 vil begynne å telle først vil subtraksjonskretsen 134 vise en forskjell D som er større enn en verdi H, nemlig referansesignalet til sammenlikningskretsen 136. Verdien av R kan f.eks. settes lik 2 ved hjelp av knappen 142 og koderen 140. Såfremt subtraksjonskretsen viser en forskjell som er lik eller midnre ein 2, vil et signal bli 1 overført gjennom sammenlikningskretsen 136 gjennom ELLER-kretsen 130 til OG-kretsen 126. Aktivering av OG-kretsen 126 gjør det mulig at en taktpuls fra klemmen Fl kan strobe registeret 138.

En bistabil vippe 150 tjener til å sperre OG-kretsen 126

etter strobingen av registeret 138. Vippekretsen 150 blir innstillet ved et KEY-signal på ledningen 98, fig. 3, over klemmen P. Som senere beskrevet under henvisning til fig.. 6, vil KEY-signalet iverksette hver utsendelse av lydenergi fra transduktorene 26 og 28, fig. 1. Vippekretsen 50 blir tilbake-stillet ved strobe-signalet ved utgangen fra OG-kretsen 126, hvorved det sikres at registeret 138 blir strobet til en gang for hver av utsendelsene av lydenergi. Dette bevirker immunitet overfor signaler som mottas fra etterklang i vannet 22. Dessuten blir signalet fra ledningen 146 ført til OG-kretsen 126 for å sikre at strogningen av registeret 138 kun skjer under den tidligere nevnte døde tid. Hvis det ønskes kan det anvendes ytterligere ikke viste tellere i forbindelse med tellerne 114 og 116 til frembringelse av en sammenlikning mellom tre eller flere målinger til ytterligere beskyttelse mot støy og etterklang.

Det skal påpekes at data blir kontinuerlig lagret i registeret 138 inntil det tidspunkt da nye data som er verifi-sert som nøyaktige ved sammenlikning av verdiene i tellerne 114 og 116 gjennom OG-kretsen 126 blir innført i registeret 138. Selv om det ved apparatet ifølge oppfinnelsen på denne måte anvendes en pulsmodulert Doppler-sonar ved hvilken det kun mottas data når et ekko av lydenergi treffer transduktorene 26 og 28 vil registeret 138 tjene som et lagringsmedium der de tidligere mottatte data står til rådighet inntil disse data blir ført ajour. Skillekretsen 84 bevirker således frekvensparallell-løp og representerer en vesentlig forbedring i sammenlikning med kjente analoge faselåste parallelløpssystemer som forsøker å fastlåse til de data som måtte foreligge uten de her beskrevne midler til verifisering av data og som har tilbøyelig-het til drift i perioder uten data. Apparatet ifølge oppfinnelsen er ikke utsatt for slik drift fordi det anvendes lagrede data på tidspunkter da det ikke foreligger nye data.

Fig. 5 viser et blokkdiagram for kombineringskretsen 86 med klemmer Gl, G2, Jl, J2, K og M, som er forbundet med de tilsvarende betegnede klemmer på fig. 3. Kretsen 86 inneholder tellere 152, 154, 156, 158, 160, 162, registere 164 og 166,

et forsinkelsesledd 168, en velgerkrets 170, en multiplikator 172 samt en koder 174 med en dreieknapp 176 for innstilling av et tall i koderen. Tellerne 152 og 154 som er like, utgjør hver en "modul M"-teller som hver blir forinnstilt til et tall M ved en klemme T, og som hver kontinuerlig teller de pulser som kommer inn ved en klemme C og avgir en utgangspuls 180 så snart det oppnås en verdi M. Taktpulsene til tellerek 152 fåes fra klemmen Jl i taktkretsen 90 med en pulsfrekvens på 1 mHz, mens taktpulsene i telleren 154 fåes over klemmen J2 med

samme frekvens, men med en annen fase enn taktpulsene ved klemmen Jl. Denne faseforskjell er på figuren antydet ved be-tegnelsene 1 og 2. Telleren 152 blir forinnstilt med det tall som er lagret i registeret 138 i kanal nr. 1 i skillekretsen 84, fig. 4, over klemmen Gl, mens telleren 154 blir forinnstilt av det tilsvarende register i kanal 2 over klemmen G2. Som foran omtalt i forbindelse med fig. 4, blir det kontinuerlig lagret tall i registeret 138 i kanal nr. 1 og likeledes i det tilsvarende register i kanal nr. 2, slik at de to tellere 152 og 154 kontinuerlig teller i modul de respektive tall som de er blitt forinnstillet til, inntil de i registrene 138 lagrede data blir forsnyet, hvoretter tellerne 152 og 154 teller i modul de nye data.

Som foran nevnt vil dataene i den lydenergi som treffer den forreste transduktor og behandles av den første kanal i skillekretsen 84 vise en positiv Doppler-forskyvning når skipet 20 beveger seg forover, mens de tilsvarende data fra den bakre transduktor 28, som behandles i den annen kanal i skillekretsen 84, viser en negativ Doppler-forskyvning. Til kombinering av Doppler-dataene fra de to kanaler blir data fra kanal nr. 2 subtrahert fra data fra kanal nr. 1 ved hjelp av den reverserbare teller 156. Pulsene 180 fra telleren 152 føres til inngangsklemmen Cl i telleren i56. Denne er en reverserbar teller som teller frem de pulser som kommer til klemmen Cl mens den teller tilbake ved de pulser som kommer inn over den annen klemme C2. Pulsene 180 fra telleren 154 føres til klemmen C2, med det resultat at det samlede beløp i telleren 156 er proporsjonalt med forskjellen mellom pulsfrekvensene for pulsene fra de to tellere 152 og 154.

Pulsene ved klemmen Cl ankommer som følge av fase-forskjellen mellom taktsignalene ved klemmene Jl og J2 på andre tidspunkter enn pulsene 180 ved klemmen C2, og derved utelukkes den situasjon i hvilken telleren 156 skulle telle frem ogt tilbake samtidig.

Av den måling av Doppler-frekvensen eller Doppler-forskyvningen som fåes ved telleren 156 dannes en middelverdi over et tidsintervall, f.eks. på 6 sekunder. Et taktsignal fra taktkretsen 90 ved klemmen K består av en rekke taktpulser med mellomrom på 6 sek. Signalet fra klemmen K føres over forsinkelsesleddet 168 til tilbakestillingsklemmene i tellerne 156 og 160, hvorved disse slettes hvert sjette sekund. Den samlede verdi som akkumuleres i telleren 156 vil således være proporsjonal med den samlede Doppler-forskyvning som akkumuleres over et intervall på 6 sek., hvilket intervall er langt nok til at virkningene av støy og etterklang reduseres vesentlig.

Til bestemmelse av hvorvidt den samlede verdi i telleren 156 representerer et positivt eller et negativt tall blir verdien i telleren strobet inn i registeret 164 ved 6 sekunders-taktsignalet over klemmen K. Forsinkelsesleddet 158 gir en slik forsinkelse at denne strobing avsluttes innen telleren 156 stilles tilbake. Registeret 164 lagrer verdien og mater to sett utgangsledninger. På det ene sett av ledninger som er betegnet med Q-utgangen er utgangssignalet det samme tall som ble innført i registeret 164 fra telleren 156, mens den annen utgang Q utgjør et sett ledninger på hvilke sifrene i den lagrede verdi er blitt komplementært. Som bekjent er komplementet til et tall omtrent lik en enhet minus tallet idet det kun er en avvikelse i den minst betydelige bit, hvilken avvikelse er for-svinnende for store verdier av tallet i telleren 156. Ved den foretrukne utførelsesform gir telleren 156 et binært tall med tolv biter, mens den maksimale verdi ved en hastighet på 40 knop i løpet av tellerintervallet på 6 sek. er mindre enn 2048 som er et tall med 11 biter. Såfremt skipet beveger seg akterover vil det først bli registrert en verdi på 4096 mens de på-følgende verdier utgjør tall som er mindre enn 4096, men høyere enn 2048, hvilket betyr at den tolvte bit ,er høy eller 1. Den tolvte bit betegnes ved signalet MSB (most significant

bit) som over en ledning 182 sendes til velgerkretsen 170

for å bringe denne til å velge den komplementære utgang Q

fra registeret 164. Velgerkretsen 170 er en kjent elektronisk vender for valg mellom to grupper av binære signaler. Det tall som velges av kretsen 170 føres til muligplikatoren 172.

Multiplikatoren 172 er av samme foram som den tidligere beskrevne multiplikator 102. I avhengighet av de tempera-turkorrigerte taktpulser fra klemmen M, som føres til multiplikatoren 152, fremkommer det ved dennes utgang på en ledning 184 en rekke taktpulser hvis gjennomsnitlige frekvens er proporsjonal med det tall som av velgerkretsen 170 avgis til multiplikatoren 172. Denne gjennomsnitlige pulsfrekvens for pulsene på ledningen 184 representerer således en gjenskapt bærebølge med en Doppler-forskyvning som er kompensert for havvannets temperatur.

Til omdannelse av den gjennomsnitlige pulsfrekvens til utgangsdata uttrykt i fot eller meter pr. sekund eller knop, anvendes en teller 158 som over en klemme P blir forhåndsinnstilt med et tall fra koderen 174. Telleren 158 teller modul M, hvor M er et tall til hvilket telleren er blitt forhåndsinnstilt. Hver gang telleren 158 når en verdi på M gir den en utgangspuls 186. Utgangspulsen 186 fremkommer med en gjennomsnitlig pulsfrekvens som er proporsjonal med den gjennomsnitlige pulsfrekvens for ledningen 184.

Som kjent er det som følge av karakteren av åpnings-kretsløp og vippekretsløp i en multiplikator, f.eks. multiplikatoren 172, en betydelig variasjon i de enkelte intervaller mellom pulsene på ledningene 184, mens tellingen a<y> et stort antall av slike pulser over et langt tidsintervall som omfatter mange slike pulser, er et meget nøyaktig mål for den tid som er gått. Telleren 158 gir i realiteten pulsfrekvensen på ledningen 184 ved tallet M og utlikner derved i det vesentlige den nevnte uregelmessighet i den øyeblikkelige, pulsfrekvens på ledningen 184 til frembringelse av et gjennomsnitt over M-pulser i sig-naiet på ledningen 184, hvilket gir en jevn pulsfrekvens for pulsene 186.

Pulsene 186 blir deretter talt over det tidligere nevnte intervall på 6 sek. for å gi en samlet verdi som representerer skipets hastighet, hvilke data over en ledning 188 føres til panelet 40 og der viser hastigheten på et indikator-instrument 190. Det 6 sek. taktsignal over klemmen K strober verdien i telleren 160 inn i registeret 166 og bevirker deretter, etter den nevnte forsinkelse i forsinkelsesleddet 168, sletning eller tilbakestilling av telleren 160. Doppler-dataene blir lagret i registeret 166 til aktivering av hastig-hetsindikatoren 190 inntil registeret 166 blir ført ajour.

Den distanse som tilbakelegges av skipet 20 bestem-mes ved telling av pulsene 186 over skipets samlede seiletid. Denne telling foretas av telleren 162 som blir nullstillet ved et manuelt innstillingsorgan 192 ved begynnelsen av reisen.

Den i telleren 162 samlede verdi vil på ethvert tidspunkt representere den til dette tidspunkt tilbakelagte distanse og føres over ledninger 194 til panelet 40 for avlesning på en indikator 196.

Fig. 6 viser et blokkdiagram for dybdeberegningsen-heten 88 som inneholder tellere 200, 202, 204 og 206, kodere 208 og 210 med tilhørende betjeningsknapper 212 og 214 til innstilling av tall i koderne, forsinkelsesledd 216 og 218, registere 220 og 222, en bistabil vippe 224, en multiplikator 226, svarende til den tidligere beskrevne multiplikator 102, samt en OG-krets 228 og en taktkrets 229 med variabel frekvens. Denne enhet teller de taktsignaler som avgis fra taktkretsen 90 ved klemmen J2 som mål for tiden mellom sonar-signalene og til avgivelse av et signal på ledningen 98 til vippekretsen 92, fig. 3, hvorved senderen 34 bringes til å sende ut pulser. Enheten 88 gir også et mål for den tid som er gått mellom et signal fra senderen 34 og mottagelsen av et ekko av lydenergi ved transduktorene 26 og 28. Enheten 88 virker på følgende måte.

Telleren 200 teller modul M hvor tallet M er forhåndsinnstilt ved klemmen P av koderen 208. Telleren 200 teller de taktpulser som kommer inn over klemmen J2 og avgir ved hver verdi på M et pulssignal 230, som over ledningen 98 føres til vippekretsen 92, fig. 3. Pulssignalet 230 føres også til en innstillingsklemme i vippekretsen 224 til innstilling av denne og til tilbakestillingsklemmen R i telleren 202 til sletning av verdien i denne. Innstillingen av vippekretsen 224 over-fører OG-kretsen 228 taktpulser fra klemmen J2 til inngangsklemmen C i telleren 202. Denne teller de over klemmen C inn-kommende taktpulser og avgir verdien til registeret 220. Telleren 202 fortsetter å telle inntil det mottas et ekko ved den forreste transduktor 26, hvilket angis ved et signal i mottakeren ved klemmen LI, hvilket signal overføres til tilbakestillingsklemmen i vippekretsen 224 til tilbakestilling av denne, hvorved det sperres for overføring av taktpulser gjennom OG-kretsen 228. Signalet ved klemmen LI føres også gjennom forsinkelsesleddet 216 til strobing av registeret 220, hvorved verdien i telleren 202 føres inn i dette register 220. Forsinkelsen i forsinkelsesleddet 216 tillater tilbakestilling av vippekretsen 224 og stansing av tellingen i telleren 202 før innføring i registeret 220. Telleren 202 beholder sin verdi inntil det neste utsendte signal fra senderen 34, hvoretter verdien slettes ved pulssignalet 230. Registeret 220 vil således lagre et tall som representerer det tidsrom som er gått mellom et signal fra senderen 34 og mottagning av et ekko ved den forreste transduktor 26.

Det i registeret 220 innførte tall blir korrigert for virkningen av vanntemperaturen ved hjelp av en multiplikator 225 som mottar taktpulssignaler fra taktkretsen 229. Denne er forsynt med en knapp 231 til innstilling av frekvensen for taktpulser som føres til multiplikatoren 226 for å kompensere for variasjoner i forplantningshastigheten for den lydenergi som utsendes fra transduktoren 26 som følge av tempera-turvariasjoner ved forskjellige vanndybder. Tallet i registeret 220 føres til en inngangsklemme i multiplikatoren 226, som i avhengighet av dette over en ledning 232- avgir et pulssignal hvis gjennomsnitlige frekvens er proporsjonal med tallet i registeret 220. Pulsene på ledningen 232 vil derfor ha en gjennomsnitlig pulsfrekvens som representerer en temperatur-korrigert løpetid for en lydpuls fra den forreste transduktor 26 til havbunnen 64 og tilbake til den forreste:transduktor 26. Denne frekvens av signalet på ledningen 232 representerer således vanndybden.

Telleren 204 anvendes til omdannelse av den avleste dybde til verdier i fot eller mater på samme måte som beskrevet i forbindelse med telleren 158 på fig. 5. Telleren 204 blir således forhåndsinnstilt til et tall M ved hjelp av koderen 210 og vil deretter telle pulser på ledningen 232 i modul M og avgi et pulssignal 234 h ver gang en verdi M oppnås. Frekvensen for pulsene 234 er således proporsjonal med dybden.'

Det tall som representerer dybden fåes ved å telle pulsene 234 over det 6 sek. intervall som fremkommer ved det foran beskrevne signal ved klemmen K. Dette skjer i telleren 206 som teller pulsene 234. 6 sek. signalet strober registeret 222 til avlesning av verdien i telleren 206, og dette signal føres også gjennom forsinkelsesleddet 218 til tilbakestillingsklemmen 206 til sletning av verdien ved avslutningen av de 6 sek. Forsinkelsen i forsinkelseleddet 218 tillater overføring av en verdi til registeret 222 før telleren 206 slettes. Registeret 222 vil således inneholde et antall av pulsene 234 svarende til 6 sek. Tallet i registeret 222 svarer til dybden til havbunnen 6 4 og føres over ledninger 2 36 til panelet 40

for angivelse av dybden på en indikator 238.

Claims (6)

1. Apparat til måling av hastighet, fortrinnsvis av typen akustisk Doppler-system, omfattende en sende- og mot-takertransduktor til overføring av strålingsenergi til et medium hvori et fartøy beveger seg, karakterisert v e d at det finnes signalskilleorganer (84) som er forbundet med transduktoren (26, 28) og som omfatter organer (110, 112) , som er innrettet til å måle varigheten av et på forhånd fastlagt antall av på hverandre følgende perioder av den reflekterte bølgeenergi, og hvor det finnes et antall mellomlagringsmidler (114, 116) som hvert er innrettet til å

lagre de suksessive målinger, hvilke lagringsmidler (114, 116) er forbundet med en detektorkrets (134, 136, 130) til bestemmelse av likhet mellom suksessive måleresultater, der detektorkretsen er innrettet til innenfor på forhånd bestemte grenser for innbyrdes overensstemmelse mellom de nevnte målinger, å overføre måleresultatene til signalfrembringende midler (86) som er innrettet til i avhengighet av sammenlikningen mellom utgangssignalene fra signalskilleorganene (84) som er forbundet med de respektive transduktorer (26,

28), å frembringe et sammenhengende periodisk signal som representerer den hastighet som skal måles.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at de signalfrembringende midler (86) omfatter frekvensmålende organer (158, 160, 166) som påvirkes av det nevnte sammenhengende periodiske signal.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at de signalfrembringende midler (86) til bestemmelse av hastigheten omfatter telleorganer (158, 160) som er innrettet til å telle antallet av bølgetog eller pulser i det sammenhengende periodiske signal.

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at mellomlagringsmidlene (114, 116) i de signal-skillende midler (84) er innrettet til lagring av Doppler-informasjoner som er frembrakt som variehten av et på forhånd fastlagt antall bølgetog av den reflekterte bølgeenergi eller er frembrakt i avhengighet av på hverandre følgende sykler av en rekke oscillasjoner eller pulser fra den nevnte bølgeenergi, og at organene (134, 136) er forbundet med de nevnte mellomlagringsmidler (114, 116) og er innrettet til å sammenlikne Doppler-informasjonen i ett av de nevnte mellom lagringsmidler med informasjoner i et annet av mellomlagringsmidlene .

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at det finnes en mottakerkrets (32) som er inn-1 rettet til å omforme et transduktorsignal til et signal ved en mellomliggende frekvens som er mindre enn bærebølge-frekvensen for den utsendte og reflekterte bølgeenergi og at de nevnte målende midler til variehtsbestemmelse er innrettet til mottagning av signalet ved den mellomliggende frekvens (E^).

6. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at de signalfrembringende midler (86) omfatter en frem- og tilbakeløpsteller (156) som er innrettet til å telle frem i avhengighet, av et måleresultat fra den første transduktor (26) , og er innrettet til å telle tilbake i avhengighet av et måleresultat fra den annen transduktor (28) .