NO170038B - Sentrifugalpumpe for pumping av fluider som inneholder gass - Google Patents

Description

System for akustisk fjernmåling under vann.

Foreliggende oppfinnelse vedrbrer et system for akustisk fjernmåling under vann, særlig hvor akustiske signaler som er pro-posjonale med temperatur, trykk og/eller andre variable, utsendes av en undervannssender til en mottager ved eller nær overflaten.

Oppfinnelsen er særlig anvendelig ved fjernoverfbring

av data fra en fisketrål til en tråler. Den her beskrevne ut-fbrelse av oppfinnelsen omfatter en lydpulssender som er festet til trålen og omfatter en trykkfbler. Pulssenderen arbeider ved en frekvens på 12 kHz som er forenlig med lydpulsmottagere som i dag finnes på de fleste skip. Senderen utsender korte akustiske pulser med en frekvens på 12 kHz ved en repetis j^usj-frekveos på" omtrent 1 puls/sek. En annen puls utsendes mellom de nevnte 1 p/s pulser etter et intervall som er proporsjonalt med det trykk som skal måles ved trålen. Tiden mellom mottagelsen av en av de forst-

nevnte pulser og de mellomliggende pulser er således proporsjonal med senderens dybde under overflaten og kan indikeres ombord i skipet ved'hjelp av konvensjonelt mottagerutstyr.

Mange systemer har vært foreslått for fjernmåling av in-formasjon gjennom vann ved hjelp av akustiske bolger. En måte omfatter en frekvensmodulert bærebolge. Ved denne metode overfores en frekvens kontinuerlig og små forandringer av denne frekvens i forhold til en referansefrekvens, er proporsjonale med den variable som skal overfores. En annen metode som ofte er blitt foreslått, omfatter såkalt pulsfrekvensmodulasjon. Ved denne metode utsendes akustiske bolger i korte stot eller pulser som hver inneholder et visst antall bolger av grunnfrekvensen. Disse pulsers repetisjons-hastighet påvirkes slik at den er proporsjonal med den variable storrelse som skal overfores.

Det frekvensmodulerte bærebolgesystem nodvendiggjor at senderen sender kontinuerlig og således også forbruker elektrisk energi kontinuerlig. For å spare elektrisk energi må den akustiske utgangseffekt for et sådant system nodvendigvis være lav. Ved an-ordningen ifolge oppfinnelsen kan derimot den akustiske utgangseffekt under selve pulseringen være temmelig hoy, idet informasjonene overfores i pulsform. Folgelig vil det midlere energiforbruk her være forholdsvis lite.

Det prinsipielle problem ved pulsfrekvensmodulasjon er at pulsekkoer ofte mottas enten som folge av at lydpulsene når hav-bunnen og reflekteres fra denne til mottageren, eller de når et lag med betydelig forandring med hensyn til lydhastighet, hvilket også forårsaker et ekko. Disse ekkoer mottas av mottageren, ofte med samme amplitude som de direkte signaler, hvilket skyldes variasjo-ner med hensyn til absorbsjonén i de forskjellige baner i sjoen som signalene passerer. Folgelig er det undertiden umulig å skille mellom ekkoer og det direkte signal, således at man ikke kan få noen sann måling.

I de senere år er det blitt mer og mer alminnelig å anvende tråling til havs for fangning av fisk. Ved denne havtrå-ling slepes et stort nett (trålen) ved hjelp av en lang kabel helt opp til 1800' m etter skipet (tråleren) i dybder ned til 500 m og mer. I henhold til den for tiden anvendte praksis er det meget vanskelig for kapteinen ombord i tråleren å vite hvor dybt trålen befinner seg og hvordan tilstanden er ved trålåpningen. Det er også av interesse å kjenne temperaturen på det sted hvor trålen befinner seg. Man har anbragt folere på trålen og overfort måle-verdiene til; tråleren over en elektrisk kabel. Disse systemer har imidlertid, vist seg ubekvemme i et havmiljb, hvorfor der alle-rede lenge har foreligget i et behov for et undervanns-fjernmålesystem til bruk for trålere. De ovenfor omtalte frekvensmodulasjons - og pulsrepetisjonsfrekvenssystemer har tatt sikte på dette formål, men de har ikke funnet noen nevneverdig utbredelse som folge av de beskrevne problemer.

Et formål med oppfinnelsen er derfor å skaffe et akustisk fjernmålesystem under vann; ennvidere å skaffe et sådant system som overvinner de vanskeligheter som er forbundet med store vannmassers lydoverforingsegenskaper.

Hensikten med oppfinnelsen er ennvidere å skaffe et akustisk fjernmålsystem for overforing av dybdeverdier for bruk i en tråler med måleverdisenderen anordnet på et trålnett, og hvor systemet tillater anvendelse av det vanlige utstyr for ekkolodding.

Ved et akustisk fjernmålesystem av den innledningsvis nevnte type utsendes et forste tog av akustiske pulser med en i hovedsaken fast frekvens, og minst ett ytterligere akustisk pulstog hvor hver puls opptrer på et tidspunkt etter en puls i det fbrste pulstog som er en funksjon av den variable som avfbles og fjernmåles.

Systemet ifolge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at mottageren er synkronisert med senderen, idet de akustiske pulser registreres i mottageren på en oscillograf som er frittlopende i forhold til det forste pulstog, og som arbeider med en frekvens som i det vesentlige er et helt multiplum eller en faktor av de akustiske pulstogs frekvens, slik at verdien av den variable som fjernmåles kan bestemmes ved måling av avstanden mellom linjene på et diagram som produseres av oscillografen, og som angir mottagelse av det forste og andre pulstog.

Andre særtrekk ved oppfinnelsen vil fremgå av patent-kravene og av den fblgende beskrivelse under henvisning til tegnin-gen, på hvilken fig. 1 viser et akustisk fjernmålesystem anvendt i forbindelse med et trålnett, fig. 2 viser et blokkskjema av den anvendte sender, fig. 3 viser et tidsdiagram av de akustiske signaler sott utsendes av senderen ifolge fig. 2, fig. h viser et blokkdia-gram av mottageren og fig. 5 viser en del av en papirstrimmel som frembringes av en grafisk skriver som er knyttet til mottageren på fig. h.

På fig. 1 er vist en tråler 20 som sleper et trålnett

22 ved hjelp av en slepekabel 2^. På trålnettet befinner der seg i nærheten av dettes åpning en sender 26 med en fblersender ifolge oppfinnelsen. Utenpå skipsbunnen er der anordnet en akustisk mottager 28 som kan være av den type som anvendes ved ekkolodding.

Folersenderen på fig. 2 er generelt betegnet med 30 og omfatter en foler 32 som kan være en trykk- eller temperaturfoler som over forbindelsen 3^ overforer en elektrisk storrelse, fortrinnsvis en spenning, som er proporsjonal med den variable storrelse som avfoles. Den elektriske storrelse styrer en variabel forsinkelseskrets 36 som skal beskrives nærmere i det folgende. Foler-senderen omfatter også en oscillator 38 som frembringer en kontinuerlig sving-ning med en frekvens på f.eks. 12 kHz og som tilfores linjen hO. Denne linje.forer til en OG-port M+ som er forbundet med en vanlig akustisk svinger h2. Foler-senderen omfatter også en oscillator h- 6 sem over en linje <*>f8 overforer en kort puls hvert sekund med en pulsvarighet f.eks. på 10 ms. Denne' puls overfores også til den variable forsinkelseskrets 3°.

Som svar på den ene puls pr. sek. på linjen ^-8 og den variable elektriske storrelse på linjen 3^» vil den variable forsinkelseskrets 36 frembringe en kort puls på et tidspunkt etter at den har mottatt en puls som opptrer på linjen M-8, hvilken tidsfor-skjell er proporsjonal med den elektriske storrelse på linjen 3^ Disse forsinkede pulser overfores til en ELLER-port 52. Linjen *+8 er forbundet med denne ELLER-ports annen inngang. På denne måte vil de pulser som ELLER-porten 52 slipper gjennom til linjen 5<*>+, være en kombinasjon av 1 puls/sek fra oscillatoren h6 og den forsinkede puls fra kretsen 36.

OG-porten M+ styrer de kontinuerlige 12 kHz signaler på linjen U- 0 fra oscillatoren 38 til svingeren h2, slik at det frembringes pulser som vist skjematisk på fig. 3- Disse pulser kan fortrinnsvis benevnes som 1. lydpuls P-j og 2. lydpuls P2« Som vist på fig. 3 opptrer 1. lydpulsene i faste tidsintervaller (f.eks. 1 puls/s) og 2. lydpuls i et tidsintervall T etter 1. lydpuls. 1'2 er en funksjon av den variable storrelse som avfoles.

Dette system kan uten videre anvende de mottagere for vanlig ekkolodd som er vist på fig. k og betegnet med 56. Denne mottager omfatter en svinger 58, en demodulator 60 og en fremviser-innretningj såsom en skriver 62. Som vist på fig. 5 beveges en penn 6k med konstant hastighet fra venstre mot hoyre og utforer en avsokning på tvers av en papirstrimmel 66. Når pennen når den hoyre kant,.vender den hurtig tilbake til venstre kant og samtidig beveges papirstrimmelen et kort stykke i retning av den på venstre side viste pil,.slik at den er klar for den neste avsokning på tvers av strimmelen. Når lydpulsene mottas, bringes pennen til å avsette merker på strimmelen 66. Den horisontale avstand D tøe11om to merker vil således være et mål for den variable storrelse som måles.

Ved de vanlige dybdemålinger ved hjelp av ekkolodding, startes pennens 6h bevegelse ved en linjes begynnelse av en forste akustisk puls som genereres på skipert og som skaffer det forste merke, og retur- eller ekkopulser forårsaker registrering av det andre merke. Således er oscillografen ikke frittlopende, men drives i stedet under kontroll av den forste pulsgeneroring. Ved systemet ifolge oppfinnelsen er dette selvsagt ikke mulig, da alle pulsene genereres fjernt fra skipet, og i alle tilfelle ville slike signaler ikke ha noen mening. I overensstemmelse med oppfinnelsen er oscillografen "frittlopende", det vil si at under drift folger hver avsokning av pennen 6h kontinuerlig etter den foregående, med en for-utbestemt avsoknings- og pennhastighet.

Pennens 6<*>+ bevegelse synkroniseres fortrinnsvis med utsen-delsen av 1. lydpuls. Selv om fig. 5 ikke viser en perfekt synkro-nisering, er den god nok til at de linjer som angir tidspunktene for pulsene P.^ og P2, lett kan skilles fra stoypulser (ikke vist) som vil mottas helt tilfeldig.

Ved korrelasjon mellom operasjonshastighoten for en frittlopende oscillograf og gjentakelseshastigheten for den forste lydpuls, oppnås således den fordel at også et svakt signal lett kan skilles fra tilfeldig stoy, da de suksessive lydpulser opptrer som to lett merkbare, adskilte linjer som vist ved P-^ og P2 på fig. 5<

I ovenstående sammenheng betyr uttrykket "frittlopende" at oscillatoren svinger med sin naturlige hastighet, selv om denne hastighet bevisst innstilles i overensstemmelse med lydpulssenderens repeti-sjonshastighet.

Det er innlysende at pennens bevegelseshastighet på tvers av strimmelen 66 kan være et helt multiplum eller en faktor av ut-sendelseshastigheten for 1. lydpuls. Som folge av dennesynkronise-ring er det mulig å gjSre en opptegnelse av den fjernmålte storrelse, selvom stoyen har et hoyere nivå enn selve signalet. Dette skyldes at stoypulsene opptrer tilfeldig, mens de fjernmålte lydpulser an-kommer på tidspunkter som bare varierer lite. De to sett lydpulser vil folgelig opptre som linjer, hvis innbyrdes avstand er et mål for den variable storrelse som fjernmåles. Dette kalles automatisk korrelasjon.

For å skille mellom 1. lydpuls og 2. lydpuls velges den tidsforsinkelse som tilveiebringes ved hjelp av forsinkelseskretsen 36, således at den ligger innenfor grenser som alltid vil bevirke

.at 2. lydpuls ligger nærmere den foregående enn den etterfolgende 1. lydpuls. Hvis således T-^ er 1 sek, kan forsinkelsen variere

mellom 20 og % 00 ms.

St instrument for én variabel av den type som er beskre-vet, er meget nyttig for trålere dersom det overforer dybden. I dette tilfelle er foleren 32 en trykkfoler,<J>såsom trykkfbler type R som fremstilles av firma Bourns, Inc., Riverside, California, U.S.A.

Oscillatorene 38 og M5, OG-porten Mf og ELLER-porten 52 er av konvensjonell type. Den variable forsinkelseskrets 36 kan være en variabel forsinkelseslinje eller bestå av to énforlbpsmultivibratorer som er seriekoblet, idet forste multivibrators forsinkelse er pro-posjonal med den elektriske storrelse på linje 3>+. Den puls som frembringes av annen forsinkelse etter den variable tidsforsinkelse har da en fast lengde, fortrinnsvis lik den som frembringes av oscillatoren ^6. Svingeren h2 er også konvensjonell og kan omfatte en forsterker, hvis dette anses nodvendig.

Det vil være innlysende at systemet ifolge oppfinnelsen også kan anvendes ved overforing av andre variable storrelser, såsom temperatur og saltholdighet, idet passende folere anvendes. Ytterligere lydpulser kan også anvendes for fjernmåling av flere enn én variabel storrelse og disse lydpulser kan ha forskjellig frekvens for lettere å skille dem ad.

Det er ennvidere innlysende at andre former for fremvis-ningsanordninger 62 kan kombineres med mottageren 56, såsom digi-tale fremvisere som gir en digital avlesning av den variable som overfores.

Tiden T2 kan være en hvilken som helst hensiktsmessig funksjon av den variable som avfoles og behover ikke være direkte proporsjonal som ved det ovenfor beskrevne eksempel. Ennvidere kan anvendes andre former for synkroniserte mottagere for å oppnå den automatiske korrelasjon som oppnås med don grafiske skriver på fig.

Claims (8)

1. System for akustisk fjernmåling i et stbyfylt eller ekko-produserende akustisk miljb, hvor akustiske signaler som er pro-posjonale med temperatur, trykk eller andre variable, sendes fra en sender til en mottaker, idet det utsendes et forste akustisk pulstog med en i hovedsaken fast frekvens, og minst ett ytterligere pulstog hvor hver puls opptrer på et tidspunkt etter en puls i det forste pulstog som er en funksjon av den variable som avfoles og fjernmåles, karakterisert ved at mottakeren (56) v1" synkronisert med senderen (26, 30), idet de akustiske pulser registreres i mottakeren (28, 56) på en oscillograf (62) som er frittlopende i forhold til det forste pulstog, og som arbeider med en frekvens som i det vesentlige er et helt multiplum eller en faktor av de akustiske pulstogs frekvens, slik at verdien av don variable som fjernmåles kan bestemmes ved måling av avstanden mellom linjene på et diagram som produseres av oscillografen (62), og som angir mottagelse av det forste og andre pulstog.

2. System ifolge krav 1, 'karakterisert ved at senderen (30) består av en foler (32) for avfbling av en variabel og frembringelse' av en elektrisk storrelse som er en funksjon av den variable, en oscillator (MS) som frembringer et forste pulstog med en fast frekvens, en variabel forsinkelseskrets (36) i form av en forsinkelseslinje som reagerer på den elektriske storrelse og på pulsene fra oscillatoren (MS), og frembringer et forsinket pulstog hvor hver puls opptrer på et tidspunkt etter en puls i det forste pulstog som er en analog funksjon av den elektriske storrelse, en andre oscillator (38)' som frembringer et bærebblgesignal med forholdsvis hby frekvens sammenliknet med den forste oscillators (MS) frekvens, en portanordning (Mf) som styrer signalene fra den andre oscillator (38) ved hjelp av pulsene fra den forste oscillator (MS) og den variable forsinkelseskrets (36) , og en akustisk svinger (M2) som drives fra portanordningens (Mf) utgang og genererer det forste og andre akustiske pulstog.

3. System ifolge krav 2, karakterisert ved at senderens (30) variable forsinkelseskrets (36) består av en forste og en andre forsinkelsesmultivibrator som er.koplet i serie, hvor den forste multivibrator reagerer på den elektriske storrelse og på pulsene fra oscillatoren (MS) og frembringer et forsinket ut-gangssignal som er en funksjon av den variable, og hvor den andre multivibrator reagerer på de forsinkede utgangssignaler og produ-serer det nevnte forsinkede pulstog. h.

System ifolge krav 1-3»karakterisert ved at hver puls i det andre pulstog alltid opptrer nærmere den foregående enri den etterfolgende puls i det forste pulstog.

5. System ifolge krav 1-3, karakterisert ved at bærefrekvensen for det forste tog av akustiske pulser er forskjellig fra det andre pulstogs bærefrekvens.

6. System ifolge krav 1-3»karakterisert ved at det forste tog av akustiske pulser frembringes med en hastighet på ca. 1 puls/sek.

7. System ifolge krav 1-3, karakterisert ved at bærefrekvensen for de akustiske pulser er ca. 12 kHz.

8. System ifolge krav 1-3»karakterisert ved at foleren (32) er en temperaturfbler.