NO172085B - Ekkolodd - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et ekkolodd, særlig et oppmålingslodd, av den art som er angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Som navigasjons- eller oppmålingslodd anvendte ekkolodd har i første rekke til oppgave å tegne fortløpende opp ekkoer i grensesjiktet mellom vann og havbunn, såkalte bunnekkoer, for derved lett å kunne komme frem til vanndybden. Den til-siktede fortløpende opptegning blir imidlertid vanskeliggjort ved at det mottatte bunnekko sjelden er en direkte avbildning av sendepulsen. Ved grensesjiktet vann/bunn danner det seg på grunn av ujevnheter interferenser, som deformerer bunnekkoet i forhold til sendepulsen. Således kan bunnekkoets omhyllingskurve (Hullkurve) oppvise sammenstyrtninger, som deformerer bunnekkoets oppstigende flanke, idet ekkoet også forlenges i tid i forhold til sendepulsen. Ved skip i bevegelse er derved ekkoamplitudesvingningene betydelige på grunn av de stadig varierende interferensstrukturer.

For å kunne tegne opp et entydig, skarpt og kontrastrikt ekkospor av grensesjiktet vann/bunn ved hjelp av det som ekkoskriver utformede registreringsapparat, blir ved de kjente ekkolodd ekkoforsterkerens forsterkning økt automatisk eller manuelt i en slik grad at bunnekkoet begrenses amplitude-messig.

Ved slike ekkolodd er det ikke mulig å utføre opptegning av bunnskiktninger og sedimentlinjer. Bunnskiktninger og sedimentlinjer kan detekteres gjennom såkalte sedimentekkoer. Slike sedimentekkoer oppstår gjennom refleksjon av den i sedimentet eller bunnsjiktet inntrengende lydpuls ved det fra vannet bortvendte nedre grensesjikt av sedimentet eller bunnsjiktet. Amplitudene av slike sedimentekkoer er ofte betydelig lavere enn bunnekkoenes, hvis amplitude bestemmes av refleksjonen ved grensesjiktet vann/sediment, fordi dempingen av lyden i sedimentsjiktet er betraktelig større enn dempingen i den samme vannstrekning. Da på havbunnen reflektert lydenergi ikke bare kommer tilbake fra vertikalene nedenfor ekkoloddet, men fra hele området for ekkoloddets retningskarakteristikk, forekommer bunnekko-

et forlenget i forhold til sendepulsen og overdekker det eller de sedimentekkoer av det eller de kort under bunnflaten liggende sedimentsjikt. Overstyrer man ekkoforsterkeren, går disse små sedimentekkoer i bunnekkoet tapt.

Det er enn videre kjent et fortrinnsvis som fiskelodd anvendt ekkolodd av den innledningsvis angitte art (DE-PS 15 66 848), ved hvilket registreringsforsterkerens forsterkning - i den hensikt å kunne skjelne mellom bunnekkoet og fiskeekkoet, som forårsakes av fiskestimer - kan omkoples i minst to trinn, for således å kunne registrere de ulike ek-kotyper med avvikende intensitet henholdsvis tegne dem opp med avvikende svertingsgrad. Omkoplingen av forsterkningen skjer i avhengighet av overskridelsen av en forutbestemt terskel gjennom momentanamplituden av de mottatte ekkoer. Den fra terskelkoplingen som middelverdi av ekkoamplitudene over flere loddperioder genererte terskel tilpasser seg derved automatisk til styrken av bunnekkoet, slik at man pålitelig kan påvise de svakere fiskeekkoer. Ekkoer med mindre amplituder, såsom fiskeekkoer, blir derved nedskrevet grått, mens ekkoer med store amplituder, såsom bunnekkoer, blir nedskrevet svart, eller vice versa.

Med slike ekkolodd kan det riktignok fremstilles ekkospor av sedimentekkoer, men på grunn av de store amplitude-svingninger kan grensesjiktet vann/bunn ikke fremstilles skarpt avgrenset, da en overstyring av forsterkeren ikke bør tillates på grunn av sedimentekkoerkjennelsen.

Formålet med oppfinnelsen er å forbedre et ekkolodd av den innledningsvis angitte art på en slik måte at det mulig-gjøres såvel en fortløpende og kontrastrik fremstilling av ekkosporet av grensesjiktet vann/bunn som opptegningen av bunnskiktninger og sedimentlinjer.

Dette formål blir ved et ekkolodd av den i den innledende del av patentkrav 1 angitte art ifølge oppfinnelsen oppnådd ved de trekk som fremgår av den karakteriserende del av patentkrav 1.

Ved ekkoloddet ifølge oppfinnelsen bygger det seg på grunn av de store amplituder av bunnekkoenes ekkogavl, i det etterfølgende kalt gavlekkoer, opp en negativ retningsspenning, som forstørres med hver positiv halvbølge av ekkospenningen. Amplitudene av de på registreringsforsterkeren anliggende ekkospenninger blir til enhver tid redusert med denne retningsspenning. Fra registreringsapparatet kan dermed bare registreres slike spenningsverdier som er større enn retningsspenningen. Denne betingelse oppfylles av de fra gavlekkoet stammende første positive halvbølger og - ganske hyppig - av de fra sedimentekkoet stammende positive halv-bølger av enhver ekkospenning. Den kan også oppfylles av andre positive halvbølger i ekkospenningene, som stammer fra interferensforekomster. Mens imidlertid de fra sedimentekkoet stammende positive halvbølger innenfor bunnekkoets ekkospenninger tidsmessig stadig ligger på det samme sted, vil de fra interferenser stammende positive halvbølger i ekkospenningene av enkelte bunnekkoer statisk variere sterkt i deres tidsmessige forekomst. Derved tegner registreringsapparatet sistnevnte opp som mer eller mindre fordelte punkter, mens sedimentekkoene blir registrert som stadig på det samme sted, d.v.s. vanndyp, liggende punkter. Øyets integreringsevne vil derefor oppfatte sedimentekkoenes punkter som gjennomgående ekkospor, særlig når punktene skrives med dypsvart farge, mens de øvrige registreringspunkter bare oppfattes som gråslør.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen med hen-siktsmessige utforminger og videreutviklinger fremgår av underkravene.

En fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen fremgår derved av krav 2. Gjennom den ytterligere motstand sikres utlad-ningen av det av kondensatoren, motstanden og dioden dannede differenseringsledd inntil mottagelsen av det neste bunnekko.

En fordelaktig utforming av oppfinnelsen fremgår også av krav 3. Gjennom denne forsterkning blir ved tilkopling av en ekkoskriver som registreringsapparat, f.eks. en termotrykker, de av de positive spenningshvelvninger (Spannungskuppen) ut-løste registreringspunkter skrevet dypsvart, hvorved øyets integrasjonsevne til erkjennelse av et gjennomgående ekkospor av sedimentekkoene understøttes.

En fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen fremgår også av krav 4. Denne utførelsesform er fordelaktig ved anvendelse av slike ekkoskrivere eller termotrykkere, som kan tegne opp minst to gråtrinn. Den tredje diode overfører den naturlige form av den ved utgangen av omhyllingskurve-likeretteren stående ekkospenning umiddelbart ved utgangen av den første diode som er etterkoplet registreringsforsterkeren. Der blir det til denne originalekkospenning addert den 50 ganger forsterkede ekkospenning av gavlekkoet, slik at originalekko-spenningen i hvert tilfelle får en steilt oppstigende flanke.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen forklares nærmere i det etterfølgende under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et koplingsskjema for et ekkolodds mottakerdel. Fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av det tidsmessige forløp av en sendepuls med sendevarighet. Fig. 3 til 6 viser hver et diagram over ekkospennings-forløpet i punktene 3, 4, 5 henholdsvis 6 i koplingsskjemaet i fig. 1.

Det i fig. 1 viste koplingsskjerna representerer mottakerdelen 10 av et ekkolodd. Man har sløyfet fremstillingen av den velkjente sendedel med sendepulsgenerator og sendeomformer, da denne ikke er relevant i denne forbindelse.

Mottakerdelen 10 oppviser en lydomformer 11 med retningskarakteristikk for rettet mottagelse av de av sendpulsene utløste ekkoer, en ikke begrenset for- eller ekkoforsterker 12, en registreringsforsterker, som er utformet som operasjonsforsterker 13, og et over en første diode 19 til regi-streringsf orsterkeren 13 koplet registreringsapparat 14 i form av en termotrykker eller termoskriver 14. Oppbygging av funk-sjon av en termoskriver er eksempelvis beskrevet i DE-PS 31 12 871.

Lydomformeren 11, ekkoforsterkeren 12, operasjonsforsterkeren 13 og termoskriveren 14 er alle koplet i serie. Mellom ekkoforsterkeren 12 og operasjonsforsterkeren 13 er innkoplet en likeretterkopling, i det etterfølgende kalt terskelkopling 15, som genererer en til gavlekkoet av det til enhver tid mottatte bunnekko tilpasset terskel i form av en retningsspenning for operasjonsforsterkeren 13.

Terskelkoplingen 15 oppviser en på inngangssiden til utgangen av ekkoforsterkeren 12 koplet omhyllingskurve-like-retter 16 og et utgangen av omhyllingskurve-likeretteren 16 med den ikke-inverterende inngang av operasjonsforsterkeren 13 forbindende differensieringsledd i form av en kondensator 17 og en med den ikke-inverterende inngang av operasjonsforsterkeren 13 parallellkoplet seriekopling som består av en første motstand 18 og en andre diode 20. Denne seriekopling er parallellkoplet en andre motstand 21, hvis motstandsverdi er betydelig høyere enn den første motstands 18 motstandsverdi. Operasjonsforsterkeren 13 oppviser en 50 gangers forsterkning og er på utgangssiden over seriekoplingen av en tredje motstand 22 og den allerede nevnte diode 19 forbundet med termoskriverens 14 inngang. Diodens 19 utgang er over en fjerde motstand 23 lagt på nullpotensial.

Ved anvendelse av en termoskriver 14, som kan tegne opp i minst to gråsjatteringer eller svertingsgrader, slik dette er beskrevet i DE-OS 31 12 871, er det fordelaktig å legge omhyllingskurve-likeretterens 16 utgang over en tredje diode 24 på utgangen av den første diode 19, altså umiddelbart ved termoskriverens 14 inngang.

Virkemåten for det i det foregående beskrevne ekkolodd er som følger: Ved hjelp av en ikke vist sendeomformer blir det sendt ut lydpulser med sendevarigheten 7 vertikalt nedover til havbunnen. En sendepuls er skjematisk vist i fig. 2. De ved refleksjon av lydpulsene ved eller i havbunnen utløste ekkoer mottas av lydomformeren 11, omdannes til en elektrisk spenning og forsterkes av den ikke begrensende ekkoforsterker 12. Ved utgangen av ekkoforsterkeren 12 ligger det en ekkospenning, slik dette er skjematisk skissert i fig. 3. Som allerede nevnt innledningsvis er bunnekkoet forlenget i forhold til sendepulsen, da lydenergien ikke bare kommer tilbake umiddelbart fra havbunnen vertikalt nedenfor lydomformeren 11, men fra hele området for omformerretningskarakteristikken. Ekkoet viser i begynnelsen en tydelig ekkogavl, som utløses fra refleksjonen av lydpulsen ved grensesjiktet vann/bunn, det såkalte gavlekko. Deretter fremkommer et avsnitt hvori om-hyll ingskurven for bunnekkoet er revet i stykker av interferenser. Sluttelig er det i bunnekkoet også innleiret et sedimentekko, som på grunn av den større demping i sedimentsjiktet oppviser en betydelig mindre amplitude enn gavlekkoet og fremkommer tidsmessig senere, da sedimentsjiktet ligger under overflaten av havbunnen, altså tidsmessig sett bakenfor grensesj iktet vann/bunn.

Etter passasje gjennom omhyllingskurve-likeretteren 16 oppviser bunnekkoets ekkospenning det forløp som er vist i fig. 4. Den positive halvbølge a kjennetegner det ved grensesjiktet vann/bunn utløste gavlekko, halvbølgen e sedimentekkoet som er utløst fra det nedre grensesjikt av et under bunnflaten liggende sedimentsjikt, mens halvbølgene b, c, d og f stammer fra sammenstyrtninger i omhyllingskurven for bunnekkoet som følge av interferensforekomster. Den ved utgangen av omhyllingskurve-likeretteren 16 i punktet 4 liggende ekkospenning blir differensiert over kondensatoren 17 og den lav-ohmige motstand 18. Idet dioden 20 er koplet i serie med motstanden, bygger det seg i punktet 5, altså på den ikke-inverterende inngang av operasjonsforsterkeren 13, opp en negativ retningsspenning, så snart ekkospenningens positive halvbølge a har passert kondensatoren 17. Retningsspenningen bygger seg ned med en tidskonstant, som bestemmes av konden-satorens 17 kapasitet og motstandens 21 motstandsverdi. Hver etter halvbølgen a følgende, tilstrekkelig stor positiv halv-bølge av ekkospenningen øker imidlertid den negative retningsspenning i punktet 5. Ved den ikke-inverterende inngang av operasjonsforsterkeren 13 fremkommer det et spenningsforløp, slik det er skjematisk skissert i fig. 5. Bare buene av de større halvbølger rager inn i området for de positive spen-ninger og er derved i stand til å frembringe et utgangssignal i operasjonsforsterkeren 13, som kan passere den første diode 19. Signalspenningen ved diodens 19 utgang - i punktet 6 - er skjematisk vist i fig. 6. De fra de positive halvbølger a, b, e og f utløste skrivepulser kommer til termoskriveren 14 og frembringer her hver et loddpunkt. Da ved tiltagende konstant vanndyp og sedimentsjiktdybde halvbølgenes a og e buer eller hvelv (Kuppen) tidsmessig alltid ligger på det samme sted, mens de gjennom interferensstrukturer betingede buer eller hvelv av halvbølgene b, c, d og f imidlertid tidsmessig sett varierer sterkt i deres posisjon, størrelse og hyppighet, blir det i termotrykkeren 14 fra hver av skrivepulsene a og e frem-brakt et gjennomgående spor, mens de på grunn av statistisk i deres posisjon varierende skrivepulser b og f eller herunder også c og d blir skrevet ned som en uregelmessig punktmengde. De første fra gavlekkoet stammende halvbølger a blir registrert fortløpende. Halvbølgen e av ekkospenningen svinger sterkt i amplituden fra bunnekko til bunnekko, slik at halv-bølgene ved enkelte av sedimentekkoene ikke er tilstrekkelig store til å trenge frem i det positive spenningsområdet og dermed utløse en skrivepuls. Da imidlertid alle disse av sedimentekkoet frembrakte halvbølger innenfor ekkospenningen tidsmessig alltid ligger på det samme sted - og dermed lodd-punktene til enhver tid trykkes ut i omtrent samme loddybde - er øyets integreringsevne tilstrekkelig til å identifisere den gjennom denne skrivepuls på registreringspapiret frembrakte, punktvise sverting som ekkospor. Øyet understøttes derved gjennom at alle spenningsbuer som trenger frem i punktet 5 i det positive område, forsterkes 50 ganger og dermed trykkes dypsvart av termotrykkeren 14. Disse dypsvarte punkter, som svarende til sedimentsjiktets dybde samler seg på uttrykket fra termoskriveren 14 langs en linje, erkjenner øyet som tyde-lige ekkospor, mens de riktignok også dypsvarte punkter som er statistisk fordelt i deres posisjon og som stammer fra halv-bølgene b, c, d og f, iakttas som gråslør.

Den tredje diode 24 kommer til anvendelse når termoskriveren 14 skal tegne opp gavlekkoet og sedimentekkoet i bunnekkoet i innbyrdes avvikende gråsjatteringer og for dette formål de av gavlekkoet og av sedimentekkoet genererte skrivepulser a henholdsvis e må legges med ulik intensitet på termoskriverens inngang 14. I punktet 6 skjer det derved en addi-sjon av de i fig. 4 og 5 viste ekkospenninger, slik at de til termoskriveren 14 kommende skrivepulser a henholdsvis e oppviser innbyrdes avvikende amplituder.

Claims (4)

1. Ekkolodd, særlig oppmålingslodd, med en mottakerdel til mottagelse av gjennom lydpåvirkning av en vannbunn frembrakte bunnekko og opptegning av minst ett ekkospor, omfattende en lydomformer (11), en ekkoforsterker (12), en registreringsforsterker i form av en operasjonsforsterker, et av registrer-ingsf orsterkeren styrt registreringsapparat (14), fortrinnsvis en ekkoskriver, samt en terskelkopling (15) til generering av en til styrken av bunnekkoet automatisk tilpasset terskel for registreringsforsterkeren, karakterisert ved at lydomformeren (11), ekkoforsterkeren (12) og terskelkoplingen (15) er koplet i serie og koplet til den ikke-inverterende inngang av operasjonsforsterkeren (13), hvis utgang er forbundet med registreringsapparatet (14) over en første diode (19) , og at terskelkoplingen (15) oppviser en omhyllingskurve-likeretter (16) og et omhyllingskurve-likeretterens utgang med operasjonsforsterkerens (13) inngang forbindende differensieringsledd som består av en kondensator (17) og en med operasjonsforsterkerens (13) inngang parallellkoplet seriekopling av en motstand (18) og en andre diode (20).

2 . Ekkolodd i samsvar med krav 1, karakterisert ved at seriekoplingen av motstanden (18) og den andre diode (20) er parallellkoplet med en andre motstand (21) som har større Ohm-verdi enn den første motstand (18).

3. Ekkolodd i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at operasjonsforsterkeren (13) oppviser omtrent 50 gangers forsterkning.

4. Ekkolodd i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at omhyllingskurve-likeretterens (16) utgang over en tredje diode (24) er forbundet med den første diodes (19) utgang, og at forbindelsespunktet over en tredje motstand (23) er lagt på nullpotensial.