NO760891L

NO760891L - DEVICE FOR} M} LE WATER DEPTHS.

Info

Publication number: NO760891L
Application number: NO760891A
Authority: NO
Inventors: Akira Hatai
Original assignee: Fukumoto Tashiro
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1976-03-15
Publication date: 1977-09-16

Abstract

Apparat for å måle vanndybderApparatus for measuring water depths

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer et system for måling av vanndybder ved hjelp av den tidsperiode som forloper fra et ultralydsignal utstråles i vannet, reflekteres av bunnen eller fisker og returnerer. The present invention relates to a system for measuring water depths using the time period that elapses from an ultrasound signal being emitted into the water, reflected by the bottom or fish and returning.

De vanlige vanndybdemåleapparater med ultralydpulser har van-The usual water depth measuring devices with ultrasonic pulses have

ligvis et slikt dybdefremvisningsmiddel som en indikator eller registrerende instrument og til å kunne fremvises på et Braun- such a depth display means as an indicator or recording instrument and to be able to be displayed on a Braun-

ror. Imidlertid er apparatet med en slik enhet eller et ror stort og kostbart og kan derfor kun anvendes for profesjonelle formål. Folgelig blir det i praksis anvendt måledybdesystemer med liten storrelse, omfattende et neonror på en skive som dreier med en jevn hastighet synkronisert med de utstrålte pulser, hvor neonroret lyser opp når et reflektert signal mottas. tube. However, the apparatus with such a device or a rudder is large and expensive and can therefore only be used for professional purposes. Consequently, measuring depth systems of small size are used in practice, comprising a neon rudder on a disk that rotates at a uniform speed synchronized with the radiated pulses, where the neon rudder lights up when a reflected signal is received.

Hvis, i et slikt apparat, 30,5 m representeres som en 360° drei-ning av skiven og lydhastigheten i vann er 1 462 m/sek., dreies neonroret med en hastighet lik 1 440 omdreininger/min. Når roret er i referansepunktet (null på skalaen), utstråles en puls i vannet. Antar man at et objekt (fisk eller bunnen av vannet) befinner seg i en avstand lik 15,23 m, vil neonroret lyse opp når det passerer 180<o>,s punktet under hver omdreining. Folgelig kan lyset, uten å gjore en observator bevisst med hensyn til blunking, observeres som et rolig bilde ved posisjonen lik 15,23 m på skalaen. If, in such an apparatus, 30.5 m is represented as a 360° rotation of the disc and the speed of sound in water is 1,462 m/sec., the neon tube is rotated at a speed equal to 1,440 revolutions/min. When the rudder is at the reference point (zero on the scale), a pulse is emitted into the water. Assuming that an object (fish or the bottom of the water) is at a distance equal to 15.23 m, the neon rudder will light up when it passes the 180<o>s point during each revolution. Consequently, the light, without making an observer aware of blinking, can be observed as a still image at the position equal to 15.23 m on the scale.

For således å fremvise vanndybde ved hjelp av lyset fra et roterende neonror, må roret dreies med en saktere hastighet etter som vannet blir dypere og omvendt. Dette krever en motor med regula-tor og en hoyspenningskilde for å opplyse roret meget klart, og således okende kraftforbruk. Hvis apparatet er batteridrevet, vil den forokede kraft oke storreisen av apparatet, hvilket således ikke vil være særlig håndterlig. Videre har en slik roterende representasjon en sirkulær fremvisning som ikke kunne gi noen intuitiv bestemmelse av dybden.. In order to display water depth using the light from a rotating neon rudder, the rudder must be turned at a slower speed as the water gets deeper and vice versa. This requires a motor with a regulator and a high-voltage source to illuminate the rudder very clearly, and thus increasing power consumption. If the device is battery-powered, the increased power will increase the distance of the device, which will therefore not be very manageable. Furthermore, such a rotating representation has a circular display which could not provide any intuitive determination of the depth.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter for å overvinne alle slike ulemper å gjore systemet minst og lettest mulig. For dette formål har systemet ingen roterende mekanisme, men detekterer reflekterte signaler for å måle avstanden som skal fremvises med flere lamper oppstilt vertikalt. In order to overcome all such disadvantages, the present invention aims to make the system as small and light as possible. For this purpose, the system has no rotating mechanism, but detects reflected signals to measure the distance to be displayed with several lamps arranged vertically.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk fremgår av de etterføl-gende patentkrav samt av den etterfolgende beskrivelse, hvor en foretrukket utforelse av den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i forbindelse med de vedlagte tegninger. The characteristic features of the invention appear from the subsequent patent claims as well as from the following description, where a preferred embodiment of the present invention is described in connection with the attached drawings.

Fig. 1 viser et ytre bilde av apparatet ifolge oppfinnelsen.Fig. 1 shows an external view of the device according to the invention.

Fig. 2 er et blokkdiagram av apparatet i fig. 1.Fig. 2 is a block diagram of the apparatus of Fig. 1.

Fig. 3 viser pulser ved forskjellige punkter ved langdistanse-måling. Fig. 3 shows pulses at different points during long-distance measurement.

Fig. 4 er en krets for en teller 11.Fig. 4 is a circuit for a counter 11.

Fig. 5 viser bolgeformer av utsendte og mottatte signaler og inn-gangen til en låsekrets 12. Fig. 5 shows waveforms of transmitted and received signals and the input to a locking circuit 12.

Fig. 6 er et diagram over låsekretsen.Fig. 6 is a diagram of the latch circuit.

Fig. 7 er et logisk diagram av dekodere 13 og 14.Fig. 7 is a logic diagram of decoders 13 and 14.

Fig. 8 er et nettverk for hukommelseskretsen.Fig. 8 is a network for the memory circuit.

Fig. 9 viser grafisk prinsippet for valg av den korte distansen. Fig. 10 viser pulser ved forskjellige punkter i tilfellet for kortdistansemåling. Fig. 9 graphically shows the principle for choosing the short distance. Fig. 10 shows pulses at different points in the case of short distance measurement.

Som vist i fig. 1 har apparatet på sin fremside seksten LED (lys- emitterende dioder) 16 som er vertikalt oppstilt. Lampene er nummerert på sin ene side for hver femte meter i vanndybde fra 0 til 75 m for den fulle lange eller grove strekning. På den andre siden av lampene er det tilveiebrakt en sylinder 27 som har syv vertikale grupper av tall som korresponderer med lampene 16 og representerer hver meter av vanndybde for de valgte korte strekninger. Gruppene av tall er tilegnet markeringene. A-G, hvor hver gruppe begynner ved hver tiende meter og dekker 15 m, idet hver gruppe har strekninger som overlapper nabogruppene. Sylin-deren 27 dreies manuelt med en skive 25 som har de alfabetiske merkene. De lange og korte strekningene veksles ved hjelp av en bryter 25. As shown in fig. 1, the device has on its front sixteen LEDs (light emitting diodes) 16 which are arranged vertically. The lamps are numbered on one side for every five meters in water depth from 0 to 75 m for the full long or rough stretch. On the other side of the lamps, a cylinder 27 is provided which has seven vertical groups of numbers corresponding to the lamps 16 and representing each meter of water depth for the selected short stretches. The groups of numbers are assigned to the markings. A-G, where each group starts at every tenth meter and covers 15 m, with each group having stretches that overlap the neighboring groups. The cylinder 27 is turned manually with a disc 25 which has the alphabetic marks. The long and short sections are switched using a switch 25.

1 fig. 2 er en streknings-diskrimineringskrets vist ved I og en indikasjonskrets ved II. En enhetspulsgenerator 1 genererer en referansepuls i hver 1,2 msek. periode, i hvilken en lydbolge går frem og tilbake over en vanndybde lik 1 m, slik som vist ved 1 fig. 2 is a range discrimination circuit shown at I and an indication circuit at II. A unit pulse generator 1 generates a reference pulse every 1.2 msec. period, during which a sound wave travels back and forth over a water depth equal to 1 m, as shown by

(A) i fig. 3. Perioden som det tar for en lydbolge å bli reflektert av et objekt og returnere er lik (A) in fig. 3. The period that it takes for a sound wave to be reflected by an object and return is equal

2R/v = 2x1/1580 1,2 (msek.), 2R/v = 2x1/1580 1.2 (msec),

hvor R er distansen i meter mellom objektet og en sender eller mottager av bolgen, og v er hastigheten for lydbolger i vann, hvilken er 1 580 m/sek. where R is the distance in meters between the object and a transmitter or receiver of the wave, and v is the speed of sound waves in water, which is 1,580 m/sec.

Hvis strekningsbryteren 24 slås i stillingen LANG (full), vil lampen 16 indikere hver 5 meter av vanndybden. 1,2-msek.-periode-pulsene deles med fem ved hjelp av en deler 2 i 6-msek.-periode-pulser som vist ved (B) i fig. 3. If the stretch switch 24 is switched to the LONG (full) position, the lamp 16 will indicate every 5 meters of the water depth. The 1.2 msec period pulses are divided by five using a divider 2 into 6 msec period pulses as shown at (B) in fig. 3.

L>isse pulser mates inn i en OG-port 8 og deles også med to ved hjelp av en 1-bit binær teller 4 i 12-msek.-periodepulser som så deles med åtte ved hjelp av en 3-bit binær teller 6 i 96-msek.-periodepulser for å danne triggerpulser for en monostabil multi-vibrator 17. L>isse pulses are fed into an AND gate 8 and are also divided by two using a 1-bit binary counter 4 into 12-msec period pulses which are then divided by eight using a 3-bit binary counter 6 in 96-msec period pulses to form trigger pulses for a monostable multi-vibrator 17.

'Multivibratoren 17 utmater pulser (E) med en bredde lik, ca. 1,2 msek. En start-stopp oscillator 18 genererer en frekvens (F) lik 200 kHz, mens pulsen med en bredde lik ca. 1,2 msek. påtrykkes oscillatoren. Hoyfrekvenspulssignalet forsterkes av en forsterker 19 og omformes til lydbolger via en duplekser 20 ved hjelp av en The multivibrator 17 outputs pulses (E) with a width equal to, approx. 1.2 msec. A start-stop oscillator 18 generates a frequency (F) equal to 200 kHz, while the pulse with a width equal to approx. 1.2 msec. is applied to the oscillator. The high-frequency pulse signal is amplified by an amplifier 19 and converted into sound waves via a duplexer 20 by means of a

transduktor 21 like under vannoverflaten for lydbolgen utstråles i vannet. Fig. 3 viser pulsene ved forskjellige punkter. (C ) transducer 21 just below the water surface for the sound wave to be radiated into the water. Fig. 3 shows the pulses at different points. (C)

og (C") er pulser i en 3-bit binær teller 6. Pulsene (D) innmates også som tilbakestillingspulser i en 4-bit binær teller 11 som vil bli tilbakestillet hver gang den pulsmessige ultralydbolgen utstråles i vannet. and (C") are pulses in a 3-bit binary counter 6. The pulses (D) are also fed as reset pulses into a 4-bit binary counter 11 which will be reset each time the pulsed ultrasound wave is radiated into the water.

Med bryteren 24 i stillingen LANG blir spenningen Vcc påtrykket OG-porten 8 for å være PÅ, slik at 6-msek.-periodepulser (B) går gjennom OG-porten 8 og en ELLER-port 10 til 4-bit binær telleren 11 som er velkjent for heksadesimal operasjon. Et kretsdiagram for telleren 11 er vist i fig. 4, mens dens B.C.D. tellesekvens er vist i tabell 1, hvor inngangspulser (B) utmates som rene bi-nære koder A, B, C og D for å innmates til en firer-lås 12. Telleren 11 tilveiebringer pulssekvenser med periode lik 6 msek. With the switch 24 in the LONG position, the voltage Vcc is applied to the AND gate 8 to be ON, so that 6-msec period pulses (B) pass through the AND gate 8 and an OR gate 10 to the 4-bit binary counter 11 which is well known for hexadecimal operation. A circuit diagram for the counter 11 is shown in fig. 4, while its B.C.D. count sequence is shown in table 1, where input pulses (B) are output as pure binary codes A, B, C and D for input to a four-lock 12. The counter 11 provides pulse sequences with a period equal to 6 msec.

(5-meter strekning). Hvis, f.eks. ti 5-meter pulser (50 iri) innmates i telleren, vil utmatningene A, B, C og D være 0, 1, 0 og 1, respektive. (5-metre stretch). If, e.g. ten 5-meter pulses (50 iri) are fed into the counter, the outputs A, B, C and D will be 0, 1, 0 and 1, respectively.

Ultralydbolgen som forplantes av transduktoren 21 reflekteres av en hindring og mottas av transduktoren. Det mottatte signal passerer gjennom dupleksoren 20 og forsterket av forsterkeren 22. Det forsterkede signal detekteres av en omhyllingskurvedetektor 23 til å gi et ekkosignal som benyttes som innmatning til en låseinngang på låsen 12. Fig. 5 viser det sendte signalet (a), det mottatte signalet (b), det forsterkede signalet (c) og låseinnmat-ningen (d). Fig. 6 viser et kretsdiagram av firer-låsen 12, mens tabell 2 viser sannhetstabellen. Strekningsinformasjonene går inn på D-inngangene, mens ekkosignalene går inn på en låseinngang. Som sannhet stabel len viser, blir D-innmatningene; overfort til Q-utgangene når låseinngangen er 1, mens når låseinngangen er 0, vil Q-utgangene returnere til den opprinnelige tilstanden (0 m.). Hvis f.eks. en hindring befinner seg 45 m nedenfor, går ekkosig-nalet inn på låseinngangen når niende 6 msek. (5 m) pulssekvensen eller utmatningene fra telleren 11 går inn på D-inngangene. I dette oyeblikk er D-inngangene Dl5D2, D3 og D4 lik 1, 0, 0 og 1, respektive. Etter at ni D-innmatninger er blitt telt, er det ikke hoe ekkosignal, slik at alle Q-utgangene returnerer til 0-tilstanden. Låsekretsene benevnes som sammentreffkretser. The ultrasound wave propagated by the transducer 21 is reflected by an obstacle and received by the transducer. The received signal passes through the duplexer 20 and amplified by the amplifier 22. The amplified signal is detected by an envelope curve detector 23 to give an echo signal which is used as input to a lock input on the lock 12. Fig. 5 shows the transmitted signal (a), the received the signal (b), the amplified signal (c) and the latch input (d). Fig. 6 shows a circuit diagram of the four-lock 12, while Table 2 shows the truth table. The stretching information goes into the D inputs, while the echo signals go into a locking input. As the truth stack shows, the D entries become; transferred to the Q outputs when the latch input is 1, while when the latch input is 0, the Q outputs will return to their original state (0 m.). If e.g. an obstacle is located 45 m below, the echo signal enters the locking input when the ninth 6 msec. (5 m) the pulse sequence or the outputs from the counter 11 go into the D inputs. At this moment, the D inputs D15D2, D3 and D4 are equal to 1, 0, 0 and 1, respectively. After nine D inputs have been counted, there is no echo signal, so all Q outputs return to the 0 state. The locking circuits are referred to as coincidence circuits.

Q-utgangene omformes til desimaltall ved hjelp av BCD-til-desi-maldekodere 13 og 14. Hvis Q-utmatningene er den niende 5 meter pulssekvensen, vil utgang 9 fra dekoderen være 1, mens de andre utgangene er 0. Hvis det ikke er noen innmatning, vil "utgangen 0" være 1. Ved dette apparat vil de kontinuerlige eller påfol-gende utmatninger ikke danne noe problem ettersom O-utmatningen mottas slik som den forplantes. The Q outputs are converted to decimal numbers using BCD-to-decimal decoders 13 and 14. If the Q outputs are the ninth 5 meter pulse sequence, output 9 of the decoder will be 1, while the other outputs are 0. If it is not any input, the "output 0" will be 1. With this apparatus, the continuous or consecutive outputs will not cause any problem as the O output is received as it is propagated.

Fig. 7 viser et logisk diagram for dekodere 13 og 14, mens tabell 3 viser sannhetstabellen. Selv om 16 desimalutmatninger teoretisk kan dannes med 4-bit BCD-innmatninger, anvendes det her to kretser som hver har 10 desimalutmatningsterminaler, hvilke anvendes i praksis. Ettersom dekoderne utmater et signal i kun 6 msek., hus-kes dette i 300-800 msek. av en hukommelses kr ets 1,5, som vist i fig. 8. Videre indikerer LED-lamper 16 signalet. Fig. 7 shows a logic diagram for decoders 13 and 14, while table 3 shows the truth table. Although 16 decimal outputs can theoretically be formed with 4-bit BCD inputs, two circuits each having 10 decimal output terminals are used here, which are used in practice. As the decoders output a signal for only 6 msec, this is remembered for 300-800 msec. of a memory NOK ets 1.5, as shown in fig. 8. Furthermore, LED lamps 16 indicate the signal.

Et annet hovedtrekk ved den foreliggende oppfinnelse er den valgte kortstrekningsoperasjon for indikasjon av hver 1 m vanndybde med de 16 LED-lampene som anvendes for langstrekningindikasjonen. Another main feature of the present invention is the selected short-distance operation for indicating every 1 m of water depth with the 16 LED lamps used for the long-distance indication.

Fig. 9 viser prinsippet for å velge de korte strekningene som hver overlapper de andre med 5 m for å muliggjore måling. Fig. 9 shows the principle for choosing the short sections that each overlap the others by 5 m to enable measurement.

I fig. 1 og 2 blir bryteren 24 slått til stillingen KORT for å påtrykke spenningen Vcc til en OG-port 9, til hvilken enhetspul-sen (A) og utmatningen fra en flip-flop 7 er innmatninger. Når disse tre innmatninger alle er 1, vil utmatningen fra OG-porten fortsette gjennom ELLER-porten 10 til 4-bit binær telleren 11. In fig. 1 and 2, the switch 24 is turned to the SHORT position to apply the voltage Vcc to an AND gate 9, to which the unity pulse (A) and the output from a flip-flop 7 are inputs. When these three inputs are all 1, the output from the AND gate will proceed through the OR gate 10 to the 4-bit binary counter 11.

En BCD-til-desimaldekoder 5 funksjonerer på den samme måte som vist i fig. 7 og tabell 3, men har tre innganger og desimalut-gangene 1-7. A BCD-to-decimal decoder 5 functions in the same way as shown in fig. 7 and table 3, but has three inputs and the decimal outputs 1-7.

Som tidligere beskrevet er innmatningene til dekoderen 5 12-msek. As previously described, the inputs to the decoder are 5 12-msec.

(10 m) pulsene (C), og dens utmatninger (M) slik disse er valgt med bryteren 25 vil sette flip-flopen 7 ved hvert 10 m trinn. Hvis f.eks. strekning B velges, utmater dekoderen 5 bolgen B under perioden av hvilken OG-porten 9 utmater tiende til tjuefemte puls av enhetspulsene. Den andre utgangen P fra flip-flopen 7 tilbake-stiller en 4-bit binær teller 3 som så vil telle 16 enhetspulser A for å utmate en tilbakestillingspuls N for at flip-flopen 7 kan slå av OG-porten 9é Funksjonen etter ELLER-porten er identisk med den for LANG-strekhingen, men lampene 16 indikerer hver sin vanndybde. (10 m) pulses (C), and its outputs (M) as selected by switch 25 will set flip-flop 7 at every 10 m step. If e.g. section B is selected, the decoder 5 outputs the wave B during the period of which the AND gate 9 outputs the tenth to twenty-fifth pulse of the unity pulses. The second output P from the flip-flop 7 resets a 4-bit binary counter 3 which will then count 16 unity pulses A to output a reset pulse N for the flip-flop 7 to turn off the AND gate 9é The function after the OR gate is identical to that of the LANG line hinge, but the lamps 16 each indicate their own water depth.

Således genererer det foreliggende apparat en serie av forsinkel-sespulser i overensstemmelse med nøyaktigheten med hvilken distansen måles og til å bli basert på tiden ved hvilken pulsene tilbakesendes i vannet, detekterer tiden pulsene tar for å bli mottatt og tenner vertikalt oppstilte fremviserlamper. Dette til-later grov og intuitiv måling av vanndybden som vanligvis trengs å bestemmes og også den mer noyaktige måling ved å slå over en strekningsvelger. Videre eliminerer apparatet dreiende mekanismer og er håndterlig ettersom det er lite og lett. Thus, the present apparatus generates a series of delay pulses in accordance with the accuracy with which the distance is measured and to be based on the time at which the pulses are returned in the water, detects the time the pulses take to be received and lights vertically arranged display lamps. This allows rough and intuitive measurement of the water depth that usually needs to be determined and also the more accurate measurement by switching over a section selector. Furthermore, the device eliminates rotating mechanisms and is manageable as it is small and light.

Claims

1.. Apparatus for measuring water depth, characterized by a distance discrimination circuit for generating reference pulses at time intervals that it takes for a sound wave to propagate a reference distance through water, transforming the reference pulses and pulses equivalent to the period of a predetermined number of reference pulses, where said pulses are fed into gate circuits and counter circuits, send ultrasonic signals transformed from said pulses in water when the counter circuit is reset and simultaneously send out pulses fed out. the gate circuit and delayed by the number of steps in the counter, and. an indication circuit for receiving the transmitted signals, selecting one of the delayed pulses corresponding to the received signal, remembering the pulse and representing the same with a display means.

2. Apparatus as stated in claim 1, characterized in that it further comprises a display unit which has display means vertically arranged and equal to the number of delayed pulses, a rough scale for water depth marked corresponding to the display means, line markings that divide the scale into groups and scale switchable with a line selection dial and including groups of smaller scale digits marked at intervals with a reference distance corresponding to the display means.