DE1094026B - Method and device for generating a short decaying vibration train for echo sounding - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines kurzen abklingenden Schwingungszuges für die Echolotung mittels eines schwingungsfähigen piezoelektrischen oder elektrostriktiven Wandlers, z. B. aus Bariumtitanat, bei dem der Wandler durch stoßfreie Aufladung seiner Kapazität in Schwingungsrichtung oder durch Gleichsitromerregung gedehnt oder verkürzt wird.The invention relates to a method for generating a short decaying vibration train for echo sounding by means of a vibratory piezoelectric or electrostrictive transducer, e.g. B. from barium titanate, in which the transducer stretched by shock-free charging of its capacity in the direction of oscillation or by constant-current excitation or is shortened.

Bei der Echotiefen- und -abstandsmessung ist es oftmals erwünscht, außerordentlich kurze Entfernungen messen zu können. Wenn man mit nur einem elektroakustisehen Wandler in einer Sendeempfangsschaltung arbeitet, hängt die kleinste Entfernung, die angezeigt werden kann, von der Länge der ausgesandten Impulse und von der Geschwindigkeit ab, mit der der Empfangsversitärker seine Empfangsbereitschaft wiedergewinnt. Da dieser gewöhnlich so gebaut werden kann, daß er sehr schnell wieder empfangsbereit wird, kommt es in erster Linie darauf an, möglichst kurze Impulse zu erzeugen.When measuring echo depth and distance, it is often desirable to use extremely short distances to be able to measure. If you have only one electroacoustic transducer in a transceiver circuit works, the smallest distance that can be displayed depends on the length of the sent Impulses and on the speed with which the receptionist is ready to receive regains. Since this can usually be built in such a way that it is ready to receive again very quickly the main thing is to generate the shortest possible impulses.

Kleine Impulslängen können erreicht werden durch Stoßerregung des Wandlers, wobei dieser einen Impuls in Form eines gedämpften Wellenzuges abstrahlt. Der Schwingungszug muß schnell abklingen, um die Messung kleiner Abstände zu ermöglichen, weil Schwingungen oberhalb einer gewissen Stärke durch Überlastung oder Blockieren des Empfangsverstärkers verhindern, daß ein Echo angezeigt wird.Small pulse lengths can be achieved by shock excitation of the transducer, which creates a pulse radiates in the form of a damped wave train. The vibration train must quickly subside in order for the measurement to take place To enable smaller distances, because vibrations above a certain strength due to overload or blocking the receiving amplifier prevent an echo from being displayed.

Für magnetostriktive Wandler sind zwei Arten der Stoßerregung mittels eines aufgeladenen Kondensators bekannt. Bei der einen Art wird dieser unmittelbar durch die Wicklung des Wandlers entladen, bei der anderen erfolgt die Entladung in einem abgestimmten Resonanzkreis, der seinerseits mit dem Wandler gekopplt ist. Das letztere Verfahren eignet sich auch zur Stoßerregung von Kristallwandlarn. Selbst bei größtmöglichem Wirkungsgrad geht mindestens die Hälfte der zugeführten Energie in der Impedanz des Resonanzkreises verloren, so daß weniger als die Hälfte davon für die Erzeugung von Schallenergie durch den Wandler zur Verfügung steht. Es ist erwünscht, den zur Erzeugung einer bestimmten Schwingungsamplitude aufzuwendenden Betrag der elektrischen Energie möglichst klein zu halten.There are two types of shock excitation using a charged capacitor for magnetostrictive transducers known. In one type, this is discharged directly through the winding of the transducer others, the discharge takes place in a tuned resonance circuit, which in turn is coupled to the converter is. The latter method is also suitable for the shock excitation of crystal wall larvae. Even with the greatest possible Efficiency is at least half of the energy supplied in the impedance of the resonance circuit lost, so that less than half of it goes to the generation of sound energy by the Converter is available. It is desirable to generate a certain oscillation amplitude to keep the amount of electrical energy to be expended as small as possible.

Bei allen bekannten Anordnungen zur elektrischen Stoßerregung von Wandlern weist der Wandler zu Beginn der Impulsaussendung keine mechanischen Spannungen auf. Erst wenn die elektrische Schwingungsenergie zu wirken beginnt, werden an dem schwingungsfähigen Wandlerkörper angreifende Wechselkräfte erzeugt, die während einiger Perioden andauern und durch die die Schwingungsamplitude bis zu einem Höchstwert zunimmt. Nach Fortfall der elektrischen Antriebskraft fährt der Wandlerkörper Verfahren und VorrichtungIn all known arrangements for electrical shock excitation of transducers, the transducer assigns There is no mechanical tension at the beginning of the pulse transmission. Only when the electrical vibration energy begins to act, alternating forces acting on the vibratory transducer body generated, which last for some periods and through which the oscillation amplitude up to increases to a maximum. When the electrical drive force ceases, the converter body moves Method and device

zur Erzeugung eines kurzen abklingenden Schwingungszuges für die Echolotungto generate a short decaying wave of vibrations for echo sounding

Anmelder:Applicant:

Raytheon Manufacturing Company, Waltham, Mass. (V. St. A.)Raytheon Manufacturing Company, Waltham, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. M. Schumacher, Patentanwalt, Bremen, Stephanikirchenweide 1Representative: Dipl.-Ing. M. Schumacher, patent attorney, Bremen, Stephanikirchenweide 1

Robert Alden Fryklund, Dedham, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenRobert Alden Fryklund, Dedham, Mass. (V. St. A.), has been named as the inventor

fort, mechanische Schwingungen auszuführen, bis die Schwingungsenergie verbraucht ist. Die Abstrahlung von Schallenergie beginnt gleichzeitig mit der Aufschaukelung der Schwingungsarnplitude des Wandlers. Die Form des erzeugten Schwingungsimpulses zeigt daher zunächst einen Anstieg der Schwingungsamplitude über eine bis mehrere Perioden bis zu einem Höchstwert und ein nachfolgendes, meist langsameres Abklingen der Schwingungsamplitude nach Null hin. Das Verfahren zur Stoßerregung nach der Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Gesamtimpulsdauer beträchtlich verkürzt werden kann, wenn die Zeit, in der eine langsame Aufschaukelung der Amplitude erfolgt, eingespart werden kann, d. h. also, wenn die Schwingung des Wandlerkörpers ohne Übergang mit dem Höchstwert der Amplitude einsetzt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Wandler nicht durch eine elektrische Schwingung angeregt wird, sondern erfindungsgemäß nach plötzlicher Aufhebung eines mittels einer Gleichspannung erzeugten mechanischen Spannungszustandes durch Kurzschließen des Wandlers oder Unterbrechen des Erregergleiahstromes mechanische Schwingungen ausführt. Der Wandler ist dabei nicht mehr Teil eines gedämpften Schwingungskreises, vielmehr treten jetzt seine mechanischen Eigenschaften als schwingungsfähiger Körper in den Vordergrund. Einige Zeit vor der Impulsaussendung wird dem Wandler elektrische Energie in gleichmäßigem Strom, d. h. stoßfrei, zugeführt. Ein Teil davoncontinue to perform mechanical vibrations until the vibration energy is consumed. The radiation of sound energy begins at the same time as the oscillation amplitude of the transducer builds up. The shape of the generated oscillation pulse therefore initially shows an increase in the oscillation amplitude over one to several periods up to a maximum value and a subsequent, usually slower one Decay of the oscillation amplitude towards zero. The method of shock excitation according to the invention is based on the knowledge that the total pulse duration can be shortened considerably if the time in which the amplitude is slowly increased can be saved, d. H. so, when the oscillation of the transducer body begins without transition with the maximum value of the amplitude. this can be achieved in that the transducer is not excited by an electrical oscillation, but according to the invention after sudden cancellation of a mechanical generated by means of a direct voltage Voltage state by short-circuiting the converter or interrupting the exciter track current performs mechanical vibrations. The converter is no longer part of a damped oscillation circuit, rather, its mechanical properties now appear as a vibratory body Foreground. Some time before the pulse is emitted, the converter receives electrical energy in a steady manner Electricity, d. H. bumpless, fed. A part of it

009 650/126009 650/126

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wird als mechanische Spannungsenergie gespeichert, Wellenzuges, der dabei von dem Schwinger ausge-is stored as mechanical tension energy, the wave train generated by the oscillator.

wol>ei der erreichbare Höchstwert von den physi- strahlt wird,wol> ei the achievable maximum value is radiated by the physical,

kaiischen Eigenschaften des Wandlers abhängt. Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Auslenkungkaiischen properties of the converter depends. 4 shows an enlarged illustration of the deflection

Die äußeren Abmessungen des Wandlers nehmen der Strahlfläche eines Kristallwandlers, die der Andabei Extremwerte an, z. B. erreicht im Falle eines 5 schaulichkeit halber übertrieben groß dargestellt ist, Kristalls die Kontraktion einen Höchstwert; dieser Fig. 5 ein Schaltbild einer anderen Ausführungs-Zustand wird dxiröh die an den Elektroden herr- form der Erfindung, in der eine Gasentladungsröhre sehende Gleichspannung aufrechterhalten. In diesem als Schaltvorrichtung benutzt wird.
Zustand kann der Wandler verglichen werden mit In Fig. 1 bezeichnet 10 einen piezoelektrischen Krieiner durch eine beständig wirkende Kraft ausgelenk- io stall, der mit zwei Elektroden 11 und 12 versehen ist, ten gespannten Saite oder mit einem Pendel, das in von denen die eine, 11, mit Erde und die andere, 12, einer seiner Endlagen festgehalten wird. Wichtig ist, über eine Leitung 13 und einen Strombegrenzungsdaß der Wandler während der Erzeugung der mecha- widerstand 15 mit einer Stromquelle positiven Potennischen Spannung nicht schwingt und infolgedessen tials 14 verbunden ist. Die obere Elektrode 12 ist ferkeine Wellen abstrahlt. Wenn sodann die die mecha- 15 ner über einen Kondensator 16 mit einem nicht darnische Spannung erzeugende Potentialdifferenz durch gestellten Empfangsverstärker verbunden, der wie für Kurzschluß plötzlich zu Null gemacht wird, so hat der Tiefen- und Entfernungsmeßgeräte üblich ausgebildet Wandlerkörper das Bestreben, die ursprüngliche Form sein kann. Die Elektrode 12 kann über einen gewöhnanzunehmen, und die Wirkung ist ähnlich wie beim Hch geöffneten Schalter 17 mit Erde verbunden Loslassen einer gespannten Saite oder eines ausgelenk- 20 werden.The external dimensions of the transducer assume the beam area of a crystal transducer, while the other dimensions assume extreme values, e.g. B. in the case of a 5, which is shown in an exaggerated size for the sake of clarity, the contraction of a crystal reaches a maximum value; This FIG. 5 is a circuit diagram of a different embodiment state, in which the DC voltage applied to the electrodes is maintained in the form of the invention in which a gas discharge tube is maintained. In this is used as a switching device.
State of the transducer can be compared with In Fig. 1, 10 denotes a piezoelectric Krieiner by a constantly acting force ausenk- io stall, which is provided with two electrodes 11 and 12, th tensioned string or with a pendulum, which in one of which , 11, with earth and the other, 12, one of its end positions is held. It is important, via a line 13 and a current limiter, that the converter does not oscillate during the generation of the mechanical resistor 15 with a current source of positive potential voltage and is consequently connected to the tials 14. The upper electrode 12 does not emit any waves. When the potential difference, which generates the mechanical via a capacitor 16 with a non-darning voltage, is then connected by a receiver amplifier that is suddenly made to zero as if for a short circuit, the transducer body usually designed for depth and distance tends to retain its original shape can be. The electrode 12 can be assumed to be used, and the effect is connected to earth in a manner similar to that of the Hch open switch 17, releasing a tensioned string or a deflected 20.

ten Pendels. Als mechanischer Schwinger führt der Bevor die Arbeitsweise der Schaltung nach der vorKristall sodann eine gedämpfte Schwingung aus, vor- liegenden Erfindung beschrieben wird, soll kurz das zugsweise ohne Kopplung mit der ursprünglichen Verhalten eines Wandlers, der nach dem eingangs erEnergiequelle. Auf diese Weise ist der gedämpfte wähnten, bekannten Verfahren angeregt wird, be-Schwingungszug ausschließlich durch die Konstanten 25 sohriieben werden. Hierbei ist der Wandler, wenn er des mechanischen Schwingungsbildes bestimmt. nicht schwingt, mechanisch spannungslos. Zu Beginnth pendulum. As a mechanical oscillator, the before performs the operation of the circuit according to the beforeKrystal then a damped oscillation from the present invention is described, this is intended briefly preferably without coupling with the original behavior of a converter, which is after the input erenergiequelle. In this way the damped mentioned, known method is stimulated, be-Schwingungszug be driven exclusively by the constants 25. Here is the converter if he the mechanical oscillation pattern is determined. does not oscillate, mechanically tension-free. At the start

Nach dem neuen Stoßerregungsverfahren wird eine eines Schwingungszuges wird ein großer Teil der Gleichstromquelle mit einem Wandler verbunden, um elektrischen Energie dazu verbraucht, die Schwineine mechanische Spannung in ihm aufzubauen. Im gungsamplitude des Wandlers zu vergrößern. Fig. 2 Falle eines Kristalls wird dabei der Ladestrom durch 30 zeigt die Kurve eines Schwingungszuges, der durch zu einen Widerstand begrenzt. Die zugeführte Ladungs- Schwingungen in dieser Weise angeregten Wandler menge ist ausreichend, um den Kristall bis nahe zur erzeugt wird. Die Bezugslinie 18 entspricht dem un-Bruchgrenze anzuspannen, und wird aufrechterhalten, gespannten Zustand des Wandlers. Die durch den bis ein Wellenzug ausgesandt werden soll. Durch Her- Kurvenzug 20 dargestellte mechanische Spannung stellung eines Kurzschlusses zwischen den aufgelade- 35 wächst vom Ausgangswert 18 in positiver Richtung nen Elektroden wird die Ladung schnell abgeleitet, bis zu einem Wert 21 unter Einwirkung der elek- und der damit verbundene, im wesentlichen äugen- irischen Schwingungsenergie in dem abgestimmten, blickliche Fortfall der Zwangskraft läßt den Kristall den Wandler enthaltenden Schwingkreis. Der weitere frei in seiner Eigenfrequenz ausschwingen, wobei er Verlauf der Kurve 20, die dann wieder durch die Nulleinen gedämpften Wellenzug in das ihn umgebende 40 linie 18 geht und bis zu einem Höchstwert 22 steigt, Medium ausstrahlt, ohne dem elektrischen System entspricht einer Umkehrung des Vorzeichens der Spanweitere Energie zu entziehen. nung. Diese Schwimgungsbewegung des Wandlerkör-According to the new shock excitation method, one of a vibration train becomes a large part of the DC power source connected to a converter to consume electrical energy to do the pig owl to build up mechanical tension in it. In the supply amplitude of the converter to increase. Fig. 2 In the case of a crystal, the charging current through 30 shows the curve of an oscillation train, which through to limited a resistance. The supplied charge oscillations in this way excited transducers amount is sufficient to close the crystal to being produced. The reference line 18 corresponds to the un-breaking limit to tighten, and is maintained, tightened state of the transducer. The through the until a wave train is to be sent out. Mechanical tension represented by Her curve 20 Position of a short circuit between the charged 35 grows from the initial value 18 in a positive direction n electrodes, the charge is quickly diverted, up to a value of 21 under the influence of the elec- and the associated, essentially external Irish vibration energy in the tuned, Immediate cessation of the constraining force leaves the crystal in the resonant circuit containing the transducer. The other one Swing out freely in its natural frequency, with the course of the curve 20, which then again through the zero lines attenuated wave train goes into the surrounding 40 line 18 and rises to a maximum value 22, Medium emits without the electrical system corresponds to a reversal of the sign of the span width To withdraw energy. tion. This oscillation of the transducer body

Die bei spiel s weise beschriebene Anregungsart ist pers erfolgt unter dem Einfluß der elektrischenThe type of excitation described in game s is carried out under the influence of the electrical pers

vorteilhaft anzuwenden in Verbindung mit piezoelek- Schwingungsenergie und seiner eigenen Elastizität,advantageous to use in connection with piezoelek vibration energy and its own elasticity,

frischen Wandlern, weil die Aufrechterhaltung des 45 I_m Punkt 22 kehrt die Schwingung wieder um, undfresh transducers, because maintaining the 45 I _m point 22 reverses the oscillation again, and

gespannten Zustandes ahne zusätzlichen Energiever- die Kurve 20 erreicht unter Kreuzen der Nullinie 18in the tensioned state without additional energy loss, the curve 20 is reached by crossing the zero line 18

brauch möglich ist. Die Entladung des Kristalls kann eine maximale positive Amplitude im Punkt 23. Dabeiuse is possible. The discharge of the crystal can have a maximum positive amplitude in point 23. Thereby

auf einfache Weise mit einer geeigneten Schaltvorrich- folgt der Wandler immer noch dem Einfluß der elek-in a simple manner with a suitable switching device, the converter still follows the influence of the electrical

tung, vorzugsweise einer Elektronenröhre oder gas- triscihen Schwingungsenergie und seiner eigenendevice, preferably an electron tube or gas-triscihen vibration energy and his own

gefüllten Entladungsröhre, bewirkt werden. 50 Elastizität. In diesem Punkt 23 ist die Zufuhr elek-filled discharge tube. 50 elasticity. At this point 23 the supply is elec-

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist sehr einfach irischer Schwingungsenergie beendet, und der Wand- und geeignet, elektroakustische Wandler jeder Art bis ler schwingt hiernach mit abnehmender Amplitude, zur Elastizitätsgrenze aufzuladen und infolgedessen wobei die elektrische Natur der Stromkreiselemente, auf die maximale Schwingungsamplitude zu bringen. die mit ihm verbunden sind, von Einfluß sein kann. Man kann so eine gedämpft abklingende, kurze 55 Der Wandler schwingt so und strahlt Druckwellen-Schwingung des Wandlers erzielen. energie vom Augenblickt an aus, in dem der Wechsel-Einzelheiten über die Anwendung des neuen Ver- strom zuerst aufgedrückt wird. Die erzeugten Druckfahrens bei einem Kristallwandler sind aus der folgen- wellen haben eine Impulsform, die allmählich bis zu den Beschreibung zweier Ausführungsformen der Er- einem Maximum ansteigt und noch langsamer wieder findung zu entnehmen. 60 abfällt. Die Zeit, die gebraucht wird, um die Maximal-The method according to the invention is very simply finished with Irish vibrational energy, and the wall and suitable, electroacoustic transducers of any kind until it oscillates with decreasing amplitude, to charge to the elastic limit and, as a result, the electrical nature of the circuit elements, to bring to the maximum oscillation amplitude. associated with him can be of influence. A short, dampened decay can be produced. The transducer oscillates and emits pressure wave oscillations of the converter. energy from the moment in which the alternating details is first pressed through the application of the new Verstrom. The generated printing process In the case of a crystal converter, the following waves have a pulse shape that is gradual up to the description of two embodiments of the Er- a maximum increases and even slower again finding. 60 drops. The time it takes to achieve the maximum

Fig. 1 zeigt eine Schaltung, die von dem Verfahren amplitude 23 zu erreichen, stellt einen unerwünschtenFig. 1 shows a circuit to achieve the amplitude 23 of the method, represents an undesirable

nach der Erfindung Gebrauch macht, Zeitverlust in einer Anlage dar, die dazu dienen soll,makes use of the invention, loss of time in a system that is intended to serve

Fig. 2 die Kurve der Änderung der mechanischen kurze Entfernungen zu messen.Fig. 2 the curve of the change in mechanical short distances to be measured.

Spannung in Abhängigkeit von der Zeit für eine Schal- In der in Fig. 5 dargestellten Schaltung wird inVoltage as a function of time for a switching In the circuit shown in FIG. 5, in

tung, wie sie bisher zur Stoßerregung des Wandlers 65 dem Kristallwandler 10 eine allmählich ansteigendedevice, as it has previously been a gradually increasing to the shock excitation of the transducer 65 the crystal transducer 10

verwendet wurde, mechanische Spannung erzeugt, die ihren Höchstwertwas used, mechanical stress generated, which is its maximum value

Fig. 3 die Kurve der Änderung der mechanischen erreicht, wenn die elektrische Spannung an den Elek-Fig. 3 shows the curve of the change in mechanical when the electrical voltage across the elec-

Spannung in Abhängigkeit von der Zeit bei Erregung troden 11, 12 gleich der der Spannungsquelle 14 ge-Voltage as a function of time with excitation trode 11, 12 equal to that of voltage source 14

eines Wandlers nach dem Verfahren gemäß der Erfin- worden ist, die über Leitung 13 und Widerstand 15a transducer according to the method according to the invention, which via line 13 and resistor 15

dung und ferner einer Darstellung des gedämpften 70 zugeführt wird. Dieser Höchstwert kann dicht unterapplication and also a representation of the damped 70 is supplied. This maximum value can be just below

der Bruchgrenze des Kristalls liegen. Die so erzeugte mechanische Spannung ist durch Punkt 24 der Kurve in Fig. 3 veranschaulicht. Sie wird so allmählich hervorgerufen, und der Widerstand 15 ist so groß, daß der Kristall 10 keine Neigung zum Schwingen hat, solange die Ladung an seinen Platten 11 und 12 besteht. Durch die anfängliche mechanische Spannung wird der Wandler um einen gewissen Betrag zusammengedrückt, wie in Fig. 4 durch die Abweichung der Linie 10 & von dar Normallinie 10 α dargestellt. Wird der Schalter 17 geschlossen, so wird die Ladung über die Leitung 13, den Schalter 17 und die Verbindungen nach Erde abgeleitet. Mit der Potentialdifferenz zwischen den Platten 11 und 12 wird auch die mechanische Zwangsspannung des Kristalls aufgehoben, und der Kristall sucht infolge der elastischen Eigenschaften des piezoelektrischen Materials seine ursprüngliche Form wieder anzunehmen. Die elastischen Kräfte lösen jedoch zunächst eine mechanische Spannung in der entgegengesetzten Richtung von einer Größe aus, wie sie durch die Linie 10c der Fig. 4 veranschaulicht ist. Der Kristall führt somit Schwingungen aus mit einer Frequenz, die nur bestimmt ist durch seine mechanischen Konstanten und seine anfängliche Maximalamplitude. Fig. 4 zeigt die Kurvethe breaking point of the crystal. The mechanical stress thus generated is illustrated by point 24 on the curve in FIG. 3. It is created gradually, and the resistance 15 is so great that the crystal 10 has no tendency to oscillate as long as the charge on its plates 11 and 12 is present. The transducer is compressed by a certain amount as a result of the initial mechanical tension, as shown in FIG. 4 by the deviation of the line 10 & from the normal line 10 α . If the switch 17 is closed, the charge is diverted via the line 13, the switch 17 and the connections to earth. With the potential difference between the plates 11 and 12, the mechanical restraint of the crystal is also canceled, and the crystal tries to assume its original shape again as a result of the elastic properties of the piezoelectric material. However, the elastic forces initially trigger a mechanical tension in the opposite direction of a magnitude as illustrated by the line 10c in FIG. 4. The crystal thus vibrates at a frequency that is only determined by its mechanical constants and its initial maximum amplitude. Fig. 4 shows the curve

10 d der Dimensionsänderung des Kristalls 10. Eine ähnliche Kurve (ausgezogene Linie) in Fig. 3 zeigt, wie die Stärke des Kristalls 10 von einer maximalen Kenstraktion oder Verkürzung an der Stelle 24 bis zur maximalen Längung in der Stelle 26 der Kurve wechselt und dabei die Bezugslinie 25 durchläuft. Eine Kurve der resultierenden Druckwelle ist in Strichlinien 45 in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser Kurve 45 ist zu ersehen, daß keine Druckwellenenergie erzeugt wird, bevor die Anfangsspannung des Kristalls 10 durch Schließen des Schalters 17 aufgehoben wird. Durch Vergleich von Fig. 2 und 3 ergibt sich, daß durch die Erfindung die Dauer der Druckwellenimpul.se abgekürzt ist um die Zeit, die der Wandler in dem obenerwähnten bekannten Erregerstromkreis benötigt, um seine mechanische Maximalspannung zu erreichen. Dadurch wird der Gebrauch von kürzeren Impulsen und die Messung kleinerer Tiefen und Entfernungen ermöglicht. Überdies ist die Anfangsflanke des Druckwellenimpulses nach der Erfindung im wesentlichen rechteckförmig, wodurch ein scharfer Impuls erzielt wird, der wesentlich zur Genauigkeit der Messung beiträgt.10 d of the dimensional change of the crystal 10. A similar curve (solid line) in FIG. 3 shows how the thickness of the crystal 10 changes from a maximum pull or shortening at point 24 to maximum elongation at point 26 of the curve and thereby the reference line 25 passes through. A curve of the resulting pressure wave is shown in broken lines 45 in FIG. 3. It can be seen from this curve 45 that no pressure wave energy is generated before the initial voltage of the crystal 10 is released by closing the switch 17. By comparing FIGS. 2 and 3, it can be seen that the invention shortens the duration of the pressure wave impulses by the time which the transducer in the above-mentioned known excitation circuit needs to reach its mechanical maximum voltage. This enables the use of shorter pulses and the measurement of smaller depths and distances. In addition, the starting edge of the pressure wave pulse according to the invention is essentially rectangular, whereby a sharp pulse is achieved, which contributes significantly to the accuracy of the measurement.

In der Schaltung nach Fig. 5 ist Schalter 17 der Fig. 1 ersetzt durch eine Gasentladungsröhre. Wie in Fig. 1 liegt der Kristall 10 zwischen zwei ElektrodenIn the circuit of FIG. 5, switch 17 of FIG. 1 is replaced by a gas discharge tube. As in In Fig. 1, the crystal 10 lies between two electrodes

11 und 12. Die untere Elektrode 11 ist mit Erde und die obere Elektrode 12 über die Leitung 13 mit einer Potentialquelle 14 über einen Strombegrenzungswiderstand 15 verbunden. Die Elektrode 12 ist außerdem über einen Koppelkondensator 16 mit einem Empfangsverstärker verbunden, ebenso wie in Fig I. Dagegen ist der Schalter 17 der Fig. 1 bei der Ausfülhrungsform der Fig. 5 ersetzt durch eine gesteuerte Gasentladungsröhre21, deren Anode28 mit der oberen Elektrode 12 des Kristalls 10 und deren Kathode 30 mit Erde verbunden ist. Das Steuergitter 31 der Gasentladungsröhre ist mit einer nicht gezeichneten Quelle negativen Potentials an Klemme 32 über zwei in Reihe liegende Widerstände 33 und 34 verbunden. Der Veirbindungspunkt 35 dieser beiden Widerstände und 34 ist über einen normalerweise geöffneten Schalter 36 mit Erde verbunden. Das Schirmgitter 37 der Gasentladungsröhre 27 liegt wie die Kathode an Erde. Wie oben beschrieben, wird in dem Kristall 10 durch die an seine Elektroden 11 und 12 gelegte elektrische Spannung zunächst eine mechanische Spannung erzeugt. Die Gasentladungsröhre 27 ist anfänglich durch das am Steuergitter 31 liegende negative Potential der Quelle 32 gesperrt. Wenn jedoch der Schalter 36 geschlossen wird, so wird das Gitter 31 über den Widerstand 33 auf Erdpotential gebracht, die Röhre 27 wird leitend und nimmt die Spannung vom Kristall 10 weg. Die weitere Wirkungsweise ist die gleiche wie im Stromkreis der Fig. 1, ausgenommen, daß die Röhre 27 aufhört zu leiten, wenn der Spannungsabfall über dem hohen Widerstand 15 die Anodenspannung unter die Brennspannung abfallen läßt.11 and 12. The lower electrode 11 is connected to earth and the upper electrode 12 via the line 13 to a Potential source 14 connected via a current limiting resistor 15. The electrode 12 is also Connected to a receiving amplifier via a coupling capacitor 16, as in Fig. I. In contrast, the switch 17 of FIG. 1 is in the embodiment 5 replaced by a controlled gas discharge tube 21, the anode 28 of which with the upper Electrode 12 of crystal 10 and the cathode 30 of which is connected to earth. The control grid 31 of the gas discharge tube is connected to a source (not shown) of negative potential at terminal 32 via two resistors 33 and 34 connected in series. The connection point 35 of these two resistors and 34 is connected to ground through a normally open switch 36. The screen grid 37 of the gas discharge tube 27, like the cathode, is connected to earth. As described above, in the crystal 10 the electrical voltage applied to its electrodes 11 and 12 initially creates a mechanical voltage generated. The gas discharge tube 27 is initially due to the negative potential on the control grid 31 the source 32 blocked. However, when the switch 36 is closed, the grille 31 is over the Resistor 33 brought to earth potential, tube 27 becomes conductive and takes the voltage from the crystal 10 away. The further operation is the same as in the circuit of FIG. 1, except that the Tube 27 stops conducting when the voltage drop across the high resistance 15 increases the anode voltage drops below the operating voltage.

Die Schalter 17 in Fig. 1 und 36 in Fig. 5 sind vorzugsweise als Augenblicksschalter, die nur für eine sehr kurze Zeit geschlossen sind, ausgebildet.The switches 17 in Fig. 1 and 36 in Fig. 5 are preferably used as an instantaneous switch that is only for one are closed for a very short time.

Bei der Anwendung der Erfindung auf magnetostriktive Wandler, bei denen der erzeugte mechanische Spannungszustand von dem die Wicklung durchfließenden Strom abhängt, wird man diesen erst kurz vor der Impulsaussendung auf seinen Höchstwert steigern. Durch einen Unterbrecherschalter wird dann der Strom beim Ausschalten fast augenblicklich zu Null gemacht. Außerdem sind Abänderungen der Schaltung möglich. Insbesondere kann der Widerstand 15 nur so groß gewählt werden, daß die Aufladung des Kristalls 10 schwingungsfrei erfolgt. Er kann aber auch wesentlich größer gemacht werden, um den aus der Stromquelle 14 entnommenen Strom zu begrenzen. Das ist vorteilhaft, wenn Batteriebetrieb vorgesehen ist. In Fig. 5 bewirkt dieser Widerstand 15 weiterhin, daß die Röhre 17 erlischt, nachdem sie den Kristall entladen hat. Dadurch wird zusätzlich erreicht, daß nach Erlöschen der Röhre der Kristall durch die Wiederanlegung des den Kristall spannenden Potentials wirksam gedämpft wird. Ferner ist die Erfindung sinngemäß anwendbar auf elektrostriktive Körper, z. B. Bariumtitanat.When applying the invention to magnetostrictive transducers in which the generated mechanical The voltage state depends on the current flowing through the winding, one becomes this first increase to its maximum value shortly before the pulse is emitted. A breaker switch is used then the current when turned off almost instantly made zero. In addition, changes to the Switching possible. In particular, the resistor 15 can only be chosen so large that the charging of the crystal 10 takes place without vibration. But it can also be made much larger, in order to limit the current drawn from the current source 14. This is beneficial when running on batteries is provided. In Fig. 5, this resistor 15 continues to cause the tube 17 to extinguish after she discharged the crystal. This also ensures that after the tube has gone out, the Crystal is effectively damped by the reapplication of the potential exciting the crystal. Further the invention is applicable mutatis mutandis to electrostrictive bodies, e.g. B. barium titanate.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Erzeugung eines kurzen abklingenden Schwingungszuges für die Echolotung mittels eines sohwingungsfähigen piezoelektrischen oder elektrostriktiven Wandlers, z. B. aus Bariumtitanat, bei dem der Wandler durch stoßfreie Aufladung seiner Kapazität in Schwingungsriehtung oder durch Gleichstromerregung gedehnt oder verkürzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler nach plötzlicher Aufhebung eines mittels einer Gleichspannung erzeugten mechanischen Spannungszustandes durch Kurzschließen des Wandlers oder Unterbrechen des Erregergleichstromes mechanische Schwingungen ausführt.1. Method for generating a short decaying vibration train for echo sounding by means of a piezoelectric or electrostrictive transducer capable of oscillation, e.g. B. made of barium titanate, in which the transducer by bumpless charging of its capacity in oscillation direction or is stretched or shortened by direct current excitation, characterized in that the converter after the sudden release of a mechanical stress state generated by means of a direct voltage Performs mechanical vibrations by short-circuiting the converter or interrupting the DC excitation current. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektroakustischer Wandler, vorzugsweise ein piezoelektrischer Wandler mit Eigenkapazität, mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist, durch die der Wandler in einen mechanischen Spannungszustand gebracht wird, und daß Mittel zur Entladung der Wandlerkapazität und zur Aufhebung des mechanischen Zwanges vorgesehen sind, die den Wandler zur Entspannung freigeben.2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that a electroacoustic transducer, preferably a piezoelectric transducer with self-capacitance, with an electrical energy source is connected, through which the converter in a mechanical Voltage state is brought, and that means for discharging the converter capacitance and for cancellation the mechanical constraint are provided, which release the converter for relaxation. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des Wandlers durch eine parallel zum Wandler liegende gittergesteuerte Entladungsstrecke, vorzugsweise Gasentladungsstrecke, bewirkt wird, deren Gitter an einer Spannungsquelle negativen Potentials und einem normalerweise offenen Erdungsschalter liiegt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the relaxation of the converter by a grid-controlled discharge path parallel to the converter, preferably a gas discharge path, is effected whose grid lies on a voltage source of negative potential and a normally open earthing switch. 4. Vorrichtung nach. Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler mit der elektrischen Energie- bzw. Spannungsquelle über einen verhältnismäßig hochohmigen Widerstand verbunden ist.4. Device according to. Claim 2 or 3, characterized in that the converter with the electrical Energy or voltage source connected via a relatively high resistance is. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Wandler in Reihe liegende Widerstand so groß ist, daß er Schwin-5. Apparatus according to claim 4, characterized in that with the transducer in series resistance is so great that it gungen des elektrischen, den Wandler enthaltenden Stromkreises verhindert.prevents the electrical circuit containing the converter. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung Sch 6653 IXb/42s (bekanntgemaoht am 10. 1. 1952);
USA.-Patentschrift Nr. 2 398701.Considered publications: German patent application Sch 6653 IXb / 42s (announced on January 10, 1952);
U.S. Patent No. 2,398,701. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings