-
Echolotgerät für Unterwasserschall Die Erfindung bezieht sich auf
Echolotgeräte, bei denen Wandler zur Aussendung eines pulsierenden Strahles von
Druckwellenenergie einzeln von einem elektrisch umgeschalteten Gerät erregt werden
und bei denen dieses Umschaltgerät entsprechend einem Ausgangssignal einer auf eine
räumliche Stellung ansprechenden Vorrichtung betätigt wird, so daß die Richtung
des ausgesendeten Strahles stabilisiert wird.
-
Echolotgeräte des oben beschriebenen Typs, die für Tiefenlotung oder
zur Erkennung von Fischen von einem Fahrzeug aus verwendet werden können, sind schon
früher mit Einrichtungen zur Stabilisierung der Richtung des ausgesendeten Strahles
gegen Rollbewegungen des Fahrzeugs versehen worden. Dabei werden getrennte Wandler
in einem gewissen Abstand voneinander auf der Außenseite des Fahrzeugs angebracht,
so daß die verschiedenen Einheiten bei Erregung ihre Energie von dem Fahrzeug in
verschiedene Richtungen um die Rollachse des Fahrzeugs ausstrahlen. Ein elektrisches
Schaltersystem wird so betrieben, daß stets nur einer der Wandler erregt wird, wobei
die Auswahl des betreffenden Wandlers, welcher erregt wird, entsprechend dem Ausgangssignal
eines Gyroskops erfolgt, welches auf den Rollwinkel des Fahrzeugs anspricht. Das
Schaltersystem ist in letzterer Hinsicht durch das Ausgangssignal des Gyroskops
derart gesteuert, daß es denjenigen Wandler erregt, dessen Stellung in der jeweiligen
Bedingung des Rollwinkels am günstigsten zur Aussendung eines Signals in vertikaler
Richtung von dem Fahrzeug nach unten ist. Da die Anzahl der in Abständen voneinander
angeordneten Wandlerelemente notwendig beschränkt ist, so arbeitet die Stabilisierung
nicht kontinuierlich, sondern stufenweise dementsprechend, wie das Schaltersystem
während der Rollbewegung die Erregung von einem zum nächsten Wandler weiterschaltet.
Es besteht daher der Nachteil, daß die Richtung des Sendestrahls nur teilweise stabilisiert
ist und die Tendenz hat, während einer Rollbewegung des Fahrzeugs um die gewünschte
Vertikalrichtung hin-und herzuschwingen. Diese Erscheinung kann leicht Unsicherheiten
in der Aufzeichnung oder anderweitigen Wiedergabe der von dem Strahl ausgelösten
Echosignale ergeben.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Echolotgerät des angegebenen
Typs zu schaffen, in welchem dieser Nachteil des bekannten Gerätes überwunden ist.
-
Ein Echolotgerät des angegebenen Typs ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandler Einzelelemente eines aus vielen Elementen bestehenden
Wandlerbündels sind und gemeinsam zur Aussendung des Strahles beitragen, daß die
Um-Schaltanordnung dem ganzen Bündel von Wandlerelementen während der Aussendung
eines jeden Energieimpulses Erregungsimpulse zuführt, daß die einzelnen Phasen der
Impulse, mit denen die einzelnen Wandlerelemente von dem Schaltersystem erregt werden,
variabel sind derart, daß die Senderichtung des pulsierenden Energiestrahles variiert
wird, und daß das Schaltersystem die relativen Schaltmomente der erregenden Impulse
entsprechend der Ausgangsspannung des auf die Winkelstellung ansprechenden Gerätes
einregelt. .
-
Die elektrische Änderung der übertragungsrichtung eines von einem
Wandlerbündel ausgesendeten Schallstrahles für sich ist zwar bekannt. Dabei sind
jedoch die Vorteile, die sich bei der Richtungsstabilisierung des Strahles ergeben,
nicht erkannt worden.
-
Die Erfindung wird nun an Hand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Von diesen zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild
eines Echolotgerätes gemäß der Erfindung und F i g. 2 eine perspektivische- Ansicht
eines aus vielen Elementen bestehenden andlerbündels des Echolotgerätes, bei dem
jedoch die Wicklungen der Wandlerelemente bis auf eine zwecks besserer Erkennbarkeit
der Konstruktion weggelassen sind.
-
In F i g. 1 ist 110 das Gerät zur Erzeugung eines vertikalen
Bezugswertes; es kann als gedämpftes Pendel ausgebildet sein. Dieses Gerät 110 erzeugt
eine Spannung V, die dem Sinus des Mastwinkels, d. h. des Winkels entspricht, um
den das Schiff, auf welchem das Gerät angebracht ist, von der Vertikalen abweicht.
Das in F i g. 2 gezeigte Wandlerelement ist an dem Schiff in solcher Weise befestigt,
daß die Wandlerelemente in einer horizontalen Reihe liegen,
wenn
sich das Schiff in der Vertikalen befindet. Also ist die Spannung V proportional
dem Sinus des Neigungswinkels der Reihe. Die Spannung V wird einem aus Widerständen
gebildeten Spannungsteiler 111
zugeführt.
-
Die negativen Pole einer Anzahl von Richtleitern oder Gleichrichtern
112 sind mit den einzelnen Abgriffen längs des Spannungsteilers 111 verbunden.
Ihre positiven Pole sind sämtlich an einen Steuerspannungsgenerator 113 angeschlossen,
der durch einen Sendetrigger 114 ausgelöst wird. Der Sendetrigger kann von üblicher
Konstruktion sein und z. B. aus einer Schaltung bestehen, welche Impulse in festen
Intervallen erzeugt, oder durch einen Satz von Kontakten gebildet werden, die in
Intervallen durch die Wirkung einer Vorrichtung zum Aufzeichnen der Echosignale
geschlossen werden.
-
Wenn der Steuerspannungsgenerator 113 durch den Sendetrigger
114 ausgelöst wird, so erzeugt er eine Spannung, die linear mit der Zeit
anwächst und den positiven Polen der Gleichrichter 112 zugeführt wird. Die an die
negativen Pole der Gleichrichter 112 gelegten Spannungen unterscheiden sich
in Stufen und sind nacheinander ansteigende Bruchteile der Spannung V. Wenn nun
die Steuerspannung anwächst, so erreicht sie die an den anderen Pol jedes Gleichrichters
112 gelegte Spannung der Reihe nach, und die Gleichrichter 112 beginnen daher in
durch die Größe der Spannung V bestimmten zeitlichen Abständen zu leiten. Der Beginn
des Stromes in jedem der Gleichrichter 112 bewirkt die Erregung eines entsprechenden
Wandlerelementes der Reihe, so daß der relative Zeitpunkt eines jeden der von den
Wandlerelementen gesendeten Impulses und damit die Richtung des ausgesendeten Strahles
durch die Größe der Spannung V kontrolliert wird. Wenn der Neigungswinkel der Reihe
Null ist, so ist die Spannung V ebenfalls Null, und die Wandlerelemente werden gleichzeitig
erregt. Wenn der Winkel in einer der beiden Richtungen anwächst, so wächst V ebenfalls,
und die Phase ändert sich derart, daß eine konstante Richtung, des Strahles eingehalten
wird. Die Richtung ist normalerweise senkrecht nach unten, doch ist es leicht einzusehen,
daß sie durch Anlegen einer Vorspannung zusätzlich zu der von der Neigung abhängigen
Spannung V geändert werden kann.
-
Die Verbindung jedes Gleichrichters 112 und des entsprechenden
Abgriffs des Potentiometers 111 ist über einen Koppelkondensator 115 und
einen Verstärker 116 mit einem gesteuerten Siliziumgleichrichter 117 verbunden,
der als Schalter wirkt. Bei Durchgang von Strom durch den Gleichrichter wird die
Steuerspannung an den Koppelkondensator 115 gelegt und ein Impuls dem Gleichrichter
117 über den Verstärker 116 zugeführt, welcher den Schalter öffnet. Die öffnung
des Schalters ermöglicht es einem Kondensator 118, sich durch die Wicklung 119 des
entsprechenden Wandlers zu entladen und einen Impuls von Druckwellenenergie zu erzeugen,
der in die See ausgesendet wird. Die Kondensatoren 118 werden über mit einer
gemeinsamen Hochspannungsquelle verbundene Widerstände 120 aufgeladen.
-
In dem beschriebenen Gerät wurde das vertikale Bezugssystem 110 dazu
benutzt, um die Richtung des Strahles unabhängig von den Bewegungen des Fahrzeugs
und den sich ergebenden wechselnden Neigungen der Reihe von Wandlerelementen zu
machen. Es ist einleuchtend, daß man statt dessen oder zusätzlich die Richtung des
Strahles durch Anlegen einer geeigneten Spannung an das Widerstandspotentiometer
111 ändern und damit die Erregungsphase der Wandlerelemente beeinflussen kann. Beispielsweise
könnte der Strahl mit Hilfe einer periodisch variierenden Spannung periodisch durch
einen bestimmten Winkelbereich geschwenkt werden, so daß dadurch ein größerer Raum
untersucht wird.
-
Weitere Abwandlungen der Erfindung sind möglich. Zum Beispiel können
die Gleichrichter im entgegengesetzten Sinne gepolt sein, und die Steuerspannung
könnte mit der Zeit abnehmen statt zunehmen. Andererseits können die Gleichrichter
durch andere Arten von Vergleichsstufen ersetzt werden, z. B. durch eine Anordnung,
die den zugehörigen Schalter nur dann betätigt, wenn die Summe der Steuerspannung
und des angelegten Bruchteils der Vergleichsspannung einen gegebenen Wert überschreitet,
m. a. W., eine solche, welche die Steuerspannung mit der Differenz zwischen dem
zugeführten Bruchteil der Vergleichsspannung und dem vorgegebenen Wert vergleicht.
-
In der in F i g. 2 gezeigten Wandleranordnung trägt eine Grundplatte
210 an ihren gegenüberliegenden Enden zwei Blöcke 211. In der Mitte zwischen
den Endblöcken 211 wird eine Stange 212 freitragend gehalten.
-
Neun magnetostriktive Wandlergruppen 213 a, welche aus Paketen von
Nickelblechen bestehen, werden an einer Seite des Stabes 212 zwischen ihm und dem
einen Endblock 211 befestigt. Auf der anderen Seite des in der Mittellinie angeordneten
Stabes 212 sind neun identische magnetostriktive Wandlergruppen
213 b zwischen ihm und dem anderen Endblock 211
angebracht. Jedes der
Wandlerelemente 213 a und 213 b besteht aus Blechen, welche Lappen 214 an ihren
Enden aufweisen, die in Vertiefungen 215 in den Endblöcken 211 in Vertiefungen 216
in dem Stab 212 eingreifen. Auf diese Weise sind die Wandlerelemente in der Mitte
ihrer Höhenerstreckung unterstützt.
-
Die Bleche weisen Öffnungen in Form von Schlitzen 217 und
218 auf, die sich durch das Paket von einer Außenfläche zur anderen in einer
im wesentlichen zu dem Stab 212 parallelen Richtung erstrecken. Die Schlitze dienen
dazu, die Erregerwicklungen der Wandler aufzunehmen, wobei die mit den Schlitzen
217 abwechselnden Schlitze 218 leer bleiben. Jeder der Schlitze 217 weist an einem
Ende eine schmale Fortsetzung auf, in welcher ein Magnet 219 zur Erzeugung
einer Vormagnetisierung angebracht ist. Die Schlitze 217 nehmen Spulenwicklungen
220 auf, welche zur Bildung einer Erregerwicklung für das Wandlerelement
in Reihe geschaltet sind.
-
Die abwechselnde Anordnung der Wandlerelemente 213
a und 213 b auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes 212 läßt
Zwischenräume 221 zwischen den Elementen auf einer Seite des Stabes gegenüber den
Elementen auf der anderen Seite desselben frei. Diese Zwischenräume 221 dienen dazu,
die Stirnenden der in den Schlitzen der Wandlerelemente gewickelten Spulen
220 aufzunehmen. Sie dienen ferner zur Aufnahme der Stützwinkel
222, welche den Stab 212 tragen; diese sind in Abständen längs des Stabes
und abwechselnd auf beiden Seiten desselben angebracht.
-
Die aus vielen Elementen bestehende Wandleranordnung kann als Sender
oder als Empfänger benutzt werden. Die Konstruktion ermöglicht eine solche
Aufstellung
der Elemente, daß der Abstand zwischen ihnen eine halbe Wellenlänge der üblicherweise
bei der Echolotung verwendeten Frequenzen nicht überschreitet.