DE584827C - Einrichtung fuer Entfernungsmessung bei Unterwasserschall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Ermittelung einer Entfernung und insbesondere die der Meerestiefe durch Messen der Zeit nach der Echomethode. Es wird dabei eine Zeitmeßvorrichtung verwendet, deren Empfangsstromkreis eine oder mehrere Elektronenröhren enthält. Es ist bei solchen Einrichtungen bereits bekannt, einer dieser Elektronenröhren ein hohes negatives Potential am Gitter zu geben, so daß im Ruhezustand kein Anodenstrom in der genannten Röhre fließt.

Erfiiidungsgemäß ist dieses Gitterpotential nun so hoch negativ gemacht, daß ein Anodenstrom in dieser Röhre nur dann fließt, wenn das auf den Schallempfänger wirkende Signal eine bestimmte Mindeststärke überschreitet.

Der mit der Schallquelle verwendete Stromkreis arbeitet nur bei schnellem Stromwechsel und nur einmal, bis der Ausgangszustand wiederhergestellt ist. Um dies zu erreichen, muß das Dekrement des Signals hoch sein und ähnlich dem des Empfangsstromkreises. Dies wird erreicht durch einen einzigen kräftigen Schlag von bestimmter Stärke. Dieser einzige Schallstoß wirkt als Echo auf den Empfangsstromkreis und ruft einen kurzzeitigen Stromwechsel hervor, welcher den Anzeigemechanismus betätigt.
Es ist nicht nur möglich, Störungsgeräusche oder -signale auszusieben, da nur die besondere Art des Stoßes imstande ist, den Empfangsstromkreis in Tätigkeit zu setzen, sondern es ist auch möglich, genauere Messungen als bisher zu erreichen. Das Signal nach der Erfindung wird beim Empfang auf den einzigen Stoß ansprechen, der endgültig die Empfangszeit des Echos oder empfangenen Signals bestimmt.

Außerdem macht die Vorrichtung nach der Erfindung Hochfrequenzgeneratoren und kornplizierte Schaltbretter für den Betrieb von sogenannten Oszillatoren überflüssig, welche benutzt werden, um in dieser Vorrichtung dauernde, aber kurze Schwingungen hervorzurufen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in erster Linie für Betriebssicherheit, lange Gebrauchsdauer, niedrige Kosten, wenig Reparaturen gebaut und kann auf einem Fahrzeuge angeordnet werden und dauernd, wenn erforderlich, von unerfahrenem Personal betrieben werden und trotzdem gute Resultate ergeben.

Ein Ausführungsbeispiel wird in der Zeichnung geschildert.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Hydrophon oder ein anderer Schallempfänger bezeichnet, der imstande ist, einen Schallempfang aufzunehmen, um schließlich die Anzeigevorrichtung 16 zu betätigen. Mit dem Hydrophon 1 ist die Primärwicklung eines Transformators 3

verbunden; eine Leitung 22 desselben ist direkt mit einer Klemme 20 des Hydrophons 1 verbunden, während die andere Klemme 21 über eine einstellbare Gleichstromquelle 13 in folgender Weise angeschlossen ist: Bei geschlossenem Schalter 17 ist die Batterie 13 über ein Potentiometer 12 .angeschlossen, wobei eine Seite des Potentiometers und die Batterie mit der Klemme 21 des Hydrophons verbunden sind. Der Potentiometerarm 19 ist mit der anderen Klemme 23 des Transformators 3 verbunden. Dieser Arm ist im Nebenschluß mittels eines Kondensators 2 ebenfalls an die Klemme 21 angeschlossen, so daß pulsierende Strom-Schwankungen beim Vorwärts- und Rückwärtsbewegen des Potentiometerarmes 19 nicht entstehen oder am Indikator 16 angezeigt werden. Die Verwendung des Potentiometers in dieser Schaltung gestattet eine sorgfältige Adjustierung des Mikrophonstromes, welche sehr zweckmäßig ist, um den zum Betätigen des Empfangsstromkreises geeigneten Strom zu erhalten.

Die Sekundärwicklung des Transformators 3 hat eine Leitung, welche direkt mit dem Gitter der Vakuumröhre 7 verbunden ist, während die andere verbunden ist mit der Kathode derselben Röhre über die Batterie 4, die ein hohes negatives Potential dem Gitter in bezug auf die Kathode aufdrückt. Die Anode der Röhre 7 besitzt dauernd ein positives Potential gegenüber der Kathode mittels der Batterie 6, deren positive Seite mit der Anode und deren negative Seite mit der Kathode über einen Widerstand 9 und parallel geschalteten Kondensator 10 verbunden ist. Die negative Seite der Batterie 6 ist auch mit dem Gitter der Röhre 8 verbunden, während die Kathoden der beiden Röhren in Reihe mit den Widerständen 14 und 15 mit dem Gleichstromnetz verbunden sind. Das Potential über den Widerstand 14 dient dazu, die Anode der Röhre 8 um diesen Betrag gegenüber dem Gitter positiv zu machen. Der Transformator 11 ist in den Anodenstromkreis der Röhre 8 eingeschaltet und dient für den Strorhkreis als Ausgangstransformator. Die Primärspule dieses Transformators ist durch die Leitung 24 und 25 mit den Kontakten 26 bzw. 27 verbunden und ist während einer bestimmten Umdrehungszeit des Nockens 28 kurzgeschlossen, was der Fall ist zu allen Zeiten mit Ausnahme nach der Abgabe des Signals.

Wenn der Impuls vom Empfänger 1 aufgenommen ist, wird er durch den Transformator 3 übertragen und drückt ein Potential auf das Gitter von Röhre 7. Wenn dieses Potential in der richtigen Richtung ist, das bei dem Stromkreis nach der Erfindung positiv ist, und natürlich auch groß genug ist, das durch die Batterie 4 erzeugte negative Potential zu überwinden, so wird der Anodenstromkreis in der Röhre 7 stärker werden, und infolgedessen wird das Potential des Punktes B unter das Potential des Punktes A sinken. Das Gitter der Röhre 8, das bis zu diesem Augenblick dasselbe Potential wie die Kathode hatte, wird jetzt negativ mit Bezug auf die Kathode, und wenn dieser Wechsel scharf ist und von gewünschter Intensität, so wird es sofort den Anodenstromkreis in der Röhre 8 herunterdrücken. ,

Ein schnelles Unterbrechen oder Verringern des Anodenstromkreises in der Röhre 8 ruft eine starke Spannung über dem Transformator 11 hervor und einen Abfall am Indikator 16, der über die Sekundärwicklung des Transformators 11 angeschlossen ist. Der Indikator 16 ist zweckmäßig eine Neonröhre, welche ein sofortiges Aufglühen ergibt, sobald eine elektrische Entladung über die Elektroden in der Röhre erfolgt.

Nicht jede Signalart wird den Indikator betätigen, weil der verwendete Empfangsstromkreis derart ist, daß das Signal ein steiles Dekrement besitzen muß, um einen genügend schnellen Wechsel zum Induzieren der richtigen Spannung in der kurzen Zeit; wo der Stromwechsel auftritt, zu bewirken. Wenn nicht der Potentialwechsel des Gitters von Röhre 7 schnell ist, so wird im vorliegenden Fall nicht der Wechsel des Anodenstromkreisfe der Röhre 7 schnell erfolgen, und als Ergebnis kann die Ladung des Kondensators 10 abfließen, ehe der Stromwechsel vollständig ist. Die Art des Stromkreises ist derart, daß das Potential am Punkte B zum Punkte A nicht genügend oder nicht genügend schnell abnimmt, um einen Abfall zu erzeugen oder ein hohes Potential über dem Transformator zu erzielen, wenn nicht der Wechsel im Anodenstromkreis der Röhre 7 sehr schnell erfolgt.

Ein bemerkenswertes Merkmal des Stromkreises ist, daß er so bemessen und adjustiert werden kann, daß sein Dekrement dem der Schallsendevorrichtung entspricht und daß Wassergeräusche oder andere Signale kein Anzeigen hervorrufen. Während bei anderen Echolotvorrichtungen viele Störungen vorkommen, sind diese nach der Erfindung praktisch beseitigt, da ein Schall, der nicht dieselbe Schärfe oder dasselbe Dekrement, wie das, für welches der Stromkreis gebaut ist, und nicht die Intensität, für welche er adjustiert ist, besitzt, nicht aufgenommen wird.

Ein weiteres Merkmal nach der Erfindung besteht darin, daß der Empfang des Signals auf einem einzigen Stromwechsel und nicht auf einem Dauerzustand beruht, d. h. der erste ■ Impuls betätigt den Empfangsstromkreis, wenn er überhaupt dazu imstande ist, und wenn er es tut, so kann nicht die zweite Vibration den Stromkreis in Tätigkeit setzen, da Zeit dafür erforderlich ist, den Stromkreis nach der Be- . ·

tätigung wiederherzustellen« Man weiß daher, zwischen welchen Punkten der Skala der Indikator im Verlauf einer einzigen Schwingung anzeigt. Dies ergibt sich aus der Stetigkeit, mit welcher das angezeigte Signal bei praktischen Messungen auf einer bestimmten Stelle der Skala steht, wenn das Schiff in ruhigem Wasser stilliegt.

Der Indikator ist auf einer umlaufenden ίο Scheibe 30 mittels eines Klammerpaares 31 und 32 in einem schmalen Schlitz am Scheibenrande befestigt. Eine der Klammern 32 dient auch als Bürste, um das Signal auf die umlaufende Scheibe zu leiten. Die andere Klammer ist nach der Scheibe geerdet, wie dies in bezug auf den Rahmen des Gehäuses bei 33 in der Zeichnung angedeutet ist. Die Klammer und Bürste 32 liegt auf dem leitenden Ring 34 auf, der feststeht und welcher mit der einen Seite der Sekundärspule des Transformators 11 verbunden ist, während die andere Seite des Transformators am Rahmen des Indikatorgehäuses geerdet ist.

Die Scheibe 30 wird mittels des Motors 35 in Drehung versetzt, und zwar durch ein Schneckengetriebe 36, 37, welches mit der Welle 38, die die Scheibe 30 trägt, fest verbunden ist. Die Welle 38 trägt auch ein Zahnrad 39, das mit dem Zahnrad 40 kämmt. Das Zahnrad 40 trägt eine Welle 41, auf der die Nocken 28 und 43 zum Regeln der Betätigung der Schallsendevorrichtung angebracht sind.

Die Scheibe soll drei Umdrehungen machen auf eine Umdrehung der Nocken 28 und 43. Der Nocken 28 regelt den Indikator und schließt ihn dauernd kurz, außer nachdem die Schallsendevorrichtung das Signal abgegeben hat und bis zu dem Moment, wo die Kontakte 44 und 45 geschlossen werden. Die Scheibe 30 führt also drei Umdrehungen aus, um einen Schallabgabeumlauf zu vollenden. Während der Indikator im wesentlichen zwei Umdrehungen ausführt, ist er unwirksam gemacht, und. während dieser zwei Umdrehungen wird der. Hammer hochgehoben und kann fallen, worauf die Kontakte 26 und 27 sofort geöffnet werden. Die Stellung der Nocken, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, entspricht der Stellung, wenn der Hammer, gerade angeschlagen hat und der Indikator noch nicht wirksam ist. Der Indikator wird wirksam gemacht entsprechend dem Abstand des Tongebers und Empfängers in dem Augenblick, wenn das direkte Signal am Empfänger gerade vorbeigegangen ist. Auf diese Weise ist die Wirkung des direkten Signals völlig ausgeschaltet..

In dem Augenblick, wo die Kontakte 44 und 45 geschlossen sind, wird ein Strom auf den Tongeber mittels der Leitungen 47 und 48 aufgedrückt, wenn der Schalter 17 geschlossen ist. Wenn diese Kontakte wieder geöffnet sind, wird der Hammer 49, der vorher angezogen war, gelöst und schlägt auf die Membran 50 und gibt durch dieses Aufschlagen der Membran 51 einen Stoß; die Membran kann die Außenhaut eines Fahrzeuges sein. Bei der einfachsten Ausgestaltung der Vorrichtung kann der Hammer unmittelbar auf die Schiffswandung aufschlagen.

Der Tongeber 46 besteht bei dem gewählten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer Membran 50, welche in der Mitte einen Ansatz besitzt, 4er sich auf beiden Seiten der Membran erstreckt. Auf der Außenseite ruht er auf der Schiffswand 51, und auf der Innenseite besitzt er eine Fläche gegenüber dem Hammer 49. Dieser schlägt bei seiner Betätigung auf die Membran, um einen Schallstoß auf die Schiffshaut 51 und dadurch auf das Wasser aus- zuüben. Ein starker Schallstoß wird hierdurch erzielt, dessen Echo eine genügend größere Amplitude als die Amplituden der Störungsgeräusche besitzt, so daß das dem Gitter der Röhre 7 aufgedrückte negative Potential groß genug gemacht werden kann, um die Störungsgeräusche von dem Empfangsstromkreis fernzuhalten.

Ein Kondensator 55 ist vorgesehen, um eine Funkenbildung zwischen den Kontakten 44.90 und 45 zu verhindern. Der Läufer des Motors 35 ist an ein Potentiometer 52 angeschlossen, das seinerseits wieder an die Netzleitung 53 angeschlossen ist.

Claims (7)

95 Patentansprüche:

1. Einrichtung für Entfernungsmessung bei Unterwasserschall mittels eines Schlagsenders und eines Empfangsstromkreises mit einer oder mehreren Elektronenröhren, von denen eine ein hohes negatives Potential am Gitter hat, so daß im Ruhezustande kein Anodenstrom in der genannten Röhre fließt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gitterpotential so hoch negativ gemacht ist, daß ein Anodenstrom in dieser Röhre nur dann fließt, wenn das auf den Schallempfänger wirkende Signal eine bestimmte Mindeststärke überschreitet.

2. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagsender während der Zeitdauer einer Messung in bekannter Weise nur einen einzigen Schallstoß mit n₅ steilem Dekrement erzeugt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmindeststärke, auf die eine Elektronenröhre anspricht, höher liegt als die für gewöhnlich auftretenden Störamplituden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3,

dadurch, gekennzeichnet, daß in dem Anodenstromkreis der genannten Verstärkerröhre ein Widerstand mit parallel geschaltetem Kondensator Hegt, die beide derart bemessen sind, daß das Gitter der zweiten Röhre eine bestimmte Zeit nach der Betätigung des Empfangsstromkreises wieder in Betriebsbereitschaft tritt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der ersten Verstärkerröhre mit dem positiven Pol der Anodenbatterie (6) verbunden ist, deren negativer Pol einerseits mit dem Gitter der zweiten Röhre, andererseits über den Widerstand mit Parallelkondensator mit der gemeinsamen Kathodenleitung beider Verstärkerröhrenc verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei solchen Eingangsamplituden, deren Steilheit der des ausgesandten Signalimpulses nicht entspricht, der Potentialwechsel im Gitter- und Anodenkreis der zweiten Röhre so gering ist, daß die im Ausgangstransformator induzierten Spannungen nicht ausreichen, um das Anzeigeglied in Tätigkeit zu setzen.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspannungen beider Röhren sowie die Anodenspannung der letzten Röhre von einer gemeinsamen Stromquelle, an die auch der ' zum Betätigen de'r beweglichen Anzeigevorrichtung vorgesehene Motor angeschlossen ist, geliefert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen