DE1033555B - Schaltung eines Verstaerkers zur erkennbar verschiedenen Aufzeichnung von zwei Arten von Echosignalen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand des Hauptpatentes ist unter anderem eine Verstärkerschaltung für Echolote zur Verstärkung der durch empfangene Echos erzeugten Eingangsspannungen zwecks Aufzeichnung der Echos auf elektrisch empfindlichem Papier mit der Eigenschaft, daß für Eingangsspannungen eines mehr oder minder großen Spannungsbereiches, dessen obere Grenze einem wählbaren, kritischen Wert der Eingangsspannung entspricht, die Ausgangsspannung fast unverändert bleibt oder wesentlich langsamer als proportional zunimmt, so daß Aufzeichnungen einer gewissen, nahezu gleichbleibenden Stärke erzeugt werden und daß für Eingangsspannungen, die den kritischen Wert überschreiten, Ausgangsspannungen abgegeben werden, die eine Aufzeichnung erkennbar verschiedener Stärke erzeugen, bei der zwei regelbare Verstärker vorgesehen sind, deren Eingängen Echoempfangsspannungen zugeführt werden und deren Ausgänge gemeinsam auf eine Schreibeinrichtung arbeiten, wobei ein Verstärker so beschaffen ist, daß die Ausgangsstufe schon bei einer verhältnismäßig kleinen, unter dem kritischen Wert liegenden Eingangsspannung nahezu ausgesteuert ist und dabei Aufzeichnungen von nur geringer Stärke erzeugt, die mit zunehmender Eingangsspannung nur wenig zunimmt, während der zweite Verstärker eine Ausgangsstufe mit zur Erzielung von Aufzeichnungen größtmöglicher Stärke ausreichender Leistung aufweist und seine Verstärkung so gewählt ist, daß er nur für den kritischen Wert übersteigende Eingangsspannungen zur Verstärkung der vom ersten Verstärker erzeugten Aufzeichnungen beiträgt, und zwar bis zur Erreichung der größtmöglichen Stärke der Aufzeichnung in zunehmendem Maße mit zunehmender Eingangsspannung.

Eine solche Verstärkeranordnung wird nach dem Hauptpatent benutzt, um mit dem gleichen Schallempfänger empfangene Echosignale, je nachdem ob ihre Empfangsspannung oberhalb oder unterhalb eines kritischen Wertes liegt, in weiten Grenzen, unabhängig vom Verhältnis der Eingangsspannungen und ihrer absoluten Größe, in zwei erkennbar verschiedenen, im wesentlichen gleichbleibenden Stärken aufzuzeichnen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit der Verstärkeranordnung nach dem Hauptpatent auch Echosignale verschiedener Herkunft, die sich z. B. dadurch unterscheiden, daß sie aus verschiedenen Richtungen empfangen werden, in verschiedenen Zeitintervallen eintreffen oder verschiedene Frequenz haben, mit erkennbar verschiedener Stärke auf einen gemeinsamen Schreibstreifen aufgezeichnet werden können, wenn sie den Eingängen der beiden Verstärker zugeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird den Eingängen der bei-Schaltung eines Verstärkers

zur erkennbar verschiedenen Aufzeichnung von zwei Arten von Echosignalen

Zusatz zum Patent 1 013 548

Anmelder:

Atlas -Werke Aktiengesellschaft,
Bremen, Stephanikirchenweide 1/19

Dr. Hans Kietz, Bremen,
ist als Erfinder genannt worden

den Verstärker der Verstärkeranordnung nach dem Hauptpatent getrennt je eine von zwei Echokarten zugeführt, die mittels zweier eine verschiedene Richtkennlinie auf weisender Empfänger empfangen werden, wobei der Verstärkungsgrad beider Verstärker so gewählt ist, daß für die schwächsten aufzuzeichnenden Echosignale jeder Art jeder der beiden eine unterschiedliche Begrenzung des Schreibstromes aufweisenden Verstärker bis zur Sättigungsgrenze des Schreibstromes ausgesteuert ist.

Die Aufzeichnung kann mit nur einem Schreibgriffel oder auch mit verschiedenen Schreibgriffeln für die verschiedenen Echos erfolgen. Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die durch Aufzeichnung der Echos entstehenden Abstandskurven dicht beieinander liegen. In diesem Falle tritt für das Auge leicht eine Verschmelzung der Kurven ein, da die Echoaufzeichnungen stets eine gewisse Breite haben. In weiterer Ausführung des Erfindungsgedankens wird daher die Schreibstärke der zuerst eintreffenden Echoart geringer gewählt als die der später eintreffenden. Auch wenn sich dann die bandförmigen Echoabstandskurven teilweise überlappen, ist der Echoeinsatz, der für die Abstandsmessung maßgebend ist, immer klar zu erkennen.

Die Erfindung werde erläutert an dem Beispiel Echolotschreibers, der auf einem gemeinsamen Schreibstreifen gleichzeitig zwei verschiedene Echoabstände aufzeichnet, nämlich den Abstand des Meeresbodens, der zur Horizontalen geneigt sein möge, in Richtung senkrecht nach unten mit dem lotenden Schiff als Ausgangspunkt, im folgenden als s_v bezeichnet, und den kürzesten Abstand des Meeresbodens vom Schiff, wie

809 559/81

er durch die Senkrechte zum Boden gegeben ist, mit s_m bezeichnet. Der Abstand der beiden Echokurven gibt ein anschauliches Maß für die Neigung des Meeresbodens. Deren Kenntnis ist von Nutzen für das Fischen mit dem Grundschleppnetz, da beim Abfischen von Abhängen des Meeresbodens besonders gute Fangergebnisse erzielt werden. Da das Schiff hierbei möglichst parallel zum Hang fährt, gibt der Verlauf der einfachen Tiefenkurve keinen Anhalt für die Neigung des Abhanges.

Die Messung der beiden verschiedenen Abstände erfolgt, indem in beiden Fällen Lotimpulse mit verschiedenen Richtcharakteristiken ausgesandt und empfangen werden. Die Aussendung kann gleichzeitig oder

nutzt, wobei die Empfindlichkeitsverteilung durch entsprechende Windungszahlen auf den einzelnen Elementen den Kurven Abb. 1 b und 1 c angepaßt ist. Die Gesamtempfangsspannung jeder Gruppe wird für sich 5 einem von zwei Verstärkern 15 und 16 (Abb. 3) zugeführt.

Abb. 2 zeigt in 4 und 5 die Richtcharakteristiken der Gruppen G₁ und G₂. Die Nebenmaxima sind nicht gezeichnet, da ihre Größe durch die Anregungveirtefro lung nach Abb. 1 b und 1 c stark herabgesetzt ist. Die ausgestrahlte Energie ist bei G₂ kleiner gehalten als bei G₁, um die Trennung der beiden Echos beim Empfang mit G₁ zu erleichtern und den größeren Reftektionsverlust der schräg auf den Meeresboden auftrefabwechselnd erfolgen. Die zur Ermittlung des Ab- 15 fenden Schallwellen auszugleichen. Kurve 6 zeigt die Standes s_v anzuwendende Richtcharakteristik, deren Verteilung der von beiden Sendergruppen gemeinsam Hauptstrahlrichtung senkrecht nach unten weist, soll erzeugten Schallamplitude.

möglichst enge Bündelung aufweisen. Die zur Mes- In Abb. 3 nicht dargestellt ist das eigentliche Lot-;

sung von s_m benutzte Richtcharakteristik dagegen soll gerät, bestehend aus einer Einrichtung, um einen_li;i einen ziemlich breiten Richtkegel haben, entsprechend 20 Schreibgriffel 7 periodisch und mit gleichmäßiger Geder zu erwartenden Neigung des Meeresbodens. Die schwindigkeit quer über einen Schreibstreifen 8 zu be-Hauptstrahlrichtung braucht nicht notwendig mit der wegen und synchron damit einen Wechselstromerzeuder anderen Richtcharakteristik übereinzustimmen. Es ger 9 für 40 kHz über eine Tastleitung 25 zur kurzkann auch vorgesehen sein, der zweiten Richtcharak- zeitigen Anregung des Senders einzuschalten. 10 und teristik einen Richtkegel mit einem Querschnitt in 25 11 sind Antriebselemente der Strahlfläche, von denen Form einer schmalen, quer zur Schiffsachse liegenden nur einige dargestellt sind. Die Gruppe G₁ umfaßt die Ellipse zu geben, um so nur die Neigung des Meeres- Elemente 10 und 11, G₂ nur die Elemente 11. Die von bodens in Richtung quer zum Schiff zu messen. Die dem anregenden Strom durchflossenen Windungen 12 Aussendung von Schallimpulsen kann auch mit nur sind so bemessen, daß die Anregung jedes Elementes einer Richtcharakteristik mit weit geöffnetem Rieht- 3° der Summe der beiden Kurven Abb. Ib und Ic ent¹ kegel erfolgen. Das aus Richtung senkrecht zum spricht und sich die Richtcharakteristik 6 ergibt. Für Meeresboden zurückkehrende Echo wird mit der den Empfang mit der großen bzw. kleinen Gruppe mit gleichen Richtcharakteristik empfangen, während das den Richtcharakteristiken 4 bzw. 5 sind Wicklungen von der Stelle des Meeresbodens senkrecht unter dem 13 und 14 vorgesehen, die entsprechend den Kurven Schiff zurückkehrende Echo durch einen sehr scharf 35 Abb. 1 b und 1 c gestuft sind. Die durch ein Echo aussenkrecht nach unten gerichteten Empfänger aufge- gelösten Empfangsspannungen der beiden Gruppen nommen wird. Insbesondere bei gleichzeitiger Aus- werden zwei Verstärkern 15 und 16 zugeführt. Die sendung der Lotimpulse für die beiden Richtungen von diesen gelieferten Schreibströme werden in Parempfiehlt sich jedoch, zur Messung von s_v den Impuls allelschaltung über eine Gleitschiene 17 dem Schreibin einem kleinen Kegel mit verstärkter Intensität aus- 4° griffel 7 zugeleitet und erzeugen beim Durchfließen zustrahlen. des auf einer leitenden Platte 18 liegenden elektrisch

Die Ausführung der Strahler und Verstärker im empfindlichen Papiers 8 Aufzeichnungen.

einzelnen werde an Hand der Abbildungen beschrie- Die Verstärker 15 und 16 sind im wesentlichen

ben. Es zeigt gleichartig aufgebaut, unterscheiden sich jedoch hin-

Abb. 1 a eine Ansicht der die Impulse abstrahlen- 45 sichtlich der durch Regler eingestellten Empfindlich-

den und empfangenden Strahlerfläche, keit und der Begrenzung des Ausgangsstromes. Der

Abb. 1 b und 1 c Amplitudenverteilungen für die gesamte Strahlerfläche und eine Teilfläche,

Abb. 2 Richtcharakteristiken der Strahlerflächen,
Abb. 3 eine Teilschaltung des Lotgerätes,
Abb. 4a und 4b mit dem Verfahren nach der Erfindung erhaltene Aufzeichnungen,

Abb. 5 eine Teilschaltung der Verstärker.
Der zur Aussendung und zum Empfang von Schallimpulsen einer Frequenz von etwa 40 kHz dienende 55 wesentlich kleinerer Amplitude auftreten als die dem Strahler weist nach Abb. 1 a eine waagerecht ange- Abstand s_v entsprechenden, Aufzeichnungen liefert, ordnete verhältnismäßig dünne kreisrunde Membran 1 Bei Verstärker 15 ist der Sättigungswert des Schreibvon etwa 1 Meter Durchmesser auf, die einseitig an stromes so gewählt, daß tiefschwarze Aufzeichnungen das umgebende Wasser grenzt und auf deren Rück- erzeugt werden, bei Verstärker 16 zu etwa einem Dritseite eine große Zahl gleichmäßig verteilter magneto- 60 tel dieses Stromes, so daß die Aufzeichnung in einem striktiver Antriebselemente angeordnet ist, die durch helleren Grauton erfolgt.

kleine Kreise 3 angedeutet sind. Bei der Bemessung Abb. 4 a zeigt eine bei Fahrt etwa parallel zu einem

und Zusammenschaltung der Wicklung der Elemente Abhang erhaltene Tiefenkurve, Abb. 4 b eine bei ist unterschieden zwischen der Gesamtheit der Elemente Kreuzen eines Hanges erhaltene. Die Vorderkante α in dem Kreise 1, als G₁ bezeichnet, und den innerhalb 65 der grauen Registrierung entspricht dem Abstande s_m,

die Vorderkante der schwarzen Kurve b dem Abstande

Verstärkungsgrad wird in beiden Fällen so eingestellt, daß die schwächsten zu empfangenden Signale bereits ausreichen, die Verstärker bis zur Sättigung 50 auszusteuern. Dabei ist für Verstärker 15 eine überflüssig große Verstärkung zu vermeiden, damit er nicht schon für die dem kleineren Abstand s_m entsprechenden Echos, die infolge der Richtwirkung beim Senden und Empfang am Eingang dieses Verstärkers mit

des kleineren Kreises 2 befindlichen, mit G₂ bezeichnet. Die Anregungsstärke der Gruppe G₁ hat eine Verteilung nach Abb. Ib, während Gruppe G₂ eine zusätzliche Anregung entsprechend Abb. 1 c erfährt. Die-

s_v. Aus dem Abstande beider ist die Neigung des Meeresbodens zu entnehmen. Diese ist hier so gering, daß bei gleich kräftiger Aufzeichnung der beiden Kur-

selben Gruppen werden auch für den Echoempfang be- 7° ven eine Unterscheidung nicht möglich wäre.

Die Art der Begrenzung der Schreibströme werde beispielsweise an Hand der Abb. 5 erläutert, in der die Ausgangsstufe der Verstärker gezeigt ist. Die verstärkten Echosignale, deren ursprüngliche Frequenz von 40 kHz durch Überlagerung zweckmäßig auf 9 kHz herabgesetzt ist, werden über einen Kondensator 20 und Widerstand 21 dem Steuergitter einer Ausgangsröhre 19 zugeführt. Der bei voller Aussteuerung am Ausgange 24 erhaltene Schreibstrom hängt ab von der mit Widerstand 22 einstellbaren Schirmgitterspannung sowie dem im Schreibkreise liegenden Widerstand 23. Die Ausgangsröhre 19 ist so gewählt, daß sie im Verstärker 15 bei Fortlassung der Widerstände 22, 23 den für eine tiefschwarze Aufzeichnung erforderlichen Schreibstrom liefert. Im Verstärker 16 ist der von Röhre 19 gelieferte Schreibstrom durch Verkleinerung der Schirmgitterspannung mittels Widerstand 22 und/oder einen Reihenwiderstand 23 von etwa 5OkQ im Schreibkreise herabgesetzt. In jedem Falle erfolgen alle Echoaufzeichnungen unabhängig von der Amplitude der Echos mit gleichbleibendem Schwärzungsgrad mit Ausnahme eines kleinen Übergangsbereiches für die etwas unterhalb der zur Aussteuerung der Endröhre erforderlichen Amplitude liegenden Echostärken.

Das gleiche Ergebnis kann auch durch Begrenzung der Verstärkung der Echos in einer der der Ausgangsstufe vorangehenden Stufen in bekannter Weise erzielt werden. Auch kann das erwähnte Übergangsgebiet durch eine Begrenzungsschaltung, die Echoamplituden unter einer gewissen Größe unterdrückt, verkleinert werden. Es können auch mehr als zwei Verstärker von der in der Verstärkeranordnung nach dem Hauptpatent verwendeten Art benutzt werden.

Das Verfahren zur Erzeugung zweier oder mehrerer Aufzeichnungen auf dem gleichen Schreibstreifen in einem für jede Aufzeichnung kennzeichnenden Grauton ist nicht auf die Anwendung bei Echoloten beschränkt, sondern kann überall dort angewandt werden, wo Signale verschiedenen Ursprungs und wechselnder Stärke in gut unterscheidbaren Grautönen aufgezeichnet werden sollen.

Claims (3)

Patentansprüche: 45

1. Schaltung eines Verstärkers zur erkennbar verschiedenen Aufzeichnung von zwei Arten von Echosignalen unter Verwendung einer Ausführungsform einer Verstärkeranordnung für Echolote zur Verstärkung der durch empfangene Echos erzeugten Eingangsspannungen zwecks Aufzeichnung der Echos auf elektrisch empfindlichem Papier mit der Eigenschaft, daß für Eingangsspannungen eines mehr oder minder großen Spannungsbereiches, dessen obere Grenze einem wählbaren, kritischen Wert der Eingangsspannung entspricht, die Ausgangsspannung fast unverändert bleibt oder wesentlich langsamer als proportional zunimmt, so daß Aufzeichnungen einer gewissen, nahezu gleichbleibenden Stärke erzeugt werden und daß für Eingangsspannungen, die den kritischen Wert überschreiten, Ausgangsspannungen abgegeben werden, die eine Aufzeichnung erkennbar verschiedener Stärke erzeugen, bei der zwei regelbare Verstärker vorgesehen sind, deren Eingängen Echoempfangsspannungen zugeführt werden und deren Ausgänge gemeinsam auf eine Schreibeinrichtung arbeiten, wobei ein Verstärker so beschaffen ist, daß die Ausgangsstufe schon bei einer verhältnismäßig kleinen, unter dem kritischen Wert liegenden Eingangsspannung nahezu ausgesteuert ist und dabei Aufzeichnungen von nur geringer Stärke erzeugt, die mit zunehmender Eingangsspannung nur wenig zunimmt, während der zweite Verstärker eine Ausgangsstufe mit zur Erzielung von Auf zeichnungen größtmöglicher Stärke ausreichender Leistung aufweist und seine Verstärkung so gewählt ist, daß er nur für den kritischen Wert übersteigende Eingangsspannungen zur Verstärkung der vom ersten Verstärker erzeugten Aufzeichnungen beiträgt, und zwar bis zur Erreichung der größtmöglichen Stärke der Aufzeichnung in zunehmenden Maße mit zunehmender Eingangsspannung, nach Patent 1 013 548, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der beiden Verstärker getrennt je eine von zwei Echoarten zugeführt wird, die mittels zweier eine verschiedene Richtkennlinie aufweisender Empfänger empfangen werden, wobei der Verstärkungsgrad der beiden Verstärker so gewählt ist, daß für die schwächsten aufzuzeichnenden Echosignale jeder Art jeder der beiden eine unterschiedliche Begrenzung des Schreibstromes aufweisenden Verstärker bis zur Sättigungsgrenze des Schreibstromes ausgesteuert ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1 zur Aufzeichnung von zwei oder mehr Echoabstandskurven auf einem Schreibstreifen, insbesondere bei teilweiser Überlappung der Kurvenbänder, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die dem kürzeren Abstande entsprechende Kurve in einem helleren Grauton geschrieben wird.

3. Echolotgeräte mit Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Schiff aus mit einem scharf gerichteten Strahler der Abstand des Meeresbodens in Richtung senkrecht nach unten und mit einem einen zumindest in einer Ebene weit geöffneten Richtkegel aufweisenden Strahler der kürzeste Abstand zum Meeresboden gemessen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 559/81 6.