DE1055407B - Richtempfaenger fuer Wasserschall - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Wasserschalletnpfänger für den gerichteten Empfang von Frequenzen von 20 Hz und weniger.

Es ist seit langem bekannt, daß Schiffe in Wasser Schallwellen sehr niedriger Frequenz, die etwa an der unteren Hörgrenze liegen, erzeugen, und es ist vorgeschlagen, diese zur Entdeckung von Unterseebooten auszunutzen (deutsche Patentschrift 350 616, österreichisches Patent 88 089).

Für die Anzeige niederfrequenter Schwingungen von z. B. 15 bis 30 Hz eines Körpers ist es bekannt, mit diesem einen schwingungsfähigen mechanischelektrischen Wandler zu verbinden. Die Verbindung kann einstellbar sein, die Schwingungsrichtung des Wandlers in Übereinstimmung mit den aufzunehmenden Schwingungen zu bringen. Zur Aufnahme von durch Wasser übertragenen Schwingungssignalen niedriger Frequenz soll ein an das Wasser angrenzende Wand (Platte) dienen. Unter der Wirkung des Schalldrucks führt eine solche Platte Biegungsschwingungen aus. Da für eine Frequenz von 20 Hz die Wellenlänge in Wasser 75 m ist und eine schwingende Platte, deren Abmessungen wesentlich kleiner als eine Wellenlänge sind, keine nennenswerte Richtwirkung aufweist, ist ohne weiteres klar, daß z. B. normale Schifrsplatten, in dieser Weise verwendet, keine Richtempfangseigenschaftenhaben (vgl. deutsches Patent 202 457).

Für die Aufnahme von durch Wasserschall angeregten Schwingungen einer einseitig an Wasser grenzenden Wand (Schiffshaut) ist es bekannt, eine Masse über federnde Zwischenglieder so mit der Bordwand zu verbinden, daß eine Relativbewegung nur für Schwingungen der Wand, die senkrecht zu deren Fläche erfolgen, eintritt, nicht aber für zur Wandfläcbe parallele Schwingungen. Hierdurch werden unerwünschte Störschwingungen ausgeschieden. Durch eine solche Anordnung erhält der schwingende Teil der Bordwand jedoch keine Richteigenschaften bezüglich des von ihm aufgenommenen Wasserschalls. Für diesen hängt die Richtwirkung der Bordwand allein von den Abmessungen des schwingenden Teils ab, die bei niedrigen Frequenzen normalerweise klein zur Wellenlänge sind, so daß, wie schon festgestellt, keine Richtwirkung vorhanden ist (deutsches Patent 298 918).

Für die selektive Übertragung der durch Wasserschall angeregten Schwingungen einer Bordwand ist es bekannt, an der Bordwand eine Masse elastisch anzukoppeln und an dieser Masse eine zweite Masse elastisch anzukoppeln (deutsches Patent 297 999).

Für die Anzeige von Explosionswellen in Wasser werden in wasserdichte Gehäuse eingeschlossene Seismometer verwendet. Es ist jedoch keine Anwei-Richtempfänger für Wasserschall

Anmelder:

Dr. Gerd Gerloff,
Flintbek (Holst.), Lassenweg 1

Dr. Gerd Gerloff, Flintbek (Holst.),
ist als Erfinder genannt worden

sung gegeben, diese Gehäuse in sich starr auszubilden und Seismometer zu verwenden, die nur in einer Richtung schwingungsfähig sein sollen. Ein Gehäuse, dessen Wandungen durch den Druck von Explosionswellen deformiert werden, überträgt dadurch die Schwingung der Explosionswellen auf das Seismometer, unabhängig von der Fortflanzungsrichtung der Wellen, so daß ein solcher Empfänger keine ausgesprochenen Richteigenschäften haben kann (USA.-Patent 2 241428).

Die Erfindung befaßt sich mit einem Wasserschallempfänger zur Feststellung von etwa senkrecht darüber oder darunter befindlichen Schallquellen durch bevorzugten Empfang der aus der Vertikalrichtung einfallenden tiefen Frequenzen von etwa 20 Hz und weniger mittels eines in der Vertikalrichtung empfmdlichen Resonanzempfängers. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger in einem in sich starren Gehäuse angeordnet ist, dessen Abmessungen so klein zur Schallwellenlänge sind, daß es von den Schallwellen als Ganzes in Schwingungen versetzt wird.

Wie schon festgestellt, ist ein richtungsempfindlicher Druckempfänger für Wasserschall von 20 Hz und weniger wegen der dabei erforderlichen großen Membranabmessungen praktisch nicht ausführbar.

Der Empfänger nach der Erfindung ist daher als Bewegungsempfänger ausgebildet. Das in sich starre Gehäuse, dessen mittleres Raumgewicht größenordnungsmäßig mit dem des Wassers übereinstimmt, führt im wesentlichen die gleiche Schwingungsbewegung wie das umgebende Wasser aus, während eine Mebran, die klein ist zur Wellenlänge, wie ein Kugelempfänger richtungsunempfindlich wirkt. Insbesondere liegt beim starren Gehäuse eine genaue Übereinstimmung bezüglich der Schwingungsrichtung vor.

■ · 809 790W.

Claims (2)

Voraussetzung ist dabei, daß die Wellenlänge groß ist gegen das im übrigen beliebig große Gehäuse, eine Bedingung, die praktisch bei den genannten tiefen Frequenzen erfüllt ist. Anders als bei einem Biegungsschwingungen ausführenden Schwingungsaufnehmer (einseitig an Wasser grenzende Platte) haben die auf den nur in einer Richtung schwingungsfähigen Schwingungsmesser übertragenen Schwingungen die gleiche Richtung wie im Wasser, wirken also jeweils mit der in die Schwingungsrichtung der Schwingungsmesser fallenden Komponente. Wenn diese Schwingungsrichtung vertikal ist, spricht der Empfänger am stärksten auf Schallwellen mit vertikaler Fortpflanzungsrichtung an. Da Schallwellen entgegengesetzter Fortpflanzungsrichtung in gleicher Weise auf den Empfänger wirken, ist die Richtwirkung an sich zweideutig. Für eine in größerer Tiefe befindliche Schallquelle erhält man jedoch einen eindeutigen Richtempfang, wenn ^der Empfänger sich an der Wasseroberfläche befindet, und entsprechend für eine an der Wasseroberfläche befindliche Schallquelle, wenn der Empfänger sich im Wasser darunter befindet. Mit Rücksicht auf die Empfindlichkeit wird man im allgemeinen einen auf die Bewegung oder die Geschwindigkeit ansprechenden Schwingungsmesser verwenden, es kann jedoch auch ein auf die Beschleunigung ansprechender Schwingungsmesser vorgesehen sein. Die Schwingungsbewegung der federnd aufgehängten Masse kann z. B. elektrodynamisch in eine Wechselspannung umgewandelt werden. Durch Resonanz der federnd aufgehängten Masse, die entsprechend gewählt werden kann, wird eine gewünschte Schwingungsfrequenz bevorzugt aufgenommen. Die Selektivität kann in an sich bekannter Weise durch ein zwei federnd gekoppelte Massen mit gleicher Resonanzfrequenz enthaltendes mechanisches Bandfilter gesteigert werden. Der Empfänger ist bei Anordnung in einer gewissen Wassertiefe besonders geeignet zur Feststellung der Annäherung eines Oberflächenschiffes. Für Frequenzen von 20 Hz und weniger ist in einer gewissen Tiefe unter der Wasseroberfläche der natürliche Störpegel außerordentlich niedrig. Bei Anordnung des Empfängers am Meeresgrund in flachem Wasser, wo die Tiefe kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Schalls ist, wird der durch die Richtwirkung bedingte Ansprechbereich des Empfängers bei Annäherung eines Schiffes noch weiter eingeschränkt durch die unter diesen Umständen sehr große Ausbreitungsdämpfung der niederfrequenten Schwingungen, wodurch der Empfänger nach der Erfindung sich ausgezeichnet zur Auslösung des Zünders einer Grundmine eignet. Mit einer solchen Auslösung versehene Grundminen sind akustisch schwer zu räumen, da die Erzeugung niederfrequenter Schallwellen gleicher Stärke, wie sie von einem fahrenden Schiff erzeugt werden, eine Schallwelle von vergleichbarer Ausdehnung und großer Leistung erfordert, deren Reichweite trotzdem wegen des schon erwähnten sogenannten Flachtankeffektes gering ist. Patentansprüche:

1. Wasserschallempfänger zur Feststellung von senkrecht darüber oder darunter befindlichen Schallquellen durch bevorzugten Empfang der aus der Vertikalrichtung einfallenden tiefen Frequenzen von etwa 20 Hz und weniger mittels eines in der Vertikalrichtung empfindlichen Resonanzempfängers, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger in einem in sich starren Gehäuse angeordnet ist, dessen Abmessungen so klein zur Schallwellenlänge sind, daß es von den Schallwellen als Ganzes in Schwingungen versetzt wird.

2. Wasserschallempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsmesser mit zwei gekoppelten, federnd aufgehängten Massen mit übereinstimmender Eigenfrequenz zur Erzielung eines bandfilterartigen Ansprechverhaltens versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 71 443, 202 457,

215 497, 297 999, 298 918, 350 616, 556 194, 892 516, 939 406;

österreichische Patentschrift Nr. 88 089;

USA.-Patentschriften Nr. 1411948, 1293 744,

2 241 428, 2 449 085, 2 544 819, 2 570 707.

O 8Di 790/202 4.59