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Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Peilen von Schallquellen
od. dgl.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum selbsttätigen Peilen
von Schallwellen od. dgl., bei denen die Richtkennlinie selbsttätig in regelmäßiger
Folge kontinuierlich oder in hinreichend dichter Stufung über den zu erfassenden
Winkelbereich verstellt wird.
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Bei Verwendung scharfer Richtkennlinien kann man die Lage des Ansprechbereiches
im Schwenkbereich mit entsprechender Genauigkeit ermitteln und zur Anzeige oder
Steuerung ausnutzen. Das Schwenken der Richtkennlinie hat jedoch für manche Zwecke,
insbesondere bei der Geräuschsteuerung von Torpedos, auch dann schon wesentliche
Vorteile, wenn die Lage der anzupeilenden Geräuschquelle nicht genau nach ihrer
Winkelabweichung von der Nullrichtung bestimmt, sondern wenn lediglich festgestellt
werden soll, ob die Geräuschquelle auf der einen oder anderen Seite dieser Nullrichtung
liegt. Insbesondere besteht der Vorteil, daß der erfaßte Winkelbereich durch die
Schwenkbewegung vergrößert, die Anpassungsfähigkeit an Ausweichbewegungen des zu
torpedierenden Schiffes erhöht und das Verhältnis zwischen Nutzgeräusch und Störgeräusch
günstig beeinflußt wird.
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Ferner sind durch die Schwenkbewegung auch die bei den bisherigen,
mit getrennten Empfängern für die verschiedenen Richtungen arbeitenden Peilgeräten
infolge der Forderung der akustischen Übereinstimmung der Empfänger auftretenden
Schwierigkeiten vermieden.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in Ausnutzung der oben
beschriebenen Verhältnisse darin, daß der gesamte Schwenkbereich in vorzugs-
weise
zwei gleich große Teilbereiche unterteilt ist, denen verschiedene Steuerwirkungen
zugeordnet sind, und daß selbsttätig derjenige Teilbereich ermittelt und seine Steuerwirkung
ausgelöst wird, in dem die Empfangsamplitude überwiegt. Bei Verwendung zweier Teilbereiche
ist es vorteilhaft, jedem der Teilbereiche eine Richtkennlinie zuzuordnen und die
beiden Richtkennlinien in entgegengesetztem Sinne symmetrisch über die beiden rechts
bzw. links der Nullrichtung liegenden Teilbereiche zu schwenken, da dann das in
den beiden Teilbereichen auftretende Störgeräusch in bezug auf die durch den Schall
zu betätigende Steuereinrichtung zur Aufhebung gebracht werden kann. Zwei derartige
gegenläufig schwenkbare Richtkennlinien lassen sich mit einer einzigen Empfangseinrichtung,
bestehend aus einer Gruppenanordnung von Schwingern, die in geeigneter Weise mit
elektrischen Verzögerungsleitungen zur Veränderung der Empfangsrichtungen verbunden
sind, erzeugen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. 1 das Schaltbild einer Peileinrichtung für Geräuschquellen zur
Steuerung von Torpedos, Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Wirkungsweise
der Schaltung nach Fig. I.
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Im dargestellten Beispiel sind I, 2, 3, drei Magnetostriktionsschwinger,
die im bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind und mit ihren Strahl- bzw.
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Empfangsfiächen mit einer quer zur Achse des Torpedos angeordneten
ebenen Wand 4 bündig liegen.
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Die Wicklungen 5 der Schwinger sind über Übertrager 6 und Schleifringe7
an Kontaktbürsten 8, 9, 10 und II, I2, I3 geführt. Diese Kontaktbürsten befinden
sich an einem um eine Achse 14 umlaufenden Bürstenhalter und laufen über einem System
von geraden, zueinander parallelen Kontaktstreifen I5 um. Die Kontaktstreifen I5
sind an zwei elektrische Verzögerungsketten I6, I7 angeschlossen, die in bekannter
Weise aus Kondensatoren I8 und Spulen 19 aufgebaut sind. Das eine Ende der beiden
Ketten ist durch je einen Widerstand 20 abgeschlossen, das andere Ende mit je einem
Potentiometer 21, 22 verbunden, das als Eingangspotentiometer zu einem Verstärker
23 bzw. 24 dient.
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Durch die oben dargestellte Einrichtung werden die Empfängerströme
durch die beiden in Reihe geschalteten Ketten geführt. Dabei ist jeder der Empfänger
jedoch an eine andere Stelle der Ketten angeschlossen, so daß die Verzögerungen
der Empfängerströme für die einzelnen Empfänger verschieden groß sind. Es wird dadurch
in bekannter Weise die Hauptempfangsrichtung der Empfängergruppe beeinflußt und
durch das Drehen des Bürstenhalters auf verschiedene Richtungen eingestellt. Die
beiden an den Verzögerungsketten I6 und I7 abgenommenen Spannungen, die den Verstärkern
23 und 24 zugeführt werden, gehören verschiedenen Empfangsrichtungen an, die symmetrisch
zu einer Nullrichtunga liegen (vgl. Fig. 2). Es werden auf diese Weise zwei Richtkennlinien
b und c gebildet, die bei Drehen des Bürstenhalters 25 im entgegengesetzten Sinne
über den durch die Verzögerungsketten vorgegebenen Winkelbereich gegeneinander verstellt
werden. Die Einrichtung ist im dargestellten Beispiel so ausgebildet, daß die Kennlinien
b und c nicht bis zur Nullrichtung a sondern nur so weit gegen die Nullrichtung
hin geschwenkt werden, bis sie gerade aneinander grenzen bzw. sich eben überlappen.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß, wie in Fig. I gezeigt, das Streifensystem
15 im mittleren Schwenkbereich des Bürstenhalters 25 durch sektorförmige Isolierstücke26,
27 unterbrochen ist.
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Die Richtungsbestimmung erfolgt nun in der Weise daß die beiden an
den Ketten abgenommenen, den Kennlinien b und c zugehörigen Empfangsspannungen miteinander
verglichen werden. Hierzu werden die Ausgangsspannungen der Verstärker 23, 24 durch
Übertrager28, 29 auf eine Brückenschaltung 30 gegeben, in deren Nullzweig ein Steuerrelais
R liegt, das gepolt ist und zwei Arbeitsstellungen aufweist.
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Sobald die Differenz der Empfangsspannungen den Ansprechwert des Relais
R überschreitet, wird dieses in die eine oder andere Arbeitsstellung gelegt. Durch
einen Kontakt r 1 des Relais wird dann ein Steuerbordrelais 3I oder Backbordrelais
32 zur Betätigung der Rudereinrichtung des Torpedos erregt. Dadurch wird der Torpedo
zusammen mit der Empfängergruppe I, 2, 3 nach derjenigen Seite umgesteuert, auf
der die Empfangsamplitude überwiegt, d. h. also nach der Seite, auf der die Geräuschquelle
zur Achse des Torpedos bzw. zur Nullrichtung a liegt. Die im Takte der Schwenkbewegung
betätigten Relais 31 und 32 für Backbord und Steuerbord können natürlich zur direkten
Betätigung des Steuers nur verwendet werden, wenn sie mit einer Abfallverzögerung,
die größer ist als eine Schwenkperiode, betätigt werden.
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Im allgemeinen wird man zwischen die Relais 3I, 32 und das Steuer
weitere Kraftverstärkungsglieder einschalten, die dann ebenfalls so ausgebildet
sind, daß eine Integration der einzelnen Steuerimpulse erfolgt.
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Die Schwenkbewegung der Kennlinien b und c erfolgt schnell im Vergleich
zu der Zeit, die erforderlich ist, um den Torpedo in die gewünschte Richtung umzusteuern.
Dadurch wird erreicht, daß die Geräuschrichtungsbestimmung den etwaigen Bewegungen
durch die Umsteuerung und auch Ausweichbewegungen des zu torpedierenden Schiffes
praktisch augenblicklich folgt. Sobald daher die Nullrichtung a mit der Geräuschrichtung
übereinstimmt, wird auch eine Steuerwirkung nach Backbord oder Steuerbord nicht
mehr ausgelöst.
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Das Steuerrelais R wird bei jedesmaligem Hindurchschwenken der Kennlinie
durch die Richtung, in der die Geräuschquelle liegt, kurzzeitig erregt. Die Dauer
des Überschreitens der Ansprechgrenze ist bestimmt durch die Breite der Richtkennlinie,
die Empfindlichkeit der Einrichtung und die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung.
Außerdem hängt sie auch noch in gewissem Maße von der Richtung der Geräuschquelle
ab, da die Breite der Kennlinie von der Nullrichtung a nach den Enden der Schwenkbereiche
hin zunimmt. In Fig. 2 ist dieses Anwachsen der Breite der Richtkennlinien der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Das Steuerrelais spricht somit bei starker Abweichung
der Geräuschrichtung von der Null-
richtung a länger an als bei
geringer Abweichung aus der Nullrichtung. Das kann dazu ausgenutzt werden, um bei
großer Abweichung eine stärkere Steuerwirkung hervorzurufen.
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Es ist ferner noch eine Einrichtung vorgesehen, um den Verstärkungsgrad
der beiden Verstärker 23, 24 bei Zunahme der Empfängeranregung infolge Annäherung
an das Ziel zu verringern. Dies erfolgt einmal dadurch, daß die Größe der Ausgangsamplitude
der Verstärker gemessen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes
den Verstärkungsgrad verringert. Dies erfolgt jedoch nicht in der üblichen Weise
durch Schwundregelung, sondern dadurch, daß die Eingangspotentiometer 2I, 22 bei
Überschreiten einer bestimmten Empfangsamplitude am Ausgang des einen oder anderen
Verstärkers gemeinsam zugedreht werden. Zu diesem Zweck sind die Übertrager 28,
29 mit je einer zweiten Sekundärspule 33, 34 versehen, an die ein Gleichrichter
35 bzw. 36 und ein Kondensator 37 bzw. 38 angeschlossen sind. Die Spannung an den
Kondenstatoren37, 38 entspricht den Ausgangsspannungen der Verstärker. Durch auf
der Welle 14 des Bürstenhalters angebrachte Kontakte 39, 40 werden vermittels eines
durch diese betätigten Relais S mit KontaktensI, s2 in regelmäßigen Zeitabständen
die Kondensatoren 37 und 38 mit einem Relais A1 bzw.
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A2 verbunden. Diese Relais sprechen bei einer bestimmten Ladespannung
der Kondensatoren an und schalten ihrerseits durch Kontakte a 1, a 2 einen Motor
41 zum Antrieb der Potentiometer 2I, 22 ein.
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Die Relais A,, A2 sind mit einer Abfallverzögerung versehen, derart,
daß der Motor 41 bei jedesmaligem Ansprechen der Relais für eine bestimmte Zeitdauer
eingeschaltet bleibt und infolgedessen die Potentiometer um ein bestimmtes Maß zudreht.
Die Relais A,, A2 sind so eingestellt, daß sie nur dann ansprechen, wenn eine Übersteuerung
der Verstärker 23, 24 zu befürchten ist.
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Um auch eine Anpassung des Verstärkungsgrades an den Störpegel zu
erzielen, ist eine weitere Einrichtung zur Betätigung der Potentiometer 21, 22 vorgesehen.
Diese besteht aus zwei Zeitkreisen mit Kondensatoren42, 43 und Ladewiderständen
44, 45 sowie einer gemeinsamen Ladequelle 46. Durch einen Kontakt r2 des Steuerrelais
R wird entweder der eine oder der andere Zeitkreis eingeschaltet. Wird der Störpegel
bzw. die Empfindlichkeit so groß, daß das Steuerrelais über einen größeren Winkelbereich
anspricht, so lädt sich der Kondensator 42 oder 43 auf eine entsprechend höhere
Spannung auf. Die Kondensatoren 42, 43 werden durch Kontakte 53, s4 des Relais S
ebenso wie die Kondensatoren 37, 38 in regelmäßigen Zeitabständen an Relais DI,
D 2 gelegt. Überschreitet die Ladespannung eines der Kondensatoren einen vorgegebenen
Grenzwert, so spricht das zugehörige Relais D 1 oder D 2 an und bewirkt über Kontakte
dI, d2 eine Verringerung des Verstärkungsgrades. Diese Verstärkerregelung spricht
z. B. an, wenn eine Differenz im Störpegel der beiden Schwenkbereiche auftritt.
Eine derartige Amplitudendifferenz soll aber keine Steuerung auslösen und wird deshalb
durch die angegebene Einrichtung unterdrückt. Ferner wird durch diese Einrichtung
eine Verringerung der Empfindlichkeit auch dann bewirkt, wenn infolge starker Annäherung
an die Geräuschquelle das Steuerrelais dauernd unabhängig von der Schwenkstellung
der Kennlinien anspricht. Die Regelung durch die Relais Ar, A2 kann hierbei deshalb
gegebenenfalls fortfallen.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich,
insbesondere kann die Bewegung der beiden Kennlinien statt auf elektrischem auch
auf mechanischem Wege durch das gegenläufige Schwenken zweier Empfänger bewirkt
werden. Ferner ist es auch möglich, eine einzige Kennlinie über die beiden Teilbereiche
zu schwenken, obwohl die Benutzung zweier Kennlinien in Hinblick auf die zeitlichen
Schwankungen der Empfangsamplitude besonders vorteilhaft ist.
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Die Verstärkerregelung kann auch so ausgebildet sein, daß sie nicht,
wie im Beispiel angegeben, nur im Sinne einer Empfindlichkeitsabnahme wirkt, sondern
auch ein Wiederheraufregeln der Empfindlichkeit bewirkt, um die Wiederherstellung
der zum Empfang des Nutzgeräusches notwendigen Empfindlichkeit nach Auftreten eines
vorübergehenden stärkeren Störgeräusches zu ermöglichen, bzw. um nach Verfehlen
des Zieles die Einrichtung wieder empfangsbereit zu machen, oder, um die Empfindlichkeit
der schwankenden Lautstärke des Nutzgeräusches anzupassen. Dies kann geschehen mit
Hilfe eines zweiten dauernd laufenden Motors, der über ein Differentialgetriebe,
über das auch der Motor 41 wirkt, diePotentiometer im Sinne zunehmender Verstärkung
dauernd verstellt. Man kann auch eine Einrichtung vorsehen, durch die die Verstärkung
bei längerem Ausbleiben von Steuerimpulsen heraufgesetzt wird.
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Um eine schnelle Einstellung der Fahrtrichtung des Torpedos auf das
bewegte Ziel zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Steuerwirkung in z. B. zwei Stärken
abzustufen, um je nach der Einfallsrichtung der Schallwellen eine mehr oder weniger
große Steuerwirkung, z. B. durch verschiedene Größe oder verschiedene Dauer des
Ruderausschlages, hervorzurufen.
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Dies läßt sich einrichten, indem man durch mit der Achse des Kompensators
verbundene Schleifringe an Stelle der Relais 3I, 32 wechselweise zwei Relaisanordnungen
einschaltet, die bei Betätigung verschiedene Steuerwirkungen hervorrufen.