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Registrierende Echoloteinrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen
Es ist bekannt, zur Vermessung von Wasserstraßen eine Vielzahl von Echolot-Sendern-Empfängern
an einem quer zur Fahrtrichtung eines Vermessungsschiffes angebrachten Träger in
gleichen Abständen anzubringen, die Sender nacheinander auszulösen und die empfangenen
Echoimpulse nebeneinander in einer Registriereinrichtung zu registrieren, so daß
die Aneinanderreihung der Lotimpulse eine sogenannte Querprofilkurve ergibt. Mit
dieser Methode wird jedoch eine lückenlose Erfassung des Bodenprofils nicht erreicht,
da gewisse tote Zeiten unvermeidlich sind, die durch das Umschalten von einem Sender
zum andern sowie durch den Papiertransport zwischen den einzelnen Kurven erforderlich
sind.
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Es ist ferner bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der Querschnittsabmessungen
von langgestreckten Räumen, insbesondere von Eisenbahntunneln, bekannt, sogenannte
Längsprofilkurven zu schreiben.
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Dabei sind an einem auf den Schienen fahrbaren und quer zu diesen
orientierten Rahmen in bestimmten Abständen Echolot-Sender-Empfänger angeordnet,
welche gegen unterschiedliche Stellen der Tunnelwandung gerichtet sind. Jedem dieser
Sender-Empfänger ist im Registriergerät eine Registrierfeder zugeordnet. Die Registrierfedern
sind auf einem umlaufenden Band angebracht und haben einen bestimmten Abstand voneinander.
Jeder Registrierfeder ist dabei eine bestimmte Zone auf dem Registrierpapier zugeordnet,
die in Laufrichtung der Feder eine vorgegebene Breite aufweist. Innerhalb dieser
Zone kann nur die bestimmte und keine andere Feder tätig werden, Die Zone muß also
so breit sein, daß sowohl die minimale als auch die maximale Meßentfernung innerhalb
der vorgegebenen Breite aufgezeichnet werden kann. Die Breite der Zone ist jeweils
gleich der Länge einer ortsfesten Kontaktschiene, über welche der jeweiligen Feder
die Echospannung zugeführt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sich bei
einer an sich anzustrebenden großen Anzahl von Kurven entweder eine außerordentlich
große Papierbreite oder eine geringe Auflösung in der Registrierrichtung ergibt.
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis
aus, daß zugunsten eines höheren Informationsinhaltes pro Flächenemheit des Papiers
darauf verzichtet werden kann, daß ein Irrtum bei der Zuordnung einer Registrierkurve
zu der zugehörigen Nullinie ausgeschlossen ist, daß es vielmehr genügt, wenn die
zugehörige Nullinie durch Abzählen gefunden werden kann.
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Gemäß der Erfindung zeichnet sich eine Echoloteinrichtung zur Vermessung
von Wasserstraßen mit
einer Vielzahl von Sendern-Empfängern, die quer zur Fahrtrichtung
des Schiffes in Abständen angeordnet sind und denen ebenso viele Registrierelemente
zugeordnet sind, die auf einem gemeinsamen umlaufenden Träger in Laufrichtung gegeneinander
versetzt sind und je eine Längsprofilkurve auf einer gemeinsamen Schreibfläche aufzeichnen,
wobei jede Kurve auf je eine reell vorhandene und gedachte Nullinie zu beziehen
ist, welche gleiche Abstände aufweisen, dadurch aus, daß der konstante Abstand der
Registrierelemente kleiner ist als die im Aufzeichnungsmaßstab gemessene Differenz
zwischen dem maximalen und minimalen Wert der zu registrierenden Wassertiefe. Bei
einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand
der Registrierelemente etwa ein Fünftel der im Aufzeichnungsmaßstab gemessenen Differenz
zwischen dem maximalen und minimalen Wert der zu registrierenden Wassertiefe. ImMittel
gesehen, haben die Registrierkurven dann einen derartigen Abstand von den ihnen
zugeordneten Nullinien, daß zwischen einer Registrierkurve und der jeweiligen Nullinie
noch weitere Nullinien verlaufen.
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Es ist zwar bei einem anderen Registriergerät für eine Vielzahl von
Längsprofilkurven bereits bekannt, daß sich die Registrierbereiche überlappen können
jedoch handelt es sich dabei um ein Gerät, bei dem jedes Registrierelement einen
eigenen, getrennt von dem anderen geführten Träger aufweist, wodurch die Überiappung
der Registrierbereiche auf einen geringen Prozentsatz beschränkt ist. Dieses bekannte
Registriergerät ist ein echtes Längenaufzeichnungsgerät, bei dem sich das Registrierelement
nur dann bewegt, wenn sich die aufzuzeichnende Länge ändert. Im Gegensatz dazu ist
eine auf dem Prinzip des Echolots basierende Registriereinrichtung ein Kurzzeitmesser,
bei dem sich die Registrierelemente ununterbrochen in Bewegung befinden, ohne daß
sie ihren
gegenseitigen Abstand ändern. Bei dem bekannten Gerät
ist eine Überschreitung der einer Registrierfeder zugeordneten Schreibzone kritisch,
weil sie auf die Wahrscheinlichkeit baut, daß das benachbarte Schreib element zur
Zeit des Eintritts dieser Registrierfeder in den Nachbarbereich nicht gerade eine
Auslenkung in entgegengesetzter Richtung erfährt.
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In diesem Falle würde nämlich das seinen Bereich überschreitende Registrierelement
das nächste Registrierelement vor sich herschieben, oder das letztere würde das
erstere am weiteren Vorschub hindern, was beides Fehlregistrierungen zur Folge hätte.
Bei der Erfindung ist dagegen die Uberlappung der Registrierbereiche nicht durch
eine Rücksichtnahme auf den Mechanismus der Registrierung beschränkt, vielmehr kann
die Überlappung der Registrierbereiche ohne weiteres mehrere Hundert Prozent betragen.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren näher erläutert, und zwar
zeigt F i g. 1 die Anordnung der Sender-Empfänger am Meßschiff, F i g. 2 eine Draufsicht
auf das Registriergerät und das Registrierergebnis, F i g. 3 a und 3b die Anordnung
der Registrierfedern bei gleichzeitiger Auslösung der Sender und F i g. 3 c die
Anordnung der Registrierfedern bei zeitlich gestaffelter Auslösung der Sender.
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Wie F i g. 1 zeigt, sind an dem Vermessungsschiff 20 schwenkbare
Ausleger 21 und 22 angeordnet, welche die Sender-Empfänger tragen. Diese bestehen
aus den Sendeschwingern la bis 12 a und den dazugehörigen Empfangsschwingern lb
bis 12 b. Die Sender werden gemeinsam ausgelöst, während jeder der Empfangsschwinger
mit einem besonderen Verstärker 1 c bis 12 c verbunden ist, die in der Fig. 2 nochmals
dargestellt sind. Bei der in F i g. 2 gezeigten Registriereinrichtung wird das Registrierpapier
30, im vorliegenden Falle ein stromempfindliches Kohle-Aluminium-Papier, über die
Rollen 31 und 32 von rechts nach links hinweggezogen. In der Nähe der rechten Rolle
befindet sich das umlaufende Band 33, das die Schreibfedern 1 bis 12 trägt. Bei
der Bewegung des Bandes, die von oben nach unten erfolgt, schleifen diese Federn
mit ihren rechten Enden auf ortsfesten Kontaktschienen 1 d bis 12 d, die mit den
Empfängern 1 c bis 12 c verbunden sind.
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Die gemeinsame Auslösung für die Sender befindet sich auf der Rückseite
des Bandes und ist nicht dargestellt. Im einfachen Falle besteht sie aus einem an
dem Band angebrachten Nocken und einem ortsfesten Kontakt, der sämtliche Sender
auslöst Statt eines Nockens kann auf dem Band auch ein Stück Eisen angebracht sein,
das an einer ortsfesten Eisenkernspule vorbeiläuft und in dieser einen Induktionsstoß
erzeugt, der den Sender auslöst. Die Auslösung der Sender erfolgt in dem Augenblick,
in dem die obere Feder 1 in Höhe der Linie 35 steht. Diese Linie ist die Nullinie,
die im Augenblick der Auslösung des Sendeimpulses von der oberen Feder 1 geschrieben
wird. Die Nullinien der übrigen Federn werden unterdrückt, weil sie sonst störend
wirken würden, da sie die eigentlichen Registrierkurven mehrfach schneiden, was
darauf zurückzuführen ist, daß der Abstand der Registrierfedern kleiner ist als
der Abstand zwischen einer Nullinie und der zugehörigen Registrierkurve. Die Unterdrückung
dieser Nullinien kann z.B. dadurch erfolgen, daß die jeweils zusammengehörigen Sender-Empfänger
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stisch sorgfältig entkoppeIt sind und eine etwaige Restspannung dadurch von
der Schreibfeder ferngehalten wird, daß der Verstärker Spannungen unterhalb eines
bestimmten Schwellwertes unterdrückt.
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Eine weitere, sehr einfache Möglichkeit, die Nulllinien zu unterdrücken,
besteht darin, in die Zuführungsschienen 2 d bis 12d kurze Unterbrechungen oder
Isolierstücke einzufügen, und zwar an den Stellen, an welchen die Feder sonst die
Nullinie schreiben würde. Schließlich kann auch vom Auslöseimpuls des Senders ein
Sperrimpuls abgeleitet werden, der den Empfangsverstärker für den Nullschall sperrt.
Der Verzicht auf die Nullinien hat natürlich zur Folge, daß die registrierten Kurven
nicht mehr ohne weiteres deutbar sind, da das Bezugsniveau fehlt. Es ist deshalb
üblich, bei derartigen Registrierungen ein künstliches Nulliniennetz vorzusehen.
Dies kann z. B. durch eine vor das Registrierpapier gesetzte, transparente Platte
geschehen, auf deren Innenseite die zweckmäßig farbigen Nullinien angebracht sind.
Diese Platte muß in der Vertikalen so verschiebbar sein, daß die obere Nullinie
mit der registrierten Linie 35 zur Deckung gebracht werden kann. Es ist aber auch
bekannt, und dies ist in F i g. 2 dargestellt, ein System von künstlichen Nulllinien
mitaufzuzeichnen, die gegenüber einem durch Registrierung des Nullschalls entstandenen
Nullliniensystem den Vorteil der größeren Strichschärfe haben und sich zusätzlich
durch eine abweichende Farbe von den Profilkurven unterscheiden. Diese Nullinien
werden mit Hilfe einer in vertikaler Richtung verstellbaren Leiste 40 erzeugt, welche
Farbstifte 61 bis 72 federnd gegen das Schreibpapier drückt. Statt Farbstifte, Kugelschreiber
od. dgl. können auch besondere Registrierfedern auf der Leiste vorgesehen sein,
die an einer dauernd wirkenden Gleich-, Wechsel- oder Impulsspannung liegen.
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Im letzteren Falle kann man punktierte Linien schreiben, wobei der
Abstand der Punkte gleichzeitig ein Maß für die Papiergeschwindigkeit darstellt.
Es kann zweckmäßig sein, z. B. jede fünfte Linie voll aufzuzeichnen und die übrigen
Nullinien nur als punktierte Linien darzustellen oder jede fünfte Linie in einer
anderen Farbe aufzuzeichnen als die übrigen. In die Registrierungen können auch
Zeitmarken gegeben werden, indem z. B. an die Registrierfedern 1 bis i2 kurzzeitig
mit Hilfe eines Druckknopfes eine Gleichspannung gegeben wird, so daß diese eine
senkrechte Linie schreiben. Diese Zeitmarken stehen z. B. mit der Kilometrierung
eines Flußlaufes in Beziehung.
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In der Zeichnung sind zwei derartige Linien mit »km 3,5« und »km 3,6«
bezeichnet.
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Wie schon erwähnt, stellen die aufgezeichneten Kurven Längsprofilkurven
des überfahrenen Wassergrundes dar. Für den Vermessungstechniker ist es von Bedeutung,
ob irgendwo die Solltiefe des Gewässers unterschritten wird. Um dies leichter beurteilen
zu können, ist es zweckmäßig, ein Netz von Solltiefenlinien aufzuzeichnen, was z.
B. mit einer zweiten, der Leiste 40 ähnlichen Leiste geschehen kann, welche farbige
Schreibstifte trägt, die sowohl in ihrer Gesamtheit als auch einzeln in der Höhe
verstellbar sein können, um z. B. die Solltiefe für die Profile in Ufernähe geringer
einstellen zu können als für diejenigen innerhalb der eigentlichen Wasserstraße.
Die Linien der Solltiefe sind in F i g. 2 nicht eingezeichnet, um die Darstellung
übersichtlich zu halten.
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Aus den Längsprofilkurven können an jeder beliebigen Stelle Querprofilkurven
gewonnen werden, indem man von den Schnittpunkten einer gewählten Bezugslinie mit
den Nullinien die zu der betreffenden Nullinie gehörige Wassertiefe mit dem Zirkel
nach rechts überträgt. Eine solche Querprofilkurve ist in Fig.2 für die Linie »km3,5«
eingetragen, wobei die Konstruktion für drei Punkte der Kurve, nämlich den Anfangspunkt,
den Endpunkt und einen mittleren Punkt ersichtlich ist. Der Zirkel wurde dabei in
den Punkten A, B und C angesetzt.
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Sind größere Wassertiefen zu registrieren, so ist es zweckmäßig,
die Auslösung der Sender so weit vorzulegen, daß die erste Nullinie nicht mehr auf
dem Papier erscheint. Man vermeidet dadurch unausgenutzte Schreibfläche am oberen
Rand des Papiers. Um trotzdem das künstliche Nulliniennetz richtig orientieren zu
können, kann man eine Nulllinie von der untersten oder einer mittleren Registrierfeder
schreiben lassen, nach der die vorgesetzte transparente Platte mit dem künstlichen
Nullliniennetz oder die Leiste 40 in der Höhe einzustellen ist. Die Vorverlegung
des Auslösezeitpunktes kann gemäß F i g. 3 a durch Verschiebung der Eisenkernspule
51 in Pfeilrichtung erfolgen. Eine stufenweise Vorverlegung ist auch mit Hilfe eines
Schalters möglich, indem mehrere ortsfeste Eisenkernspulen in gewissem Abstand untereinander
angeordnet sind, die durch den Schalter gewählt werden können.
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Um die Lotfolge zu erhöhen, können zwei Sätze von Schreibfedern auf
dem umlaufenden Band angebracht werden, die um eine halbe Bandlänge gegeneinander
versetzt angeordnet sind. Dementsprechend müssen auch zwei Auslösungen für die Sender
vorhanden sein, d. h. entweder zwei Eisenkerne auf dem Band und eine ortsfeste Spule
oder umgekehrt. Der letztere Fall ist in F i g. 3b dargestellt, wo der erste Satz
von Schreibfedern 1 bis 12 auf der Vorderseite des Bandes und der zweite Satz 1'
bis 12' auf der Rückseite des Bandes erkennbar ist. Das Eisenstück 50 läuft bei
seinem Umlauf an zwei ortsfesten Eisenkernspulen 51 und 51' vorbei, die ebenfalls
um eine halbe Bandlänge gegeneinander versetzt sind, wobei wenigstens einer der
Eisenkerne geringfügig vorstellbar sein soll, um die beiden Registrierungen miteinander
zur Deckung zu bringen.
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Die Erfindung ist nicht auf eine gleichzeitige Auslösung der Sender
beschränkt, sondern die Sender können mit gleichem Erfolg auch nacheinander ausgelöst
werden. Ein solcher Fall ist in F i g. 3 c dargestellt. Die Registrierfedern 1 bis
12 sind hier auf einen kleineren Raum zusammengedrängt, schreiben aber doch die
gleichen Bilder wie im Falle der F i g.
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3 a und 3 b, was dadurch zustande kommt, daß die Sender nacheinander
ausgelöst werden. Die hierzu notwendigen ortsfesten Eisenkernspulenls bis 12 s sind
lediglich als Striche dargestellt. Auch bei dieser Anordnung kann ein zweiter Satz
von Registrierfedern 1' bis 12' sowie ein dazugehöriger zweiter Satz von ortsfesten
Eisenkernspulen 1s' bis 12s' vorgesehen sein. Sorgt man dafür, daß die Eisenkernspulen
eines Satzes nicht nur im ganzen, sondern auch einzeln geringfügig verstellbar sind,
so kann durch Justieren der einzelnen Kerne des einen Satzes eine deckungsgleiche
Registrierung für jedes einzelne Federpaar 1/1f, 2/2' usw. erzielt werden, was im
Falle der Anordnung nach F i g. 3 b nur für die beiden Federsätze insgesamt möglich
ist.
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Um eine möglichst eindeutige Aufzeichnung zu erhalten, ist es notwendig,
etwaige Doppelechos, die durch mehrfache Reflexion entstehen, zu unterdrücken. Dies
kann dadurch geschehen, daß der Verstärker eine nichtlineare Kennlinie erhält, so
daß er unterhalb einer bestimmten Ansprechschwelle keine Ausgangsspannung abgibt
und die Doppelechos, die im allgemeinen wesentlich schwächer sind als das erste
Echo, auf diese Weise nicht aufgezeichnet werden. Um ferner eine möglichst scharfe
Aufzeichnung zu erhalten, ist es zweckmäßig, nur den eigentlichen Echoeinsatz aufzuzeichnen.
Dies ist dadurch möglich, daß im Verstärker differenzierende Glieder in Gestalt
von Drosseln oder geeignet dimensionierten RC-Gliedern vorgesehen sind, welche im
wesentlichen nur den Echoeinsatz durchlassen. Eine ähnliche Wirkung erzielt man
dadurch, daß die Endstufe als gittergesteuerte Gasentladungsröhre ausgebildet ist,
die durch den Echoeinsatz geöffnet wird und einen Kondensator kleiner Zeitkonstante
entlädt, so daß ein kurzer Spannungsstoß entsteht, der auf die Registrierfeder gegeben
wird.
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Selbstverständlich ist die Papiergeschwindigkeit und somit der Maßstab
in der X-Richtung einstellbar. Der Papiertransport kann auch von der Geschwindigkeit
des Meßschiffes abhängig gemacht werden, so daß der Aufzeichnungsmaßstab konstant
bleibt.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Zahl der Sender-Empfänger
mit Rücksicht auf die Einfachheit der Darstellung auf zwölf beschränkt worden. Für
die Bedürfnisse der Praxis muß jedoch die Zahl der Sender-Empfänger erheblich größer
sein und beträgt beispielsweise 49, wovon je 23 an den Auslegern und 3 unter dem
Schiff befestigt sind. Der Abstand der Sender-Empfänger ist dabei 1 m. Die für die
Aufzeichnung dieser 49 Kurven benötigte Breite des Papiers beträgt etwa 1,20 m.
Der Abstand der Registrierkurven bzw. der zugehörigen Nullinien ist dabei etwa 2
cm.
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Wenn es nicht auf eine extrem genaue Registrierung, sondern lediglich
auf die Feststellung von Untiefen ankommt, können mehrere benachbarte Schwinger
an eine gemeinsame Registrierfeder geführt werden, so daß beispielsweise nur das
obere Drittel oder Viertel der Papierbreite beschriftet wird.
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Das Papier kann dann zurückgespult und in einer neuen Zone verwendet
werden, wobei eine andere Serie von Federn zur Wirkung kommt. Statt des breiten
Papiers kann man in diesem Falle auch eine schmälere Rolle verwenden.