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Die Erfindung betrifft einen Hydrophon-Schleppkörper, bestehend
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aus einem mit einem Schlepptau oder dergl. verbindbaren Hüllkörper
mit darin elastisch gelagerten elektroakustischen Wandlern.
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Diese dienen der Erfassung von Druckänderungen, in dem dem Schleppkörper
umgebenden Medium und deren Umwandlung in elektrische Signale. Schleppkörper dieser
Art finden bei seismischen Untersuchungen sowie als Empfänger für Unterwasserschall
Anwendung. Sie können eine beträchtliche Länge haben und werden üblicherweise von
einem Schiff mittels eines Schlepptaus durch das Gewässer gezogen. Dabei kann ein
bestimmtes Gebiet umso schneller abgesucht werden, je höher die Zuggeschwindigkeit
des Schiffes ist. Die Wirksamkeit eines derartigen langgestreckten Unterwasserschalldetektors
wird jedoch vielfach durch Störgeräusche beeinträchtigt, welche die Nutzsignale
teilweise überdecken. Solche Störsignale können innerhalb der Wandler und der zugehörigen
elektrischen und elektronischen Schaltungsteile entstehen. Andere Störquellen ergeben
sich durch Vibrationen der Bauelemente innerhalb des Schleppkörpers,durch mechanische
Übertragung von Bewegungen des Schleppkörpers oder des Schlepptaus, ferner durch
die unmittelbare Übertragung von Druckwellen in der Flüssigkeitsfüllung des Schleppkörpers,
hervorgerufen durch Turbulenzen des den Schleppkörper umgebenden Wassers, und durch
die Erzeugung von Füllflüssigkeitsgeschwindigkeiten durch die inneren Bauteile des
Schleppkörpers. Der Geräuschpegel hängt auf Grund der letztgenannten Ursachen unmittelbar
mit dem Aufbau des Schleppkörpers und der Zuggeschwindigkeit zusammen.
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Bei der Verwendung langer Schleppkörper ist es von Vorteil, den Durchmesser
des Schleppkörpers möglichst gering zu halten. Dies bedeutet jedoch eine Verringerung
der Empfindlichkeit, weil eine Verringerung der Abmessungen der Wandler eine Verringerung
ihrer Empfindlichkeit mit sich bringt. Dies kann unter Umständen dazu fUhren, daß
das Rauschen der elektronischen Bauteile die empfangenen Signale überdeckt. Die
Abmessungen solcher Schleppkörper können folglich nicht beliebig klein gemacht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schlepphydrophons hoher
Signalempfindlichkeit aber geringer Beeinflußbarkeit durch Störungen. Insbesondere
soll durch die Erfindung die Weiterleitung von Druckwellen verringert werden, welche
von Bauteilen des Schlepphydrophons selbst ausgehen und zu den Wandlern gelangen
können. Es wird also eine bessere mechanische Isolation zwischen den Wandlern einerseits
und den übrigen Teil des Schleppkörpers andererseits angestrebt. Diese Aufgabe wird
gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie führt zu einer zweistufigen
mechanischen Entkopplung zwischen den Wandlern einerseits und dem Schleppkörper
andererseits, indem zumeinem die Wandler nachgiebigan einem als Zwischenträger dienenden
nachgiebigen Rohr abgestützt sind und zum anderen dieses Rohr seinerseits wiederum
über nachgiebige Abstandshalter im Hüllkörper des Schlepphydrophais gehalten ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener
Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 die bildliche Darstellung eines
von einem Schleppboot gezogenen Schlepphydrophons; .Fig. 2 einen Längsschnitt durch
einen Teil einer ersten Ausführungsform eines Schleppkörpers; Fig. 3 einen Querschnitt
durch den Schleppkörper in Höhe der Schnittlinie 3-3; Fig. 4 einen entsprechenden
Querschnitt in Höhe der Line 4-4; Fig. 5 einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform des Schleppkörpers; und Fig. 6 einen Querschnitt
durch diese zweite Ausführungsform in Höhe der Linie 6-6.
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In Fig. 1 befindet sich das Schlepphydrophon 10 in einem Gewässer
11 und wird von einem Boot 12 mittels eines von der Winde 13 abwickelbaren Zugkabels
14 gezogen, welches außer den elektrischen Anschlußleitungen auch ein Schlepptau
umfassen kann. Durch eine Verkleidung 15 gelangt das Schlepptau 14 an den Schleppkörper,
wobei auf die Verkleidung 15 zunächst ein Schwingungsisolator 16 folgt, an den sich
die Schleppkörper 17 mit den akustischelektrischen Wandlern anschließen. Am Schluß
des Schlepphydrophons 10 befindet sich ein Treibanker 18.
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Wie Fig. 2 zeigt, weist jeder Schleppkörper 17 einen langgestreckten
Hüllkörper 20 auf, bestehend aus elastischem Material geeigneter Stärke, welches
abriebfest und chemisch resistent ist.
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Geeignet hierfür sind Venil, Polyvnyl oder Urethan Zentrisch im hohlzylindrischen
Hüllkörper 20 liegt ein Rohr 21 ebenfalls aus nachgiebeem Material, beispielsweise
Gummi. Das Rohr 21 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, aus mehreren Rohrabschnitten
bestehen und braucht sich nicht über die gesamte Länge des Hüllkörpers 20 zu erstrecken.
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Das Rohr 21 wird durch Abstandshalter 22 konzentrisch im Hüllkörper
20 gehalten. Die Abstandshalter 22 können an sich beliebige Formen haben. Die Figuren
2 und 4 zeigen als bevorzugte Ausführungsform im gleichen gegenseitigen Abstand
längs der Schleppkörperachse vorgesehene Abstandshalter 22, welche im vorliegenden
Fall aus kurzen nachgiebigen Rohrstücken 23 bestehen, von denen jeweils drei gleichmäßig
über den Umfang des Rohres 21 verteilt und achsparallel zur Rohrachse liegend angeordnet
sind. Es ergibt sich damit eine Abstützung des Rohres 21 längs dreier Berührungslinien.
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Die Rohrstücke 23 sind, wie Fig. 4 zeigt, jeweils an der Außenfläche
eines rohrförmigen zentralen Trägers 24 befestigt, dessen Innendurchmesser gleich
dem Außendurchmesser des Rohres 21 ist.
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Sie können am Träger 24 festgeklebt oder anderweit befestigt sein.
Die Rohrstücke 23 und der Träger 24 bestehen aus nachgiebigem Material, beispielsweise
Buna-N-Gummi,und bilden somit eine sehr weiche und nachgiebige Lagerung für das
Rohr 21.
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Ein relativ steifer ringförmiger Abstandshalter 26 befindet sich an
jedem Ende des Rohres 21 und zwar wiederum zwischen der Innenwand des Hüllkörpers
und der Außenwand des Rohres 21. Jeder dieser Abstandshalter 26 ist mit mehreren
Ausnehmungen oder Löchern versehen, durch welche hindurch sich Zugelemente 27 sowie
ein elektrisches Leitungskabel 28 erstrecken. Für die Abstandshalter 26 hat sich
Polyäthylen bewährt. Sie unterstützen an längs des Schleppkörpers verteilt angeordneten
Punkten die Kraftübertragung von der Wand des Hüllkörpers 20 auf Spannelemente 27
und sorgen für die Einhaltung der axialen Relativlage von Hüllkörper 20 und Rohr
21. Die Spannelemente 27 bestehen vorzugsweise aus mehradrigen flexiblen Kabeln,
die ziemlich unelastisch sind und dienen sowohl zur Übertragung der Schleppkräfte
des Schleppkörpers als auch zur Einhaltung der jeweiligen Lage der einzelnen Bauteile
in Längsrichtung. Die Lagefixierung der Abstandshalter 26 auf den Spannelementen
27 erfolgt im gezeigten Beispiel durch Kragen 29, welche an den Zugelementen befestigt
sind. Diese Befestigung kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen. Die Spannelemente
27 bestehen zumeist aus einem Stahlkabel. Jedoch hat sich in jüngster Zeit auch
ein Kunststoffkabel bewährt, welches von der Firma B.F. Goodrich CO unter dem Markennamen
Kevlar auf den Markt gebracht wird und hinsichtlich seiner Festigkeit und Nichtelastizität
fast wie Stahl wirkt aber wesentlich leichter ist. Es soll erwähnt werden, daß einzelne
Spannelemente, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, nicht die einzigen Mittel
sind, um Längssteifigkeit und Festigkeit zu gewährleisten. Dies könnte auch durch
in den Hüllkörper 20 eingelegte bzw. eingeformte Drähte oder Fäden erreicht werden.
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Innerhalb des Rohres 21 sind im axialen Abstand voneinander mehrere
elektroakustische Wandler 30 angeordnet. Es kann sich dabei z.B. um radial polarisierte
piezoelektrische Zylinder mit geeigneten Elektroden auf ihrer Innen- und Außenfläche
handeln.
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Statt dessen können ringförmige piezoelektrische Elemente mit leicht
konkav oder konvex geformten Membranen an gegenüberliegenden Enden vorgesehen sein.
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Die in den piezoelektrischen Elementen erzeugten elektrischen Signale
werden durch an die Elektroden angeschlossene Leitungen weitergegeben. Die Leitungen
laufen durch Öffnungen im Rohr 21 zu einem Leitungsbündel 28, welches sich längs
der Schleppkörperachse im Raum zwischen Hüllkörper 20 und Rohr 21 erstreckt. Meist
sind mehrere oder eine Vielzahl von Wandlern 30 an eine elektronische Schaltung
angeschlossen, welche einen Sendermodul, einen Empfänger und/oder eine Signalverarbeitungsschaltung
umfaßt, mit deren Hilfe die von den verschiedenen Wandlern kommenden Signale bearbeitet
werden. In Fig. 2 ist ein Teil dieser elektronischen Schaltung 32 innerhalb des
Rohres 21 dargestellt und zwar in ähnlicher Weise gelagert wie die Wandler 30. Statt
dessen kann die Schaltungsanordnung 32 in einem dem Rohr 21 entsprechenden zweiten
Rohr oder an anderer Stelle untergebracht sein. Mehrere Rohre 21 mit entsprechenden
Wandlern 30 und zugehöriger elektronischer Schaltung 32 können im Abstand voneinander
längs der Hüllkörperachse vorgesehen sein, um mehrere Hydrphongruppen zu bilden
und auf diese Weise die Richtungsempfindlichkeit zu erhöhen.
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Die Wandler 30 und die elektronische Schaltungsbaugruppe 32 sind im
Rohr 21 durch nachgiebige Abstützungen 33 gehalten. Hierfür eignet sich beispielsweise
ein offenporiger sättigbarer Schaumstoff, wobei mehrere Schaumstoffstreifen über
den Umfang des Wandlers bzw. Schaltungsbausteins verteilt,zwischen diesem und dem
Rohr 21 angeordnet sind. Verschiedene Schaumstoffe sind hierfür geeignet. Wichtig
ist ihre Offenporigkeit, um jegliche Hohlräume und/oder Lufttaschen zu vermeiden,
wenn der Hüllkörper 20 gefüllt
wird. Eine solche Füllung soll für
gute akustische Ubertragungseigenschaften zwischen Hüllkörper und Wandler sorgen.
Eine Mischung von Transformatorenöl, beispielsweise vom Typ GE1OC mit einem synthetischen
Zusatz Isopar M hat sich als zweckmäßig erwiesen. Statt dessen können Kerosin oder
andere in flüssigem Zustand in den Hüllkörper einfüllbare Stoffe Verwendung finden.
Sie müssen natürlich chemisch verträglich sein.
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Wie zuvor anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert wurde, bilden das Rohr
21 die nachgiebigen Abstandshalter 22 und die nachgiebigen Abstützungen 33 zusammen
eine zweistufige mechanische Isolation der Wandler 30 gegenüber dem Hüllkörper 20.
Eine solche Anordnung hat sich als äußerst wirksam erwiesen, um die Wandler 30 gegenüber
der Übertragung von Beschleunigungen und Vibrationen vom Hüllkörper 20 her zu schützen.
Zugleich werden Druckwellen der Füllflüssigkeit und Schwingungen auf Grund von Turbulenzen
und mechanischen Störungen stark herabgesetzt. Weiterhin kann die Anordnung aus
einem nachgiebigen Hüllkörper zusammen mit dem genannten Halterohr und seiner nachgiebigen
Abstützung etwaige Störamplituden an den Wandlern, hervorgerufen durch Streusignale
anderer Bauteile, merklich verringern. Weiterhin wird auch die Stärke durch Druckwellen
hervorgerufener turbulenter Strömungen, welche unmittelbar auf die Wandler einwirken,
stark herabgesetzt.
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Die Erfindung führt zu einer äußerst hoher Meßempfindlichkeit und
geringen Rauschstörungen.
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Eine andere Ausführungsform der Schleppkörper ist in den Figuren 5
und 6 wiedergegeben.Soweit ihre Bauteile mit denen der zuvor geschilderten Ausführungsformen
nach den Figuren 2 bis 4 übereinstimmen, haben sie gleiche Bezugszeichen. Auch hier
weist der Schleppkörper einen langgestreckten hohlzylindrischen Hüllkörper 20, mehrere
Spannelemente 27, ein Bündel elektrischer Leitungen 28, mehrere Wandler 30, eine
elektronische Schaltungsbaugruppe 32 sowie Abstützungen 33 für die Wander und die
elektronische Schaltungsbaugruppe auf. Diese Bauteile wirken in der gleichen Weise
zusammen wie zuvor beschrieben. Unterschied) ich ist hingegen der Aufbau des
inneren
rohr- oder schlauchförmigen Körpers und seiner Halterung innerhalb des Hüllkörpers
20. In den Figuren 5 und 6 trägt ein erstes Rohr 40 die Wandler 30 und ein zweites
Rohr 41 die elektronische Schaltung 32. Die beiden Rohre 40 und 41 sind an ihren
Enden mit radialen Flanschen 40a bzw. 41a versehen, deren Außendurchmesser gleich
dem Innendurchmesser des Hüllköpers 20 ist. Mehrere Schlitze oder Ausnehmungen in
den Flanschen 40a und 41a erlauben die Durchführung der Spannelemente 27 und des
Leitungskabels 28. Zumindest die die Spannelemente 27 aufnehmenden Schlitze sind
so gestaltet, daß die Spannelemente mit Preßsitz festgehalten werden, wodurch eine
Lagefixierung der Rohre 40 und 41 längs der Spannelemente 27 erreicht ist. Außerdem
wird die Übertragung der Schlepp- oder Zugkräfte von den Spann-oder Zugelementen
27 auf die übrigen Teile des Schleppkörpers unterstützt.
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Nachgiebige Abstandshalter 42 dienen der konzentrischen Halterung
der Rohre 40 und 41 innerhalb des Hüllkörpers 20. Die Abstandshalter bestehen aus
offenporigem Schaumstoff. Wie Fig. 6 erkennen läßt, weist jeder von ihnen drei Schaumstoffstreifen
auf, welche etwa gleichförmig über den Umfang des Rohres 40 bzw. 41 verteilt sind.
Auch andere Formen oder Anordnungen dieser Abstandshalter sind möglich.
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Auch hier sorgen die Abstandshalter 42 einerseits und die Abstützungen
33 andererseits für eine zweistufige Schwingungsabschirmung der Wandler 30 gegenüber
dem Hüllkörper und sorgen dafür, daß Vibrationen und Beschleunigungen des Hüllkörpers
nicht auf die Wandler übertragen werden.
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L e e r s e i t e