DE2751616A1 - Vorrichtung zur bestimmung der relativen lage laenglicher hinter einem wasserfahrzeug geschleppter elemente - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung der relativen lage laenglicher hinter einem wasserfahrzeug geschleppter elemente

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Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der relativen Lage wenigstens zweier länglicher hinter einem Fahrzeug geschleppter Elemente.
Sie richtet sich insbesondere auf eine Vorrichtung mit einem akustischen Telemetriesystem, um an einer Vielzahl unterschiedlicher Punkte die Abweichungen zwischen von einem Oberflächenfahrzeug geschleppter "seismischer Flöten" zu bestimmen.
Die Vorrichtung umfasst einem der Elemente zugeordnete Vorrichtungen zur Abstrahlung akustischer Wellen, dem anderen Element zugeordnete Einrichtungen zum Empfang akustischer Impulse und ein Telemetriesystem zur Messung der relativen Entfernung zwischen den Abstrahlungs- und Empfangseinrichtungen zur Bestimmung der Fortpflanzungszeitintervalle der akustischen Impulse zwischen den Abstrahl- und den Empfangseinrichtungen.
Die Abstrahleinrichtungen umfassen vorzugsweise eine Vielzahl längs eines der Elemente verteilter Abstrahlorgane, ein System zur Erzeugung einer Folge von Sendesignalen und Einrichtungen zur Übertragung der Abstrahlsignale jeweils an Abstrahlorganea So umfassen die Empfängereinrichtungen eine Vielzahl von Empfängerorganen, die längs des anderen Elementes verteilt sind.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist jedes Abstrahlorgan so ausgelegt, daß es selektiv Signal· bei einer bestimmten Frequenz überträgt und jedes Empfangeorgan ist so ausgelegt, daß es selektiv Signale, die von einem einzigen Abstrahlorgan stammen, einfängt.
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Sie verschiedenen einem Element zugeordneten Organe können parallel untereinander verbunden sein. Wenn darüberhinaus die Abstrahl- und Empfängerorgane Elemente mit reversibler Funktion umfassen, kann die Vielzahl der in jedem Element großer Länge verteilter Organe indifferent für Empfang oder Abstrahlung verwendet werden. Ihre Funktion hängt dann von ihrer Verbindung mit einem elektronischen Steuer- oder Auswertsystem zusammen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit bezug auf die beillegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen
Fig. 1 eine Gruppe aus drei länglichen hinter einem Schiff gezogenen Elementen;
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung von parallel geschalteten Wandlern;
Fig. 3 1st eine perspektivische Darstellung eines Wandlerelementes im Inneren einer Bulle;
Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt längs der Linie A-A eines Wandlers im Inneren des länglichen Elementes;
Fig. 5 zeigt schematisch eine Abstrahlvorrichtung;
Flg. 6 ist die synoptische Darstellung der Empfangseinrichtung;
Fig. 7 zeigt schematisch einen Echodetektor ;
Fig. 8 zeigt schematisch ein System zur Sichtbarmachung und Behandlung der telemetrischen Daten;
Fig. 9 zeigt ein Chromogramm von einem Modulator und dem Synchronisator erzeugten Signale;und
Fig.10 ist eine synoptische Darstellung des Modulators und Flg. 11 zeigt echematisoh den Synchronisator.
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Nach der Ausführungsform der Flg. 1 bestehen die länglichen Elemente aus "seismischen Flöten" (flutes slsmiques) großer Länge R1, R2 und R-, die hinter einem Schiff geschleppt werden und seitlich unter Abstand zu einander gehalten sind.
Bas akustische Telemetriesystem umfasst eine Gruppe von Druckwandlern T1, Tg,... Tg, die jeder der"seismischen Flöten" zugeordnet ist. Die Wandler jeder Anordnung sind unter regelmäßigen Intervallen im Inneren jeder "seismischen Flöte" angeordnet und sind parallel an ein elektronisches auf dem Schiff (Fig. 2) installiertes System 2 angeschlossen.
Jeder Wandler umfasst (Figuren 3 und 4) ein empfindliches Element 3 röhrenförmiger Gestalt beispielsweise, das mit zwei Elektroden 43, 44 versehen ist, die jeweils in Eontakt mit seiner Innenwandung und seiner Außenwandung stehen. Jedes der Enden des empfindlichen Elementes ist In einen ringförmigen Träger 4 gesteckt, der aus einem elastischen Material hergestellt ist, welches fest mit der Außenhtille der "seismischen Flöte" verbindbar ist.
Im Inneren jedes empfindlichen Elementes 3 und in axial die Träger 4 durchsetzenden Kanälen verläuft ein elektrisches Kabel 6, an dessen Leiter die Elektroden 43, 44 jedes empfindlichen Elementes über Verbindungsleitungen 7 und 8 sowie Zugkabel 9 angeschlossen sind, an welchen die ringförmigen Träger 4 befestigt sind.
Die sechs Zylinder 3 aus piezo-elektrischer Keramik einer Gruppe von Wandlern vibrieren nach einer Longitudinalvibrationsform jeweils auf sechs unterschiedlichen Frequenzen. Beispielsweise können die sechs Frequenzen t^9
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f2 ... f6 jeweils gleich 22 IcHe, 30 IcHs, 40 kHz, 52,5 kHz, 70 kHz und 93 kHz gewählt sein. Diese Frequenzen sind aus denen der IRIG Normen (Inter Range Instrumentation Group) gewählt.
Ba die Hauptvibrationefrequenz jedes empfindlichen Elementes umgekehrt proportional seiner Länge ist, werden die jeweiligen Längen der empfindlichen Zylinder 3 als Funktion der gewählten Frequenzen f.,, fg ... fg bestimmt.
Der Hauptgrund, die Längsvibrationsform zu wählen,ist in der Tatsache zu sehen, dsJ der Abstrahlwinkel eines nach dieser Aueführungeform arbeitenden Zylinders unabhängig von der Frequenz ist.
Der in Grad bestimmte Abstrahlwinkel 2 θ wird durch die Beziehung: 2 θ ^ 50 >/£ (1)
gegeben, wobei Si die Länge des Zylinders und >- die mit der Frequenz f über die Beziehung t Λ « ψ (2)
r verknüpfte Wellenlänge ist.
In dieser Beziehung bedeutet c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und f die Resonanzfrequenz. Da die Frequenz fr umgekehrt proportional zur Länge (fr j
—2— ), folgt hieraus, daß der Abstrahlwinkel 2 θ im we-
21 «
sentlichen gleich 100° ist.
Da die Funktionsweise der empfindlichen piezo-elektrischen Elemente revereiebel ist, kann die Gesamtheit der einer Flute zugeordneten Wandler verwendet werden, um akustische Signale abzustrahlen oder um sie zu empfangen. Die Funktion jeder Anordnung wird bestimmt durch die Verbindung entweder mit einer Abstrahleinrichtung oder mit einer Empfängereinriohtung.
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Sie seismische zentrale Flöte R1 (Flg. 1) 1st beispielsweise mit einer Anstrahlanordnung verbunden und die zu beiden Selten befindlichen (R2, R5) sind beispielsweise mit den Empfängeranordnungen 2 (Fig. 2) verbunden.
Aufgrund der Anwendung der Multiplexlerung für Abstrahlung und Empfang können die Wandler jeder Anordnung unabhängig von ihrer Zahl auf nur zwei Leitungen parallelgeschaltet werden.
Die Abstrahlanordnung (Fig. 5) umfasst einen M6V (11) Modulator, der von einem Synchronisator 12 gesteuert ist. Der Modulator umfasst soviel Wege wie Senderwandler, im vorliegenden Fall sechs. Aufgrund der Steuerung des Synchronisators 12 erzeugt der Modulator 11 bei einer bestimmten Folgeperiode einen Impuls, der durch eine kontinuierliche Fo]# von Signalfrequenzen f^, fg,... fg gebildet ist. Die erzeugten Signale werden in einem aperiodischen Verstärker APS (13) verstärkt, dann an Senderwandler übertragen, die in der zentralen seismischen Flöte R1 angeordnet sind und in Form einer Folge akustischer Impulse abgestrahlt.
Die nacheinander durch die Wandler jeder seismischen Flöte R2 und R, empfangenen akustischen Signale werden auf den Empfänger 2 (Fig. 2) übertragen, der auf jedem seiner Smpfange· wege einen aperiodischen Verstärker mit regelbarer Verstärkung H (Fig. 6) aufweist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Sechs-Weg-Beiriltiplexer 15 verbunden 1st, der aus Bandpassfiltern gebildet wird, welche die verstärkten Signale jeweilsjauf sechs Ausgangswegen entsprechend sechs Frequenzen 1 , f2 ... fg richten, wobei eine Anordnung 16 aus sechs Echodetektoren jeweils vom Modulator M6V (11) Signale A., A2 ... Ag erhält.
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Sine Messanordnung 17 mit zwölf numerischen Telemetern an sich bekannter Art empfängt die von den Echodetektoren jedes der Empfangswege erzeugten Signale und misst die Fortpflanzungsdauer der Signale mit den Frequenzen t^, f2 ... fg, welche von den Wandlern der beiden seismischen Flöten empfangen wurden. Sie für die Fortpflanzungsdauern gemessenen Werte werden in einer Rechner- und Sichtbarmachungsgruppe 24 verwendet, um die Entfernungen zwischen den Senderwandlern und -empfängern zu bestimmen und die relative Lage der drei seismischen Flöten bezüglich einander,darzustellen.
Wie weiter unten dargelegt werden wird, erzeugt der Synchronisator 12 Signale, welche die Augenblicke ST1, SY« ... SV12 bestimmen (mit SV1-1»Abgekürzt), wo die Telemeter den Befehl haben, auf die Anordnung 24 die Fortpflanzungsdauern, die sie gemessen haben, zu übertragen und die Zeitintervalle CM1, CM» ... CMg (abgekürzt CM^g) auf die empfangenen Signale zu übertragen, wobei ein Signal TBEM den Beginn der Abstrahlung durch den Modulator 11 steuert. Bei jeder Inderung der Abstrahlfrequenz überträgt der Modulator auf den Synchronisator aufeinanderfolgende Sigaale TB1, TB2 ... TB6 (abgekürzt TB1-6).
Jeder Echodetektor der Anordnung 16 umfasst:(Fig. 7) einen ersten Demodulator 18, der an einem ersten Eingang eines der empfangenen Signale empfängt, dessen Frequenz f^ durch den Multiplexer 15 unter den Frequenzen f19 f„ ... f6 gewählt wird; sowie ein Bezugssignal A1 * AQ Kosinus 2 vT f^t, das durch den Modulator 11 erzeugt wurde. Hierin bedeutet A1 eines der Signale A1, A2 ... A6, wobei das empfangene Signal die Form E Kosinus (2ft" fjt +f ±) hat und -f 1 die Phasenverschiebung aufgrund der Fortpflanzung der akustischen beitder Frequenz f^ ausgesandten Signale ist.
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Der Demodulator 18 vervielfacht das durch das Bezugssignal empfangene Signal und ein Bandpassfilter 19 zieht aus dem durch diesen Demodulator erzeugten Signal ein Signal von der Amplitude ~~o Kosinus ^f .. Ein zweiter Demodulator 21 bildet das gleiche Produkt des um 90° in einer Phasenverschiebungseinrichtung 20 durch das Bezugssignal verschobenen Signals, und ein zweites Bandpassfilter 22 wählt ein Signal von der Amplitude ^o Sinus ^f ^.
Die durch die beiden Bandpassfilter erzeugten Signale werden in einer Summiereinrichtung 23 addiert und erzeugen ein Signal von der Amplitude ^o (Sinus ^f1 + Kosinus ^f ^). Ein Echodetektor 16 erzeugt nuf dann ein Signal am Ausgang, wenn ein Echosignal durch eine der Empfangsketten eingefangen wurde.
Die Rechner- und Sichtbarmachungsgruppe 24 (7Ig. 8) umfasst einen Rechner 25 und ein System zur Sichtbarmachung 26, beispielsweise mit einem Oszilloskop, das mit einer Tastensteuereinrichtung 27 verbunden ist. Diese umfasst Tasten S zum Wählen eines Smpfänger-Senderpaares unter den zwölf Wandlerpaaren der beiden seismischen flöten R-, R- und zum Steuern der Anzeige der von diesem Paar gelieferten Daten sowie eine Taste OP, durch die ein Handbefehl des Operators übertragen werden kann. Das System zur Sichtbarmachung 26 sowie cbr Rechner 25 sind mit dem Synchronisator 12 über eine UND-Torschaltung 29 verbunden.
Ein Kabelbündel (Omnibuskabel) 28 verbindet die Gruppe der Telemeter 17 mit dem Rechner 25 und mit der Sichtbarmachungseinrichtung 26. An den durch die Telemeter berechneten Daten kann der Rechner verschiedene Operationen, wie beispielsweise Rekursivfilter^ erster Ordnung entsprechend den Bedürfnissen des Operators vornehmen.
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Sic Handeteuereignal OP des Operators aue dem Sichtbarmac hungeeyatem oder ein selbsttätiger von einem dem Rechner 25 eigenen Taktgeber erzeugter Impels wird gegen den Synchronisator 12 über diese ODXR-Torschaltung geführt und bildet einen mit TBBZ (Fig. 9) bezeichneten Befehl. Der Sechswegmodulator MgY (11) sowie der Synchronisator 12 sind durch einen äufieren Taktgeber H (30) von der Frequenz fQ synchronisiert. Zu Beginn jedes Sender-Empfangezyklus überträgt der Synchronisator 12 auf den Rechner 25 und auf die Sichtbarmachungseinrichtung 26 ein Signal IT.
Der Modulator 11 (Tig. 10) umfasst eine Gruppe von Teilerzählern 31» welche die frequenz des durch den Taktgeber 30 erzeugten Bezugssignals durch rorbestimmte Zahlen 2N1, 2N2, ... 2Ng teilen und gleichzeitig die sechs Signale A1, A2, ... A6 mit den Frequenzen von jeweils f1f f2, ... fg erzeugen, die in den Gruppen 16 von Schodetektoren (Fig. 6) Verwendung finden. Sie Teilerzähler sind mit einem numerischen Multiplexer MZV (32) verbunden, der bei aufeinanderfolgenden von einem Adressenzähler CAD (38) kommenden Befehlen eine Folge von sechs Signalen mit den Frequenzen t^, f2, ig auf sechs unterschiedlichen Auegangewegen liefern. Die Zunahme des Adressenzählers wird durch einen Komparator 36 gesteuert, der auf der einen Seite mit einem innerhalb eines Speichere 37 befindlichen Register verbunden ist. Bei aufeinanderfolgenden Adressen des Speichers abgelesene Bezugswerte werden in das Register bei Betätigung des Adressenzählers 38 übertragen. Der Komparator 36 ist auf der anderen Seite mit einem Zähler 35 verbunden, dessen Eingang mit einem Ausgang des Multiplexers 32 verbunden ist, der eine Folge von Signalen von der Frequenz 1^9 fg ... fg liefert.
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Der Adressenzähler 38 steuert auch einen Dekodier er 39 und einen Analogmultiplexer MXA (34)f der mit den Ausgängen des numerischen Multiplexers MXN über eine Gruppe von Filtern 33 verbunden ist. Zweck der filter ist es, die durch den numerischen Multiplexer erzeugten aufeinanderfolgenden Rechtecksignale in sinusförmige Signale umzuformen .
Sie Arbeitsweise des Modulators ist die folgendet
Aufgrund der Steuerung durch ein Signal TBSM (Fig. 9), das vom Synchronisator 12 erzeugt wurde, wird der Adressen-Zähler inkrementiert und steuert einerseits die Übertragung eines ersten vorbestimmten Wertes in das dem Speicher 37 zugeordnete Register und andererseits die Umschaltung des numerischen Multiplexers 32 und des Analogmultiplexers auf das Frequenzsignal f1. Hieraus folgt eine Übertragung von Signalen mit der Frequenz f.. in den Zähler 35, der inkrementiert wird, bis er einen Wert anzeigt, der identisch demjenigen 1st, der in das dem Speicher 37 zugeordnete Register eingeschrieben ist. Das Signal von der Frequenz f^, das durch ein Filter der Anordnung 33 sinusförmig gemacht wurde» wird auf den Verstärker 13 (APS) (Fig. 5) über die beiden Multiplexer 32 und 34 übertragen.
Wenn der Komparator 36 die Gleichheit zwischen Zähler 35 und dem Speicher 37 zugeordnetem Register ermittelt, gibt er einen Impuls ab, der den Adressenzähler 38 um eine Einheit inkrementiert und die beiden Multiplexer 32 und 34 auf das Signal mit der Frequenz f2 umschaltet. Der vorhergehende Zyklus läuft bis zum Auftreten des sechsten Zyklus ab, wo die Funktion des Modulators unterbunden wird, bis ein anderer Impuls TBSM ankommt, der durch den Synchronisator 12 erzeugt ist. Die vom Adressenzähler 38 bei Auf-
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treten der vorhergehenden Zyklen abgegebenen Impulse sorgen für eine Abstrahlung durch den Impulsdekodierer 39 TB1, TB2 ... TB^ (Pig. 9).welche auf den Synchroniaator 12 übertragen werden und definieren die aufeinanderfolgenden Augenblicke dea Jbatrahlungeendea der Signale mit den Frequenzen lv f2 ... f6 (Fig. 9).
Der Synchroniaator 12 umfasst (Fig. 11) einen Teilerzähler 40, der mit dem Taktgeber 30 verbunden ist und Impulse erzeugt, deren Frequenz ein Teiler (unter-Vielfaches) zu der des Taktgebers ist. Der Teilerzähler 40 speist einen Dekodierer 41» der mit einer Folgeperiode gleich dem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abstrahlstufen eine Impulsfolge erzeugt. Der mit O bezeichnete Ausgang des Teilerzählers erzeugt einen Impuls IT, der einen ersten Eingang jeder der sechs bistabilen Kippschaltungen einer Gruppe 42 steuert. Der zweite Eingang der Kippschaltungen wird jeweils durch die Signale TB., TB. ... TBg gesteuert, die vom Dekodierer 39 erzeugt wurden.
Die mit 1 bis 12 bezeichneten Ausgänge erzeugen jeweils
die Signale ST1, SV« ... SVg2' di· **** die Gruppe ▼on Telemetern 17 übertragen wmden. Der mit 15 bezeichnete Ausgang erzeugt das Folgeslgnal TBBM, welches den Augenblick des Beginns jeder Abstrahlstufe definiert.
Die Signale SV1, SV2... SV12 definieren die jeweiligen Augen blicke, zu denen die Telemeter 17 den Befehl erhalten, auf die Anordnung 24 die Fortpflanzungsdauern, die sie gemessen haben, zu Übertragen.
Die Kippschaltungen der Gruppe 42 werden einerseits durch
die jeweiligen Impulse IB1, TB2 ... IB6 und andererseits
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durch den Impuls IT ausgelöst. Die Rechtecksignale CM1, CM2 ... CMg, die durch die Ausgänge der Kippschaltungen (Pig. 9) begrenzt sind, werden auf die Gruppe von Telemetern 17 (Pig.6) übertragen und begrenzen die Zeitintervalle, während denen jene autorisiert sind, Messungen an den empfangenen Signalen durchzuführen.
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Claims (12)

  1. INSTITUT PRANCAIS DU PSTROLE 1 et 4» avenue de Bois-Preau 92 Rueil-Malmaison, Prankreich
    Vorrichtung zur Bestimmung der relativen lage länglicher hinter einen Wasserfahrzeug geschleppter Elemente
    1t Vorrichtung sum Bestimmen der relativen Lage wenigstens eines ersten länglichen Elementes großer Länge mit einer Vielzahl von Smpfängerorganen für akustische Impulse, die hinter einem Wasserfahrzeug geschleppt wird, bezüglich eines zweiten Elementes großer Längef das ebenfalls hinter dem Wasserfahrzeug geschleppt wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Abstrahlung akustischer Impulse, die im zweiten Element angeordnet sind und durch ein Telemetrlesystem zur Messung der relativen Entfernung zwischen den Abstrahleinrichtungen und den Smpfangsorganen, unter Bestimmen der Portpflanzungszeitlntervalle der akustischen Impulse zwischen den Abstrahleinrichtungen und den Smpfangsorganen.
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  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahleinrichtungen eine Vielzahl von längs eines der Elemente verteilten Abstrahlorganen aufweisen sowie ein Abstrahlsystem zur Erzeugung einer Folge von Abstrahlsignalen und Einrichtungen zur Übertragung der Abstrahlsignale jeweils auf die Abstrahlorgane.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstrahlorgan so ausgebildet ist, daß es selektiv Signale einer bestimmten Frequenz überträgt und daß jedes Empfängerorgan so ausgebildet ist, daß es selektiv akustische von einem einzigen Abstrahlorgan kommende Signale einfängt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlorgane und die Empfängerorgane jeweils parallel auf gemeinsamen Leitungen geschaltet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Abstrahlsystem umfasstt Modulationseinrichtungen, die durch ein Taktgeberelement zur gleichzeitigen Erzeugung von Signalen unterschiedlicher Frequenz geregelt sind; durch von Vergleichereinrichtungen gesteuerte Einrichtungen, die in der Folge diese Signale unterschiedlicher Frequenz erzeugen; und durch Verstärkereinrichtungen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Telemetriesystem Einrichtungen zur Verstärkung der empfangenen Signale, Separatoreinrichtungen zum Leiten der empfangenen Signale jeweils auf unterschiedliche Ausgangswege entsprechend ihren Frequenzen und Einrichtungen zum Messen der Fortpflanzungszeitintervalle der akustischen übertragenen Impulse umfasst; sowie Einrichtungen zum Sichtbarmachen der berechneten Entfernungen sowie Synchronisations·
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    2751 6 1 β
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtungen Elemente umfassen, die durch das Taktgeberelement gesteuert sind, um Sequenzen von Impulsen zu erzeugen, welche die Augenblicke des Beginne der Abstrahlung sowie die Zeitaugenblicke für den Empfang und Ermittlung der empfangenen Signale festlegen.
  8. β. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlorgane und die Empfangsorgane empfindliche Elemente umfassen, die s> ausgebildet sind, daß sie als Abstrahlelemente und als Empfängerelemente arbeiten.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen ein Element zum Zählen der Signale unterschiedlicher Frequenz; ein Element zum Speichern einer Gruppe von Werten sowie einen Komparator umfassen, der die Gleichheit zwischen den Zählwerten und den gespeicherten Werten feststellt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatoreinrichtungen Separatorfilter und Detektoren für empfangene Signale umfassen.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die eine Behandlung der durch die Messeinrichtungen erzeugten Daten durchführen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlorgane und die Empfängerorgane Zylinder aus einem piezo-elektrischen Material umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie entsprechend einer longitudinalschwingungsart in Vibration versetzbar sind.
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