DE2606302B2

DE2606302B2 - Ultraschallsuchgerät

Info

Publication number: DE2606302B2
Application number: DE2606302A
Authority: DE
Inventors: Itsuo Fukuoka; Masajiro Iida; Hideharu Morimatsu; Yoshinari Yoshida
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1978-05-11
Also published as: JPS5623110B2; JPS5194862A; DE2606302C3; GB1510389A; NO141281C; NO760496L; US4057779A; CA1029844A; DE2606302A1; NO141281B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallsender- und -empfängersystem, das als Such-, Peil- und Ortungsgerät eingesetzt wird und bezieht sich insbesondere auf ein sogenanntes Abtast-Sonar, also ein Unterwasser-Schallmeßsystem. Im einzelnen wird auf den Oberbegriff der Patentansprüche verwiesen.

Bei Abtast-Sonargeräten wird eine Folge von Ultraschallimpulsen in alle Umfangsrichtungen abgestrahlt und die aus den jeweiligen Richtungen zurückkommenden reflektierten Signale werden durch eine Empfangseinrichtung mit umlaufender Richtwirkung oder Peilung aufgefangen und auf dem Schirm einer umlaufend abgetasteten Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht. Für solche Abtast-Sonargeräte ist es bekannt, die reflektierten Signale außer sichtbar auch noch akustisch anzuzeigen. Bei den bekannten Sonargeräten dieser Art ist die akustische Anzeige jedoch unbefriedigend, insbesondere bei der konzentrierten Überwachung eines speziellen Richtungsbereichs, da keine Koordinierung mit der Sichtanzeige vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Abtast-Sonarsystem zu schaffen, das sowohl eine Sichtanzeige, als auch eine damit verkoppelte Höranzeige ermöglicht, so daß die bisher häufig auftretende Unsicherheit über den Richtungsbereich eines erfaßten Objekts beseitigt wird.

Eine erfindungsgemäße Lösung für diese technische Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet

Das erfindungsgemäße Ultraschallsuchsystem eignet sich besonders für die erwähnten Abtast-Sonare; es arbeitet so, daß auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ein bestimmter vorgebbarer Richtungsbereich durch einen hin- und hergehenden aufgetasteten Radialstrahl, also eine helle radiale Markierungslinie überstrichen wird und gleichzeitig ein akustisches Signal jedesmal dann erzeugt wird, wenn der Markierungsstrahl im Überwachungsbereich auf ein reflektierendes Objekt auf trifft.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das schematische Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Ultraschallabtastsystems mit erfindungsgemäßen Merkmalen und

Fig.2 das schematische Bild des Schirms einer

Kathodenstrahlröhre, die als Anzeigeröhre eines erfindungsgemäßen Ultraschallsuchgeräts Verwendung finden kann.

Beim Blockschaltbild der F i g. 1 liefert ein nicht gezeigter Ultraschallempfängerwandler ein Eingangssignal an eine Eingangsklemme 1, die ruh einem Eingang eines ODER-Glieds 2 verbunden ist dessen Ausgang an die Helligkeits-Steuerklemme 31 einer Kathodenstrahlröhre 3 angeschlossen ist. Die Anschlußklemmen 32 bzw. 33 für die Horizontal- bzw. Vertikalablenkung der Kathodenstrahlröhre 3 sind mit dem Ausgang eines Sinus- bzw. Kosinusgenerators 4 bzw. 5 verbunden. Ein erster Zählerausgang 61 eines Zählers 6, dem eingangsseitig die von einem Bezugs-Taktimpulsgenerator 7 gelieferte Taktimpulsfolge zugeführt wird, ist unmittelbar mit dem Steuereingang des Sinus- bzw. Kosinus-Generators 4 bzw. 5 verbunden, während ein zweiter Ausgang 62 des Zählers 6 über einen weiteren Zähler 8 auf den Modulationseingang der Generatoren 4 bzw. 5 geschaltet ist

Der erste Zählausgang 61 des Zählers 6 ist außerdem mit einem Eingang von zwei Koinzidenzschaltungen 9 bzw. 10 verbunden, deren jeweils anderer Eingang durch eine erste bzw. zweite Markierungseinstelleinheit 11 bzw. 12 beaufschlagt ist Der Koinzidenzausgang der Koinzidenzschaltung 9 ist über einen Frequenzteiler 13 und einen monostabilen Multivibrator 14 auf ein ODER-Glied 15 geschaltet, während der Koinzidenzausgang der anderen Koinzidenzschaltung 10 über einen weiteren Frequenzteiler 16 und einen weiteren monostabilen Multivibrator 17 auf das gleiche ODER-Glied 15 geschaltet ist Der Ausgang des ODER-Glieds 15 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Glieds 2 verbunden.

Der erste Zählerausgang 61 des Zählers 6 ist weiterhin mit einem Eingang einer Koinzidenzschaltung

18 verbunden, deren anderer Eingang durch einen reversiblen Zähler 19 gespeist ist. Der Koinzidenzausgang dieser Koinzidenzschaltung 18 ist mit jeweils einem Eingang von zwei Koinzidenzschaltungen 21 bzw. 22 verbunden, deren jeweils anderer Eingang mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung 9 bzw. 10 verbunden ist Die Koinzidenzausgänge der Koinzidenzschaltungen 21 bzw. 22 beaufschlagen die Setzbzw. Rücksetzklemme Q bzw. Q eines Flip-Flops 20, dessen Ausgang mit der Steuerklemme des reversiblen Zählers 19 verbunden ist. Ein Niederfrequenz-Taktimpulsgenerator 23 ist an die Eingangsklemme des Zählers

19 angeschlossen.

Der Koinzidenzausgang der Koinzidenzschaltung 18 ist außerdem mit einem dritten Eingang des ODER-Glieds 15 und der Steuerklemme eines Tors 24 verbunden. Die Eingangsklemme 1 des Systems ist außerdem über das Tor 24 und einen Modulator 25 auf einen Signalgenerator 27 für ein akustisches Signal geschaltet, der beispielsweise ein Lautsprecher sein kann. Ein Tonfrequenzgenerator 26 speist den Modulationseingang des Modulators 25.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des soweit anhand der F i g. 1 beschriebenen Schaltungssystems unter Bezug auf die F i g. 2 erläutert:

Der Zähler 6 zählt die vom Bezugstaktimpulsgenerator 7 gelieferten Impulse relativ hoher Frequenz und liefert an der Klemme 61 aufeinanderfolgend einen Zählwert in kodierter Form. Dieses Zählwertausgangssignal gelangt auf die Steuerklemmen des Sinus- bzw. Kosinusgenerators 4 bzw. 5, die in Abhängigkeit von den kodierten Eingangssignalen ausgangsseitig eine Sinus- bzw. Kosinusspannung abgeben. Diese Spannungen gelangen auf die Horizontal- bzw. Vertikalablenkelektrode der Kathodenstrahlröhre 3, deren Elektronenstrahl damit eine kreisrunde Abtastlinie auf dem

'' Anzeigeschirm beschreibt

An der Klemme 62 des Zählers 6 erscheint am Ende jedes Zählwerts, der einem Zyklus der Sinus- bzw. Kosinuswelle oder einem Vollumlauf des Abtaststrahls entspricht, ein Impuls, wobei gleichzeitig die Rückset-

I» zung auf Zählwert Null erfolgt. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß jeweils 360 Perioden der Taktimpulse einem vollständigen Abtastumlauf entsprechen, so daß der Zähler 6 an seiner Klemme 62 eine Impulsfolge abgibt, deren Folgefrequenz genau dem Abtastumlauf

i^r> entspricht, d.h. der Zähler 8 zählt die Umläufe des Abtaststrahls. Der Zählwertausgang des Zählers 8 gelangt auf die Generatoren 4 bzw. 5 und moduliert so die Amplituden der Sinus- bzw. Kosinuswelle, wodurch die kreisrunde Abtastlinie auf dem Anzeigeschirm im

_>o Durchmesser so lange vergrößert wird, bis der Zähler 8 am Ende eines bestimmten Zählweris, d. h. vorzugsweise wenn der umlaufende Abtaststrahl den Rand des Schirms erreicht hat, auf Null zurückgesetzt wird.
Ein Empfangssignal, das einem reflektierten Ultra-

.'-) schallsignal entspricht, wird durch den Ultraschallwandler (nicht gezeigt) aufgefangen und gelangt von der Klemme 1 über das ODER-Glied 2 auf die Helligkeits-Steuerklemme 31 der Kathodenstrahlröhre 3 und wird als helles Bild in dem kreisrunden Abtastraster auf dem

in Arizeigeschirm angezeigt. Da das soweit beschriebene Verfahren zur Erzeugung des kreisrunden Abtastbilds bekannt ist, kann auf die Beschreibung weiterer Einzelheiten verzichtet werden.

Erwähnt sei jedoch, daß die Frequenz des Bezugs-

Ci Taktimpulsgenerators 7 vorzugsweise als ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der von einem mit dem Empfangssystem zusammenwirkenden Ultraschallsender (nicht gezeigt) abgestrahlten Ultraschallimpulse gewählt wird. Andererseits ist es vorteilhaft, die

mi Zeilenfrequenz der Umlaufabtastung gleich der Frequenz des abgestrahlten Ultraschallimpulssignals zu wählen, so daß eine Eins-zu-Eins-Übereinstimmung zwischen dem Sendeimpuls und der kreisrunden Abtastlinie gegeben ist.

■ti Der Zählausgang des Zählers 6 beaufschlagt auch die Koinzidenzschaltungen 9 bzw. 10, wobei der betreffende Zählwert mit dem Ausgangssignal der ersten bzw. zweiten Markierungseinstelleinheit 11 bzw. 12 verglichen wird. Der Aufbau der Makierungseinstelleinheiten

V) 11 und 12 ist weitgehend ähnlich; sie enthalten eine Richtungsvorgabeeinheit, also beispielsweise einen auf einem Bedientableau enthaltenen Wählschalter, sowie eine digitale Kodiereinrichtung und liefern in kodierter Form zwei unterschiedliche Richtungs-Ausgangssignale

V) als Vorgabewerte. Liegt Koinzidenz zwischen den beiden Eingängen der Koinzidenzschaltungen 9 bzw. 10 vor, so geben diese Schaltungen Koinzidenzimpulse ab, die über die zugeordneten Frequenzteiler 13 bzw. 16, den zugeordneten monostabilen Multivibrator 14 bzw.

ho 17 und die gemeinsamen ODER-Glieder 15 und 2 auf die Helligkeits-Steuerklemme 31 der Kathodenstrahlröhre 3 gelangen.

Ha die Koinzidenzschaltungen 9 und 10 während jedes Abtastumlaufs beide eine Koinzidenzprüfung

h^r) ausführen, geben sie einander sehr ähnliche Folgen von Koinzidenzimpulsen ab, deren Frequenz der Zeilenfrequenz der Umlaufabtastung entspricht Da die Frequenzteiler 13 bzw. 16 jedoch auf unterschiedliche

Untersetzungsverhältnisse eingestellt sind, entstehen zwei Ausgangsignale mit unterschiedlicher Frequenz. Diese Ausgangsimpulse der Frequenzteiler 13 bzw. 16 werden durch den jeweils nachgeschalteten monostabilen Multivibrator 14 bzw. 17 in Impulse sehr kurzer Dauer, also in sehr schmale Impulse umgeformt. Diese Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 14 bzw. 17 werden auf der Kathodenstrahlröhre 3 als Markierungen angezeigt, die bei dem Bild der F i g. 2 durch die Hinweiszeichen A bzw. B angegeben sind. Die angezeigten Markierungen A und B setzen sich aus einer Anzahl von schmalen Segmenten der Abtastlinien zusammen, die in Radialrichtung in einem bestimmten Abstand aufeinanderfolgen. Wegen des Frequenzunterschieds der Ausgangssignale der Frequenzteiler 13 bzw. 16 unterscheiden sich die Markierungen A bzw. B lediglich hinsichtlich ihres Radialabstands. Der wesentliche Grund, weshalb ein Intervall- oder Abstandsunterschied zwischen den beiden Markierungen A bzw. B vorgesehen wird, besteht darin, eine leichte Unterscheidungsmöglichkeit für den Anfang- und den Endprodukt des Abtastbereichs zur Verfügung zu haben, der zuvor mittels der ersten bzw. zweiten Markierungseinstelleinheit 11 bzw. 12 vorgewählt wird.

Beim Beispiel der Fig. 2 ist der Abtastbereich zwischen zwei Winkelrichtungen festgelegt, nämlich zwischen 120 und 240° und die Anordnung ist so getroffen, daß jeder Abtastumlauf 360 Zählschritten, also 360 Taktimpulsen entspricht. Die beiden Winkelrichtungen von 120 bzw. 240° lassen sich an den Markierungseinstelleinheiten 11 bzw. 12 als kodierte Ausgangssignale dieser Einheiten vorwählen, die etwa den numerischen Werten 120 bzw. 240 entsprechen. Die Koinzidenzschaltungen 9 bzw. 10 liefern also ein Ausgangssignal nach jeweils 120 bzw. 240 Zählschritten des Zählers 6 und die Markierungen A bzw. B erscheinen an den angegebenen Positionen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Frequenz-Untersetzungsverhältnisse der Frequenzteiler 13 bzw. 16 zu 1/2 bzw. 1/3 gewählt. Das Abstandsverhältnis der Abtastliniensegmente im Bereich der Markierungen A bzw. B entspricht also dem in der Zeichnung gut erkennbaren Unterschied von 2 :3.

Dei Zählausgang des Zählers 6 wird außerdem in der Koinzidenzschaltung 18 mit dem Zählwert des reversiblen Zählers 19 verglichen und das Koinzidenz-Ausgangssignal gelangt über die ODER-Glieder 15 und 2 auf die Helligkeits-Steuerklemme der Kathodenstrahlröhre 3. Da die Frequenz der durch den reversiblen Zähler 19 gezählten Taktimpulse im Vergleich zur Frequenz der vom Zähler 6 gezählten Taktimpulse extrem niedrig ist, erscheint auf dem Anzeigeschirm in Abhängigkeit von einem speziellen Zählwert des

■-, reversiblen Zählers 19 eine Radialmarkierung C (Fig.2). Da diese Radialmarkierung C durch jeden Zählwertausgang des reversiblen Zählers 19 vorgegeben wird, läuft die Markierung C mit den Zählschritten des Zählers 19 um.

in Andererseits gelangt das Koinzidenz-Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung 18 auch auf die Koinzidenzschaltungen 21 bzw. 22, so daß in Abhängigkeit von jedem Zählwertausgang des reversiblen Zählers 19 ein Vergleich mit den Koinzidenz-Ausgangssignalen der

ι ■-, Koinzidenzschaltungen 9 bzw. 10 stattfindet In diesem Fall arbeiten die Koinzidenzschaltungen 21 bzw. 22 als UND-Schaltungen, da beide Eingangssignale einfachen Impulsen entsprechen, also einer »1« oder »0«, wobei ein Koinzidenz-Ausgangssignal jeweils dann erscheint,

:o wenn der momentane Zählwert des reversiblen Zählers 19 mit dem den Markierungen A bzw. B entsprechenden Zählwert übereinstimmt, d. h. wenn die umlaufende Markierung Can die Position der Markierungen A bzw. B kommt. Der Koinzidenzausgang der Koinzidenz-

2--, schaltung 21 ist mit der Setz-Klemme des Flip-Flops 20 verbunden, das durch einen solchen Koinzidenzimpuls auf Zustand »hoch« gesetzt wird, während der Koinzidenzausgang der Koinzidenzschaltung 22 mit der Rücksetz-Klemme dieses Flip-Flops verbunden ist, so

tu daß durch einen Koinzidenzimpuls das Zurückschalten auf Zustand »niedrig« erfolgt. Da der reversible Zähler

19 in Abhängigkeit vom Zustand »hoch« des Flip-Flops

20 addiert und beim Zustand »niedrig« subtrahiert beginnt die Addition mit der Markierung A und endet

j·, mit der Markierung B, während die Subtraktion mit der Markierung B beginnt und bei Erreichen der Markierung A endet. Als Folge davon läuft die Markierung C zwischen den Markierungen A und ßhin und her.
Das Koinzidenz-Ausgangssignal der Koinzidenz-Schaltung 18 schaltet außerdem das Tor 24 leitend Liegt während der Leitfähigkeit des Tors 24 an der Eingangsklemme 1 ein Empfangssignal vor, so gelang! dieses über das Tor 24 nach Modulation durch den Modulator 25 auf den Lautsprecher 27, wobei ein in

A--, einem geeigneten Hörfrequenzbereich liegendes Signal durch den Tonfrequenzsignalgenerator 26 gelieferl wird. Über den Lautsprecher 27 erscheint also ein Schallsignal, das das Vorhandensein eines reflektierenden Objekts in Richtung der Markierung C anzeigt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallsuchgerät mit Rundumabstrahlung einer Folge von Ultraschallimpulsen und einer die aus einzelnen Richtungen reflektierten Ultraschall- > signale auffangenden Empfangseinrichtung, die sequentiell umlaufend abfragbar ist und deren Empfangssignal auf einem synchron zur Abstrahlfolge umlaufend abgetasteten Schirm einer Kathodenstrahlröhre darstellbar ist, gekennzeichnet ι ο durch einen Generator (23), der eine Folge von Impulsen relativ niedriger Frequenz an einen reversiblen Zähler (19) abgibt, eine Schaltung (20 i.V. mit 18, 21, 22, 7, 6, 9, 10) zur Umkehrung der Zählrichtung des reversiblen Zählers bei zwei i^r> unterschiedlich vorgebbaren Zählwerten, eine Einrichtung zur Helltastung eines Radialstrahls auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre (3) in Abhängigkeit von jedem Zählwertausgang des reversiblen Zählers und durch eine Abfrageschaltung (24) zur Tastung -'o des Empfangssignals in Abhängigkeit von jedem Zählwertausgang und zur Aktivierung eines akustischen Signalerzeugers in Abhängigkeit von dem getasteten Empfangssignal derart, daß zwischen den durch die beiden unterschiedlichen Zählwerte des -'^r> reversiblen Zählers (19) angegebenen Richtung (A, Bj ein hin- und hergehender Radialstrahl (C) auf dem Schirm aufleuchtet und gleichzeitig das Vorhandensein eines Empfangssignals in Richtung des durch die beiden Zählwerte begrenzten Radialstrahlbereichs m (A bis B) akustisch anzeigbar ist.

2. Ultraschallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zählrichtung des reversiblen Zählers (19) umkehrende Schaltung ein Flip-Flop (20), dessen Ausgangssignal auf den )> Umsteuereingang des reversiblen Zählers (19) gelangen, zwei Koinzidenzschaltungen (21, 22), die Setz- und Rücksetzimpulse für das Flip-Flop (20) liefern und eine mit jeweils einem Eingang der Koinzidenzschaltungen verbundene Einheit (6 bis ■<» 12) zur Erzeugung von unterschiedlich kodierten Ausganssignalen umfaßt, und daß der Ausgang des reversiblen Zählers (19) jeweils auf den anderen Eingang der Koinzidenzschaltungen (21,22) geschaltet ist. ί^γ>

3. Ultraschallsuchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Helltastung eines Radialstrahls (C) einen Taktimpulsgenerator (7) zur Erzeugung von synchron zur umlaufenden Abtastung des Anzeigeschirms auftre- w tenden Taktimpulsen, einen diese Taktimpulse zählenden Zähler (6), und eine den Zählausgang dieses Zählers mit dem Zählausgang des reversiblen Zählers (19) vergleichende Koinzidenzschaltung (18) umfaßt, die ein auf dem Schirm der Kathodenstrahl- ^rr> röhre darstellbares Koinzdenz-Ausgangssignal abgibt.

4. Ultraschallsuchgerät nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageschaltung (24) zur Tastung des Empfangssignals eine vom mi Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung (18) gesteuerte Torschaltung (24) aufweist, an deren Eingang (1) das Empfangssignal liegt und deren Ausgangssignal auf einen den Ausgang eines Tonfrequenzgenerators (26) modulierenden Modu- *>·> lator (25) gelangt, dessen Ausgangssignal über einen Wandler (27) in Schall umsetzbar ist.

5. Ultraschallsuchgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Taktimpulsgenerator (7), dessen synchron zur umlaufenden Abtastung der Kathodenstrahlröhre (3) erzeugte Impulse auf einen Zähler (6) gelangen, dessen Zählausgang auf ein Paar von Koinzidenzschaltungen (9, 10) gelangt, die im Vergleich gegen kodierte Vorgabewerte jeweils ein Koinzidenzimpulssignal liefern, das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre (3) anzeigbar ist

6. Ultraschallsuchgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Aufbereitung der Anzeige der Koinzidenzsignale der Koinzidenzschaltungen (9,10) ein Paar von Frequenzteilern (13, 16) mit unterschiedlich einstellbaren Untersetzungsverhältnissen aufweist, die die Koinzidenzimpulse von der jeweils zugeordneten Koinzidenzschaltung (9 bzw. 10) hinsichtlich ihrer Folgefrequenz untersetzen.